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新型防水材料现状和聚酯胎防水材料现状

2021-01-13 09:55:20

简述了地铁隧道防水的重要性和必要性,介绍了刚性防水材料、防水卷材和防水涂料的研究现状,其中聚脲防护材料由于其优异的耐久性和防护性能已成为新一代绿色防水材料。

我国从20世纪50年代就开始了对地铁建设的筹备工作,到目前已经经历了60余年的发展与进步[1]。对地铁隧道来说,其防水效果的好坏影响了整个地铁隧道能否长期使用以及地铁运营过程中的维护维修成本等,因此地铁防水建设越来越受到人们关注[2]

聚酯胎SBS防水卷材


地铁隧道由于其结构原因不得不面对地下水的侵蚀,因此拥有的防水性能就非常重要,不但能够减少后期维修工作,降低维护成本,还有效地保护了隧道本身,保证隧道的坚固性[3]。但是就目前国内外的地铁建设情况来看,渗漏水情况比较普遍,这种现状不仅降低了地铁的营运效率,影响了旅客度,还严重影响了交通安全[4],因此亟需对防水材料进行创新研究来保证地铁结构渗漏水的情况减少发生甚至不再发生。

1 新型地铁聚酯胎防水材料的发展现状

地铁隧道防水应以以防为主、刚柔结合、多道防线、综合治理”[5]的原则为基准,针对不同的工程环境选择更合理的防排水方法[6]。根据上述原则,在中国隧道排水方案的选择应符合防、排、截、堵结合,因地制宜,综合治理的原则 [7]就是通过使用聚酯胎防水混凝土以及防水层等手段防止地下水渗入隧道内;就是通过引流或机械排水等方式将隧道内的水排出去,避免积水对施工或者材料造成影响;是指使用挖排水沟、截水坑等方法减少地下水的流入,减弱防水和排水压力;是指用注浆或者使用嵌体等方式切断地下水流入的途径,达到防水的目的[8]。目前,防水材料主要分为3种:1)刚性防水材料;2)防水卷材;3)防水涂料,这3种材料各有分工,相互结合以达到防护的目的[9]

1.1 刚性防水材料

刚性防水材料是指以水泥和砂石为原料,通过调整原料用料比例,降低混合物的孔隙率,提高混合物的性能,或混有少许外加剂,如高分子材料,配制出的混合物能够更密实,而且具有较好的抗渗性[10]。目前应用比较广泛的刚性防水材料有自密实混凝土(SCC)和渗透结晶型防水材料(CCCW)。

1.1.1 自密实混凝土

自密实混凝土(SCC)是指能够通过自身重力流动并且能够压实,在钢筋较密以及其他不方便振捣的情况下也能得到性能稳定均质的混凝土,具有良好的抗渗、抗裂能力以及良好的稳定性、流变性和钢筋通过性等性能[11]SCC在日本已经发展了20多年,在美国、加拿大和欧洲等地区也有超过10年的发展历史[12]SCC解决了钢筋过密、断面过深等施工问题,故被称为近几十年混凝土施工技术革命性的发展[13]

在相同的水胶比和相同强度下,SCC具有和普通混凝土相同的抗压强度和抗拉强度 [14]。在1998年的深圳赛格广场钢管混凝土建筑工程中,中建二局采用了高抛免捣振自密实型混凝土材料,缩短了我国建筑行业的技术差距,建筑高度高达352.5 m[15]。晁鹏飞等[16]做了SCC的加载徐变试验和同条件对比收缩试验,得出SCC中干燥徐变所占徐变变形的比例较大。庄金平等[17] 研究了自密实混凝土和钢筋局部黏结性能,得到自密实混凝土与钢筋的黏结性能略好于普通混凝土和钢筋的黏结性能。杨帆等[18]针对自密实混凝土与钢筋黏结性能做了研究,试验结果得出C40自密实混凝土的受拉钢筋基本锚固长度设计建议值。

1.1.2 CCCW新材料

CCCW也称为水泥基渗透结晶型防水材料,基材包括硅酸盐水泥或者普通水泥和石英砂等,在加入特殊的活性化学物质以及各种添加剂后得到该种材料[11]。它的作用机理是:溶于水后向混凝土内部渗透,在混凝土中产生不溶性凝胶或结晶,提高混凝土的密实性,从而达到防水抗渗的目的[19]

渗透结晶型防水材料在发达国家得到应用与发展,到目前为止,这种材料已经发展了50多年[20]。黄昌华[21]介绍了CCCW的产品性能,并结合蓝月湾居住小区二期地下室防水工程实例说明了CCCW的防水效果和经济效果。蔡国伟等[22]研究了CCCW在隧道渗漏处理中的应用,证明该隧道采用CCCW等刚柔结合的方式进行整治是成功的。王朝强等[23]研究了CCCW的主要组成成分和防水机理,研究了在活性化学络合剂不同时,不同的灰砂比对CCCW抗渗压力的影响。何原野等[24]研究了水泥基渗透结晶型防水材料对C30混凝土吸水性能的影响,试验结果表明,水泥基渗透结晶型防水材料具有较好的防水效果。沈川越等[25]研究渗透型防水材料对混凝土抗氯离子渗透性能的影响,结果表明,水泥基渗透结晶型防水涂料的抗氯离子渗透性能优于水性渗透型无机防水剂。

.2 防水卷材

防水卷材在工程实际应用中非常重要,主要分为两大类:沥青类防水卷材与合成高分子防水卷材[26]

1.2.1 沥青类防水卷材

沥青类防水卷材包括普通沥青纸胎油毡防水卷材和聚酯胎改性沥青防水卷材,其中传统的普通沥青纸胎油毡防水卷材由于性能较差以及防水膜会造成污染等原因,使用逐渐减少并退出历史舞台[27]

