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                tpo防水卷材
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                论隧道防水与材料选用

                2019-11-18

                要:本文分析了高分子自粘卷材采用预铺反粘工法给隧道防水带来的本质的变化;分析了沥青如何在砂浆中作起到了防水防腐的双重功效。


                一、引言


                在我国基础设施建设中地铁隧道、高铁隧道、南水北调隧道、高速公路隧道遍布全国各地,随着一带一路的步伐我国的隧道工程也走出了国门。隧道防水技术的研究也在向深度和广度发展。

                隧道的修建方式分为盾构法、矿山法以及沉管法, 其施工方式的差异决定其防水技术方案的不同,如盾构隧道防水分为五个部分:管片自防水、管片接缝防水、管片外防水、隧道接口防水、联络通道防水;沉管隧道其防水技术重点则是沉管本身的防水,以及管段接头的防水;我们今天讨论矿山隧道防水。

                 

                二、隧道施工防水卷材(片材)的选用


                1、防水片材

                地下工程防水技术规范》对于防水混凝土结构4.1.7(2)中这样描述“裂缝宽度不得大于0.2mm,并不得贯通”。这样的微裂缝对防水有多大影响呢?我们知道在肉眼可见的裂缝范围0.005mm内,水分子可以任意穿梭。由此可见防水层在地下建筑物主体结构以外的构造层次中,其作用之重要是首位的。隧道工程设计使用年限一般为70-100年。在不受大气、臭氧、紫外线侵蚀的情况下在水中不降解是高分子片材(如HDPE、EVA、PVC)耐久、防腐性能的体现。这也是我国隧道↓防水选用高分子片材的原因之一。


                一般常见的防水系统组成为:二次衬砌与初期支护之间铺设一层1.2mm厚高分子防水板+无纺布;模筑衬砌采用C30混凝土,抗渗强度不小于S8;施工缝变形缝分别设置带注浆管止水条、橡胶止水带进行止水。

                 

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                采用高分子片材做隧道全外包防水的缺』陷是什么? 

                如铺设图所见:防水片材与二次衬砌混凝土之间无任何粘合的条件,这就形成了互无关系的“空铺”。当高分子片材防水层任何一个局部破损或接缝不密实而造成的漏水,都会导致蔓延到主结构的每一个地方,导致结构的薄弱环节成为水的通道而造成“异地”漏水,无法得知原漏水点在哪?结果就是:整个工程被一个点的漏水所伤害。显然这样的防水是失败的。

                2、预铺反粘高分子自粘胶膜防水卷材

                在CECS 370:2014《隧道工程防水技术规范》5.2.9节有这样一段话:在隧道工程中应优先选用能与现浇混凝土直接粘结,且有良好施工性能的预铺防水卷材,其性能指标应符合现行国家标准《预铺/湿铺防水卷材》GB/T23457(1)规定。

                在GB50108—2008《地下防水技术规范》第118页第3部分对高分子自粘胶膜防水卷材这样描述“该卷材系在一定厚度的高密度聚乙烯膜面上涂覆一层高分子胶料复合制成的一种自粘性防水卷材,归类于高分子防水卷材复合片中树脂类品种(FS2),其特点是具有较高的断裂拉伸强度和撕裂强度,胶膜的耐水性好,一、二级的防水工程单层使用也能达到防水要求,采用预铺反粘法施工,由卷材表面与结构混凝土发生粘结作用。”

                 

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                                                                         高分子自粘胶膜防水卷材产品结构图

                 

                各结构层特点:

                --高分子层:提供了高强力、高延伸、抗冲击、抗霉菌、使用寿命长的性能;

                --自粘层:热熔胶在混凝土浇筑时受压合、水化热双重作用而诱发出粘性,与混凝土牢牢粘结】在一起,卷材如同混凝土的皮肤,防水层与主体结构间不窜水、不渗水。

                 --防粘层:保护处于粘弹态的热熔胶层不被环境所伤害,使其在混凝土浇筑时发挥良好的粘结力,同时为工人提供施工方便。

                 

                2.1材料性能:

                产品执行GB/T 23457-2017《预铺防水卷材》国家标准中P类要求(表2-1)。        

                  


                2.2可焊接预铺反粘卷材在隧道防水中的应用

                2.2.1 背部(焊接)吊带卷材的◥施工

                该产品的特点所有吊带都在工厂预制而成,极大程度的保证了卷材焊点的安全。现场吊铺过程卷材整体没有受到一个钉孔伤害,保证了防水层的完整性,提高了防水的安全性。

                卷材准备:

                经过对砂面卷材自重、焊接点的强度等数值的计算,确定焊带的◣数量,并将条形带均匀分布在卷材背面(2)。

                  

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                基层处理:

                先切除初期支护表面的外露锚杆头,并用聚合物防水砂浆将其包裹,对于凸凹不平处用防水砂浆抹平后,通过防水作业台架从拱部向两侧依次用水泥钉将高分子垫片(3)固定无纺布。

                卷材铺设:

                用射钉枪依次将卷材背部焊接的条形带固定在预先安置的垫片上。

                钢筋绑扎:

                钢筋绑扎过程避免钢筋头对防水卷材的划伤、撞伤。


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                混凝土浇筑:

                混凝土的密实情况决定卷材和混凝土界面的压合力,混凝土给卷材的压合力均匀时,卷材和混凝土结为一体√,当外破坏力大于卷材胶层内聚力时,胶层从中间被分开而结构仍然被胶层所裹覆。效果如下图所示:

