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可焊接型高分子預鋪防水卷材在隧道防水中的應用

2020-01-09

摘要


本文結合實際案列分析可焊接型高分子預鋪防水卷材在礦山法隧道和明挖法隧道應用中相較于傳統防水卷材以及自粘型高分子預鋪防水卷材的優勢。


一、引言


在我國基礎設施建設中地鐵隧道、高鐵隧道、南水北調隧道、高速公路隧道遍布全國各地,隨著一帶一路的步伐我國的隧道工程也走出了國門。隧道防水技術的研究也在向深度和廣度發展。

目前高分子自粘預鋪防水卷材廣泛應用于基礎設施建設工程,材料綜合性能為工程的防水安提供了基本保證。預鋪反粘的施工方式使卷材與結構形成不可分割的一體。但是在實際應用過程中,因為每種隧道構造方式不同的原因,我們發現傳統的自粘型高分子預鋪防水卷材不具有很好的施工適應性,也會面臨大家對自粘搭接可靠性的質疑,因此目前應用Z多的部位大多停留在明挖法隧道的底板部位防水。

本篇文章主要探討兩點,一是可焊接型高分子預鋪卷材在卷材搭接可靠性的提升,二是因為可焊接的優點對預鋪產品在礦山法隧道與明挖法隧道中各部位應用領域的拓寬。


二、搭接邊剝離強度實驗部分


2.1原料

公司自主生產的搭接邊可焊接型和自粘型高分子預鋪防水卷材



圖片8.png  


2.2試驗制備

按照《預鋪防水卷材》GB/T23457-2017標準要求,每種卷材各5個試件,自粘卷材試件采用自粘結方式,粘合面為(50×70)mm,焊接卷材試件采用焊接方式,焊接面為(50×70)mm,試件制作完成后,在標準環境下放置24 h。


2.3檢測方法

試驗按照《預鋪防水卷材》GB/T23457-2017中P類卷材與卷材剝離強度(搭接邊)要求進行,采用電子拉力機進行檢測,試驗溫度(23±2)℃,拉伸速度為(100±10)mm/min,去除應力應變圖中起始和結束的1/4區域,取中間1/2區域的平均剝離力或峰面積力的平均值除以試件寬度作為試件的剝離強度,單位為N/mm,試驗結果取5個試件結果的算術平均值。


   

 
2.4結果與分析
按照2.3實驗方法進行實驗和測試,實驗結果如表1所示。

項目

剝離強度N/mm

1

2

3

4

5

自粘卷材

2.2

2.1

1.9

2.0

1.8

焊接卷材

卷材破壞

卷材破壞

6.2

卷材破壞

6.0

表1 卷材與卷材剝離強度(搭接邊)


由表1可見,自粘卷材的搭接邊剝離強度平均值在2.0左右,焊接卷材的搭接邊剝離強度皆在6.0以上或者卷材破壞。從結果來看焊接卷材的搭接邊可靠性要比自粘卷材可靠的多,這是因為焊接卷材要做到焊接性能足夠好,就需要選擇相容性好的配方體系來制作片材,這樣在高溫熔化后兩幅卷材搭接邊再次成型形成一個整體,這樣才會出現6.0以上的剝離強度或者卷材破壞的情況,原理同PVC、TPO焊接搭接。而自粘卷材搭接邊剝離強度Z大時則是剝離時出現熱熔膠內聚力破壞的情況,目前市場上的防水用熱熔膠內聚力破壞時產生的Z大力也就在2~4N/mm之間,所以焊接卷材的搭接邊剝離強度遠遠大于自粘卷材的搭接邊剝離強度,也就可以證明可焊接型自粘預鋪高分子防水卷材的搭接強度在隧道復雜環境中使用時比自粘搭接要可靠很多。


三、華麗高速營盤山隧道案列分析


3.1 工程介紹
由中建交通建設集團有限公司承建的華麗高速第9合同段項目華麗高速營盤山隧道華坪段位于麗江市華坪縣新莊鄉八德村,屬特長公路隧道,是華麗高速公路重大控制性工程之一。隧道左線長11272米,右線長11310米,采用分離4車道設計,建成后將成為云南省第一長公路隧道,營盤山隧道屬于超特長隧道,采用礦山法修建方式,地質條件復雜,圍巖變化頻繁,且隨時面臨洞內突泥涌水、塌方、硬巖巖爆、軟巖大變形等施工風險,施工難度和施工技術要求極大。
3.2 防水構造設計

1)一般常見的防水系統組成為:二次襯砌與初期支護之間鋪設一層1.2mm厚高分子防水板+無紡布;模筑襯砌采用C30混凝土,抗滲強度不小于S8;施工縫、變形縫分別設置帶注漿管止水條、橡膠止水帶進行止水。


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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? 
如鋪設圖所見:防水片材與二次襯砌混凝土之間無任何粘合的條件,這就形成了互無關系的“空鋪”。當高分子片材防水層任何一個局部破損或接縫不密實而造成的漏水,都會導致蔓延到主結構的每一個地方,導致結構的薄弱環節成為水的通道而造成“異地”漏水,無法得知原漏水點在哪?結果就是:整個工程被一個點的漏水所傷害。顯然這樣的防水是失敗的。
2)預鋪反粘高分子自粘膠膜防水卷材
在CECS 370:2014《隧道工程防水技術規范》5.2.9節有這樣一段話:在隧道工程中應優先選用能與現澆混凝土直接粘結,且有良好施工性能的預鋪防水卷材,其性能指標應符合現行國家標準《預鋪/濕鋪防水卷材》GB/T23457規定。

