建筑工程防水材料耐水性试验与老化规律研究

引言

建筑防水是建筑工程的关键环节，直接关系到建筑物的使用功能和使用寿命。防水材料作为建筑防水的核心要素，其性能的优劣决定了防水效果的好坏。在实际工程中，防水材料长期暴露于各种复杂的环境中，尤其是水环境，水的侵蚀会对材料的性能产生显著影响。随着时间的推移，防水材料会逐渐老化，导致其防水性能下降。因此，深入研究建筑工程防水材料的耐水性试验与老化规律具有重要的理论和实际意义。目前，虽然已有一些关于防水材料性能的研究，但对于耐水性与老化规律的系统性研究还相对不足。本研究旨在填补这一空白，为建筑工程防水领域提供更科学、更全面的参考。

一、建筑工程防水材料耐水性试验

（一）试验材料与方法

本试验选取了目前建筑工程中广泛应用的代表性防水材料，包括 SBS 改性沥青防水卷材、高分子防水卷材以及聚合物防水涂料。这些材料分别属于改性沥青类、合成高分子类和涂料类防水材料，具有良好的工程适用性和市场覆盖率，能够较为全面地反映当前主流防水材料的性能特征。为系统评估其耐水性能，试验设计采用浸泡法与压力渗透法相结合的方式进行模拟测试。其中，浸泡法通过将样品完全浸入不同水质环境（蒸馏水、自来水、海水及 pH 值调节后的酸碱溶液）中，在设定温度（ 20% 、 40% 、 60^∘C ）与时间周期（7 天、30 天、90 天、180 天）条件下进行长期老化试验，以模拟实际环境中材料所经历的不同水介质侵蚀过程；压力渗透法则采用水压装置对材料施加 0.2MPa～ 0.6MPa 的稳定水压，持续观测材料在压力水作用下的渗透情况及其失效临界点。整个试验过程中，严格控制实验室温湿度条件（温度波动 ±2% ，相对湿度⩽60% ），确保试验数据的稳定性与可重复性。同时，为深入揭示材料性能变化的微观机制，试验采用了扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱仪（FTIR）及热重分析仪（TGA）等先进检测设备，对试验前后材料的微观结构、化学组成及热稳定性进行对比分析，从而建立宏观性能与微观结构之间的内在联系。

（二）试验结果与分析

通过对不同防水材料在多种水质与温度条件下的浸泡试验结果进行系统分析，发现各类材料在不同水环境中的耐水性能存在显著差异。SBS 改性沥青防水卷材在蒸馏水中表现出较好的耐水稳定性，拉伸强度保持率在 90% 以上，断裂伸长率亦无明显下降，表明其在纯净水环境中具备较强的抗水蚀能力；但在海水中浸泡后，由于 Cl- 和 S0₄ ^2- 等离子的侵蚀作用，材料表面出现轻微软化和析出物，导致其拉伸强度和断裂伸长率分别下降约 15% 和 20% ，微观结构分析显示沥青组分发生一定程度的氧化与降解，纤维骨架出现局部断裂现象。高分子防水卷材在各种水质中均表现出优异的耐水性能，尤其在压力渗透试验中，其水渗透量极低，显示出良好的致密性和抗水压能力；经长时间浸泡后，其拉伸性能保持稳定，SEM 图像显示其内部结构未出现明显破坏，分子链排列紧密，说明其具有较强的抵御外部水分子渗透的能力。防水涂料在初期浸泡阶段出现一定的溶胀现象，主要是由于涂层吸水所致，但随着浸泡时间延长至 90 天后，溶胀趋于饱和并逐渐恢复稳定，涂层表面未出现起泡、剥落或粉化等劣化迹象。从微观结构角度分析，耐水性较差的材料在浸泡后其内部孔隙率增加，分子链之间氢键作用减弱，导致材料整体力学性能下降；而耐水性良好的材料则因其交联密度高、分子间作用力强，能有效阻止水分渗入，从而维持较好的物理性能。此外，温度对材料的耐水性也有明显影响，试验结果显示，随着环境温度升高，各类型材料的吸水率普遍上升，尤其是 SBS 改性沥青防水卷材在 60% 下的拉伸强度下降幅度较 20% 下高出近 10% ，说明高温会加速材料的老化进程并削弱其防水功能。综合来看，不同类型防水材料在复杂水环境中的表现各有优劣，需根据具体工程条件科学选材，并结合材料的微观结构特性优化其配方设计，以提升其在实际应用中的耐久性与可靠性。