                 

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                三、TWE200聚合物水泥砂浆


                 3.1地下水质分析

                根据GB50487-2008《水利水电工程地质勘察规范》,PH值小于6即为对混凝土有腐蚀,在我国许多地下都具有腐蚀性,也就是说各种地下建筑物都需要长期受到地下水的侵蚀。常见地下水中含有CL-,CO2,SO4-2或H+等大量离子(不包含特殊环境区),当达到一定浓度时,水中的离子会腐蚀混ξ凝土并通过混凝土的毛细孔损坏钢筋,影响工程的安全寿命。

                《隧道工程防水技术规范》5.4.4节:隧道内所有集水井、横截沟、排水沟(槽)等结构底板、侧墙内侧均应涂抹聚合物水泥防水砂浆,厚度宜为10mm—20mm;聚合▓物水泥防水砂浆应符合现行行业标准《聚合物水泥防水砂浆》JC/T984要求。聚合物防水砂浆能否在具备防水功能的同时也具备耐多种腐蚀介质的能力?

                3.2 TWE200聚合物水泥防水砂浆

                JC/T984—2011《聚合物水泥防水砂浆》对防水◥砂浆的物理性能提出了11项要求,这其中并没有涉及防腐性能指标。如何解决砂浆的双重功效?在我国的高等学府的研究室、科研单位、专业防水厂家进行了系统的研究。

                TWE200聚合物水泥防水砂浆做到了防水防腐双功能。该砂浆是由水↘泥、乳化沥青(粉)、细骨料、外加剂等原料组成。经水泥水化硬化与沥青破乳交接而形成的新型有机无机复合材料。清华大学土木工程系工程安全与耐久教育部重点实验室杨进波等教授研究表明:沥青与水泥之间没有化㊣学反应,水泥水化产物中没有新的矿物生成。水泥沥青胶凝材料的水化硬化过程起始于水泥的水化反应;当水泥的水化反应进入加速期,水化放热速率接近较大时,沥青开始破乳成膜。大量的水泥水化产物和包覆在其表面的连续沥青膜形成硬化浆体骨架。按JC/T984-2011标准,进行物理性←能检测见(表3-1)


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                                                                          3-1 TWE聚合物水泥防水砂浆性能


                根据Q/12 JC3266-2018《混凝土防护用沥青改性水泥砂浆》标准要求,沥青水泥砂浆性能如(3-2表)所示:

                3.2、1薄涂层防腐性能(表3-2)

                                                                                                                                                          Q/12  JC 3266-2018

                                                                                                               表1物理性能

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                                                                                             3-2  TWE聚合物水泥防水砂浆薄涂层性能表


                性能指标说明了由水泥水化产物和包覆在其表面的连续沥青膜形成硬化浆体骨架后对收缩率、吸水率、氯离子渗透性都有了质的提升。在骨料和水泥之间形成的界面过渡区是结构薄若部分,由于沥青的成膜过程有效的提升了界面结构的致密性。沥♂青起到了胶结、填充的作用,沥青与水泥砂浆形成双网互相贯穿,在整个基体中形成一个坚韧,致密的薄膜状网络结构,切断了水和有害离子的通道,提高了防水和防腐☆蚀能力。

                沥青砂浆的应用实现了防水防腐一体化,为隧道工程的使用年限提供了更高的保证。清华大学孔祥明等教授这样评价沥青对防水防腐防碳化作用 “采用乳化沥青代替聚合物乳液或胶粉,用于制备改性水泥砂浆和混凝土,提高了砂浆和混凝土的多种性能,在建筑外墙保温领域及防水领域应用效果明〓显。所制得的防水混凝土与未添加乳化沥青和成膜性聚合物的混凝土相比,其吸水率降低20%以上,抗氯离子渗透性提高30%以上,抗碳化性能提高15%以上(5)。”


                四、隧道结构防水的几点建议 


                1、针对隧道工程区域的不确定性,对防水设计进行细分。考虑适合耐寒、耐腐蚀等特殊地理位置的防水方案。

                2、将初支表面用沥青砂浆抹平,在减少凹凸不平对防水卷材的破坏的同时防止腐蚀性水进入。

                3、变形缝的处理要关注混凝土与止水带收缩系数不同造成的止水带和混凝土之间的缝隙。

                4、选用的材料要考虑施工现场的可操作性。

                 

                注释:

                (1)本标准已修订为《预铺防水卷材》GB/T23457--2017。

                (2)焊带的排列根据施工现场情●况、卷材的自重、焊点的强度决定。

                (3)高分子垫片的排布与卷材的焊带间隔一致。

                (4)其中氯离子渗透性测试:按照DL/T5126-2001中6.8的规定进行,其中制备砂浆试件尺寸0.7mmX70.7mm,试件在标准试验条件下养护,在氯化钠溶液中浸泡天数为7d。

                (5)引自专利申请〓号200810103808.7《一种用乳化沥青改性的砂浆和混凝土》。

                 

                参考文献:


                1、华卫东等,《聚合物改性水泥砂浆在地下工程防水防腐中的应用与发展》。地下空间工程防水与渗漏治理技术研讨会论文。

                2、孔祥明等,《新拌水泥沥青浆体的ξ 流动性及显微结构研究》。建筑材料学报 2011(8)第14卷4期

                3、杨进波等,《水泥沥青胶凝材料的硬化机理研究》。中国科学杂志2010(8)959-964                   


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