聚合物改性沥青防水卷材主要包括以APPSBS作为改性材料的防水卷材,以聚酯胎和玻璃纤维胎为主[28]。在中国,该防水卷材得到快速发展和广泛应用,目前能够达到年产2亿 m2,目前改性沥青防水卷材的施工,主要采用火焰枪热熔法和利用冷玛蹄脂黏结的施工方法,部分工程采用冷自粘卷材施工。

曾三海等[29]通过试验表明通过热熔铺贴的方法施工后再进行耐热性试验时,该材料加热面产生严重的下滑情况,同时伴有熔化滴落现象;低温时加热面弯折会产生裂缝;施工后材料的拉伸强度略有提高,但是延伸率下降。

杨阳等[30]结合RWB-801铁路桥涵专用聚合物改性沥青防水材料,研究了在生产这种材料时不同基材的选择对材料性能的影响以及应用情况。

1.2.2 高分子防水卷材

高分子防水卷材主要包括三元乙丙橡胶、聚氯乙烯、氯化聚乙烯、氯化聚乙烯-橡胶共混物和聚乙烯丙纶等防水卷材[31]。早期中国生产三元乙丙橡胶防水卷材的生产线主要依靠进口,年生产能力保持在1 600m2左右,应用范围非常广泛,很多体育场馆和隧道工程都有应用。当然,并非所有的防水卷材都需要进口,其中已经研制了很长时间的聚氯乙烯防水卷材年生产能力约1 200m2。氯化聚乙烯(CPE)防水卷材也是一种应用比较广泛的防水材料,包括以玻璃布增强的卷材、无胎体卷材和氯化聚乙烯-橡胶共混卷材,全国生产能力约为1 500m2[32]

1.3 防水涂料

随着人们对环境保护越来越重视,传统的溶剂型防水涂料逐渐淡出人们的视线,新型环保的防水涂料如聚丙烯酸酯、聚氨酯和聚脲防水涂料在中国得以迅猛发展[33]

1.3.1 聚丙烯酸酯

目前通常对聚丙烯酸酯类材料进行改性处理后再投入使用,因为改性后的聚丙烯酸酯具有更高的性价比和更优异的性能[33]。刘万鹏等[34]将环氧树脂与丙烯酸酯乳液改性与聚合,通过环氧树脂用量变化来研究产物性能的变化,成功使改性后材料的吸水率由10.1%下降为4.5%。郭文录等[35]对苯丙乳液改性方法做了研究,其生成的改性苯丙乳液吸水率为6%、涂膜硬度提升了60%

魏丽敏等[36]用有机硅改性醋苯丙乳液,当有机硅含量为4%时,吸水率为6.5%,拉伸强度为5.4 MPa,比传统乳液具有更优良的性能,性价比高。牟宝亮等[37]以有机硅乳液为基础,加入丙烯酸酯共聚物乳液,试验研究结果表明,为了使合成的共聚物乳液具有更好的稳定性,需要使硅氧烷单体中D4物质的量要比VD4多十倍以上,其中硅氧烷用量越多,该共聚物性能越好。

1.3.2 聚氨酯防水涂料

聚氨酯防水涂料分为传统油溶性型聚氨酯和水性聚氨酯,传统聚氨酯中含有有机溶剂对环境产生严重的破坏,其中游离的多异氰酸酯刺激性较强,会导致人们身体不适,甚至引发疾病[38]。因此,性能良好、无污染的水性聚氨酯越来越受到人们的重视。然而目前亲水性基团通常被引入到水性聚氨酯的制备当中,导致其耐水性变差[39]。为了提高改性聚氨酯的耐水性和耐候性,目前常用丙烯酸树脂、环氧树脂等进行复合改性[40]

孙学武等[41]采用辐射法制备水性聚氨酯丙烯酸酯复合乳液,形成含双键的不饱和聚氨酯后其采用辐射法,并非使用传统的化学聚合法,提高了材料拉伸强度的同时减少了材料的吸水率,这为制备聚氨酯丙烯酸酯(PUA)复合乳液提供了新的思路。李昊等[42]利用大分子不饱和单体法合成的复合乳液,大大提高了材料的拉伸强度以及断裂伸长率。董伟等[43]制备出了性能更加优异的改性水性聚氨酯,通过机械共混法得到的材料拉伸强度达到29.57 MPa,断裂伸长率为354.1%,各项性能均有了进一步的提高。

1.3.3 喷涂聚脲弹性体

作为近年来迅速发展的新型防护材料,聚脲弹性体材料在很多重要工程中发挥着重要作用,目前已经能将该材料应用于工程中重防腐、减震降噪以及防水等方面,应用前景广阔。

喷涂聚脲技术的优点主要表现为以下几个方面:1)具有优越的物理性能,能够很好地适应不同环境;

2)反应快,不会产生流挂现象,一次施工即可达到需要厚度,地减少了施工工期;3)对温度、湿度不敏感,能很好地适应各种环境,即使在-28 ℃的环境中也可正常固化;4)高固含量、高耐候性,对环境无污染;5)拥有良好的耐候性、热稳定性以及附着力[44]

张伶俐等[45]结合珠海长隆海洋王国水池防水工程,对喷涂聚脲弹性体技术在实际工程中的应用做了介绍,同时分析了施工过程中遇到的突出问题并且提出相应的解决方案。

林赛等[46]结合犁地坪水库工程中遇到的混凝土面板坝面板产生裂缝,对使用喷涂聚脲弹性体技术处理这种问题做了相应的介绍,在使用该技术对裂缝处理后,即使水库运行4 a但同样保持着优异的防渗、防腐、耐磨和耐老化性能。

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