二、建筑工程防水材料老化规律研究

（一）老化试验设计

为了系统研究建筑工程防水材料的老化规律，本研究设计了自然老化与人工加速老化两种试验方案。自然老化试验是在典型气候条件下进行的长期暴露试验，将标准尺寸的材料样品放置于户外老化架上，保持适当的倾斜角度以模拟实际应用环境，并定期测定其物理力学性能，包括拉伸强度、断裂伸长率、低温柔性和表面形貌变化，记录材料在真实环境中的性能衰减趋势。人工加速老化试验则在实验室环境中进行，采用紫外线老化试验箱和湿热老化试验箱模拟自然界的紫外线辐射、高温、高湿等主要老化因素，并通过提高环境应力水平来显著缩短老化周期。试验中设定多个老化阶段，如 72 小时紫外照射 +48小时湿热循环为一个周期，共进行 5 个周期处理。每个周期结束后对材料进行性能检测，重点分析其力学性能、柔韧性和外观变化，从而建立材料在不同老化条件下的性能演化模型。

（二）老化规律分析

通过对自然老化与人工加速老化试验结果的对比分析，发现两者在材料性能劣化趋势方面具有较高的一致性，表明人工加速老化方法能够较好地反映材料在实际使用过程中的老化特征。随着老化时间的延长，各类防水材料的拉伸强度和断裂伸长率均呈现下降趋势，尤其在老化后期，材料变脆、延展性显著减弱，低温柔性指标恶化，表现出明显的力学性能退化。微观结构分析显示，紫外线辐射是引发材料老化的关键因素之一，其能量可导致聚合物分子链发生光氧化反应，造成主链断裂或交联密度增加，进而形成微裂纹并扩展至表层，影响材料整体稳定性。同时，高温和高湿环境会协同促进材料内部水分吸收与化学降解反应，加剧大分子链段的断裂及增塑剂的迁移挥发，从而加快材料性能的衰减速率。不同类型防水材料在老化过程中的表现存在差异，SBS 改性沥青防水卷材因苯乙烯链段易受氧化作用影响，老化速率较快；而高分子防水卷材因其较高的交联密度和稳定的分子结构，在相同老化条件下表现出更优异的抗老化能力。进一步通过红外光谱（FTIR）和热重分析（TGA）对老化产物进行表征，结果显示老化后材料表面生成了新的含氧官能团，如羰基和羟基化合物，这些氧化产物不仅降低了材料的表面能，也加速了材料内部组分的分离和失效进程，最终影响其服役寿命。

结论

本研究通过对建筑工程防水材料的耐水性试验和老化规律研究，得出以下结论：不同类型的建筑工程防水材料在不同水质和环境条件下的耐水性和老化性能存在差异。在选择防水材料时，应根据具体的工程环境和使用要求，综合考虑材料的耐水性和老化性能。耐水性试验和老化试验结果表明，材料的微观结构和化学成分变化是导致其性能下降的主要原因。因此，在材料的研发和生产过程中，应注重改善材料的微观结构，提高其抗水侵蚀和抗老化能力。本研究提出的试验方法和老化规律分析为建筑工程防水设计、施工和材料质量控制提供了科学依据。未来，还需要进一步深入研究防水材料在复杂环境下的长期性能变化，为建筑工程防水领域的发展提供更有力的支持。

参考文献：

[1] 张超 . 热氧条件下改性沥青防水卷材老化规律及抗老化技术研究 [D]. 陕西省 : 长安大学 ,2024.

[2] 杨东辉 . 建筑工程防水材料应用的探究 [J/OL]. 中国科技期刊数据库 工业 A,2023(5)[2023-05-01].