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沥青性能探秘

作者:叶琳昌   来源:东方雨虹   分类:防水技术   更新时间:2013-09-16   浏览次数:3442

        盛夏酷暑,“孵”在家中,翻阅十几年前南昌滕王阁时的旧照片,看到王勃作序中“落霞与孤鹜齐飞,秋水共长天一色”的名句,感慨万千。“见贤思齐”,于是就有“沥青与结构交融,合一天人道无涯”的联想。现草成此文,与读者共享。
        据史料考察,人类对沥青的认识已有4000多年的历史。特别是19世纪沥青可由石油提炼后,以沥青为主体的叠层卷材与热粘法施工技术,被广泛用于屋面和地下防水工程中,在近代中外建筑史上发挥过重要影响。
        1954年,我最初接触的沈阳一个防水工程,就是如何解决沥青卷材屋面的流淌问题。参照当时苏联有关技术文献,我们根据不同沥青的有关性能,如软化点、韧性等之间的关系,通过耐热性与粘结性试验比较,最终优选出沥青胶结材料(玛王帝脂)各种原材料成分与组成比例,为确保工程质量奠定了基础。
在实验室试验时,我第一次亲历了沥青于不同温度条件下,在“环球式”软化点测定仪中发生的变化情况(图1)。当一个直径为9~10mm、重约3.5g的钢球,穿破沥青膜缓缓下落时,见证了沥青由固体变为液体的全过程。沥青熔融后的流动(淌)性,在我心中始终挥之不去。
        最近有媒体报道,澳大利亚昆士兰大学某个实验室内,一尊玻璃漏斗与其内的沥青已共事86年,这项开始于1927年的“世界上最长的实验” ,想要验证沥青是液体而不是固体。
        最初设计者托马斯•帕内尔,将沥青加热后倒入封口的玻璃漏斗,待沥青完全凝固后,切开漏斗下端,开始等待并记录每一滴沥青滴落的时间。结果,沥青的凝固化了3年。第一滴沥青的滴落又耗用了8年时间,直到60岁他去世那年,帕内尔只等到了3滴沥青的滴落。继承者约翰•梅因斯通今年已78岁,在接管50多年里,只等来了5滴沥青的滴落。由于没有设置摄像头,他们只能用肉眼来见证沥青液滴的坠落。
        另据搜狐科技网站2013年7月19日报道,设置于爱尔兰都柏林的圣三一学院,在等待了69年后终于用摄像机拍到沥青滴落过程(图2)。这一实验目的,是为了展现沥青高粘度和低流动性。沥青在室温下呈现为坚硬的固体,但其本质上是液体,只是流动速度非常慢。
        随着这些实验的公开展示,等待这项简单而又漫长的实验结果,越来越多的人分享过程中的乐趣。毫无疑问,沥青还将继续安静地滴下去,持续进行和关注实验的人们,和沥青这个相态复杂的烃类混合物,倒颇有几分“神似”。
        这些迷人的“执着”实验表明,如果我们能够利用沥青凝固后仍有流动性这一特征,就有望破解沥青与其他多孔性亲水材料之间,如何实现相互交融“无有入无间”(《老子》第43章)的研究课题,其路径可有多种选择和判断:这里的“有”(指天下万物)给人便利,“无”(指客观规律之“道”)发挥作用,如此方能实现“以柔克刚,以弱胜强”的效果。而“无有入无间”中的“入”字,是解决这一问题的一把钥匙,涉及到跨学科的研究问题,也非一个部门、几个人单打独干所能完成的。
        许多事实表明,坚持做一件事,最高的境界不是枯守或硬撑,而是在事件发展的种种不确定性中,发觉更多不期而至的新思想,新亮点。值得注意,日本建筑学会曾对使用了36年的有保护措施的沥青防水层进行观察发现,沥青防水层的老化是从与混凝土直接接触的上、下层开始,而中间层的沥青针入度测试数据还处于可控状态,即上、下的沥青有细微龟裂,而里面未发现问题,说明还有几年可用年限。由此证明,影响防水层老化的因素虽然很多,但材料本身的性能厚实以及有无保护措施尤为重要。特别是采用沥青隔热防水工法(即有保护措施的屋面构造),能够有效抑制防水层的热老化,提高防水层的耐久性。与此同时,对防水层进行定期维修,也是延长使用年限最有效而经济的措施。上述关于沥青防水层耐久性研究成果,是根据90余年的使用实践及1000多个现场防水层的取样分析而得出的,可见日本同行对这一研究工作的严谨、求实和创新精神,因而得出的结论更为弥足珍贵。
        无独有偶。1992年5月,台湾一流式防水中心应邀访问上海建筑防水材料(集团)公司。他们向大陆同行介绍了一种数皮式“柏油网”(ASPHALT  NET)专利防水材料与施工技术。据称,通过强大的火焰喷射,可使混凝土层表面的灰尘与多余的水分瞬间汽化,并达到干净、干燥程度,从而使“柏油网”材料与基层牢固地粘结在一起。于此同时,他们还介绍了20多年来在台湾使用的工程实例,说明“柏油网”中的改性沥青材料,通过喷火高温熔化、流动,可渗入至混凝土基层表面下微细孔缝(隙)中去。尤为叫绝的是,此种“柏油网”材料又有良好的根着性、追踪性和弥合性,是迄今为止其他防水材料无法比及的。在当时,我们对他们介绍的产品特点与作用机理存有不少疑虑。事隔数年后检查,在他们试验的工程(上海)上,确有一些普通沥青油毡和其他防水材料难以达到的品质。现今看到澳大利亚有关沥青长期实验的数据,说明台湾“柏油网”专利防水材料与施工技术,有其独特的优越性。(“柏油网”材料,是指将沥青附着于麻丝双线或三线组成的网状物;柏油网宽35cm,长60m,每卷20m2,附着沥青厚度约4mm;网目与经纬带所占面积以1:1~1:2.5之间为宜。)
        2013年5月,东方雨虹从特多国签订进口特多天然湖沥青和合资办厂的谅解备忘录。除了利用天然湖沥青这一优异性能,作为改性剂形成改性沥青材料外,建议结合施工工艺与现代实验手段,开展沥青防水材料与混凝土结构相互融合(即沥青渗透性)的研究课题,解决好现代建筑与构筑物,在各种外力与内力作用下,多孔性混凝土结构常易出现的开裂、渗漏、变形与耐久性差等关键技术。
        最后,引用挑战爱因斯坦的广义相对论,提出“第五维空间”的美国理论物理学家、粒子物理学家和宇宙学领域的权威丽莎.蓝道尔教授所说的一句话作为结语 ——“相信直觉,大胆享受科学”吧!

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