在GB50108—2008《地下防水技術規范》第118頁第3部分對高分子自粘膠膜防水卷材這樣描述“該卷材系在一定厚度的高密度聚乙烯膜面上涂覆一層高分子膠料復合制成的一種自粘性防水卷材,歸類于高分子防水卷材復合片中樹脂類品種(FS2),其特點是具有較高的斷裂拉伸強度和撕裂強度,膠膜的耐水性好,一、二級的防水工程單層使用也能達到防水要求,采用預鋪反粘法施工,由卷材表面與結構混凝土發生粘結作用?!?/span>


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各結構層特點:
--高分子層:提供了高強力、高延伸、抗沖擊、抗霉菌、使用壽命長的性能;
--自粘層:熱熔膠在混凝土澆筑時受壓合、水化熱雙重作用而誘發出粘性,與混凝土牢牢粘結在一起,卷材如同混凝土的皮膚,防水層與主體結構間不竄水、不滲水。
 --防粘層:保護處于粘彈態的熱熔膠層不被環境所傷害,使其在混凝土澆筑時發揮良好的粘結力,同時為工人提供施工方便。
3)華麗高速營盤山隧道所選用的正是定制的可焊接型高分子預鋪防水卷材
卷材每2m幅寬預留10cm的不膠部分用作長邊焊接搭接,每20米預留15cm不涂膠部分用于短邊焊接搭接,卷材背部焊接吊帶用于將卷材固定于隧道頂部。所有吊帶都在工廠預制而成,極大程度的保證了卷材焊點的安全?,F場吊鋪過程卷材整體沒有受到一個釘孔傷害,保證了防水層的完整性,提高了防水的安全性。
卷材準備:

經過對砂面卷材自重、焊接點的強度等數值的計算,確定焊帶的數量,并將條形帶均勻分布在卷材背面。


 

   



基層處理:
先切除初期支護表面的外露錨桿頭,并用聚合物防水砂漿將其包裹,對于凸凹不平處用防水砂漿抹平后,通過防水作業臺架從拱部向兩側依次用水泥釘將高分子墊片固定無紡布。
卷材鋪設:
用射釘槍依次將卷材背部焊接的條形帶固定在預先安置的墊片上。
鋼筋綁扎:

鋼筋綁扎過程避免鋼筋頭對防水卷材的劃傷、撞傷。

 

  



混凝土澆筑:
混凝土的密實情況決定卷材和混凝土界面的壓合力,混凝土給卷材的壓合力均勻時,卷材和混凝土結為一體,當外破壞力大于卷材膠層內聚力時,膠層從中間被分開而結構仍然被膠層所裹覆。效果如下圖所示:



四、春申湖路快速化改造工程適用性探討


4.1 工程概況
春申湖路快速化改造工程為江蘇省市政工程重點項目,蘇州市境內投資規模Z大的單個交通基礎設施項目,有效貫通新區、相城區及工業園區,是規劃蘇州中環快速路北段的組成部分,是城市東西方向重要快速路,與中環西線、中環東線、中環南線等其他快速路共同構建蘇州快速骨架路網。春申湖路快速化改造工程采用明挖法施工。



4.2 防水設計方案

春申湖路快速化改造工程隧道防水采用卷涂結合方式施工,底板與側墻都是防水卷材采用的是自粘預鋪高分子防水卷材。

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根據現場考察來看,底板采用自粘預鋪反粘卷材沒有難度,施工性與普通地下工程方法一致。但是在側墻使用時,我們了解到工人為了將預鋪卷材固定在側墻上花了很多心思,我們材料應用的標段采用的方法是先在側墻基面上用鋼釘按一定密度固定自粘不帶砂的卷材,再將預鋪卷材慢慢粘結上,解決大面固定的問題,Z后在搭接邊部位打上一定密度的鋼釘固定卷材防止脫落,這樣下幅卷材搭接時會覆蓋掉這層鋼釘固定的搭接邊。實際觀察下來這樣的做法也確實解決了自粘預鋪預鋪卷材在側墻使用時難以固定的問題,而且效果也相當不錯。


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借鑒此種做法,我們可以看到吊帶式焊接高分子預鋪防水卷材在明挖法隧道側墻使用時也有很大的適用性,在側墻固定時可在卷材背面吊帶處直接打鋼釘將卷材固定于側墻基面上,可省去一些工序。


五、結語


 高分子預鋪卷材的高拉伸性能以及優異防竄水性是其他傳統卷材無法代替的,可是因為卷材空鋪的特點,很難固定于隧道的側墻與頂板部位,故而還是應用于隧道底板居多,可焊接型高分子預鋪防水卷材的出現可在一定程度上解決卷材使用于側墻和頂板的固定問題以及搭接邊的可靠性問題,但是由于背部吊帶的原因,做出的現場表面多不平整,不美觀(不影響實際防水效果)。

很高興看到高分子預鋪防水卷材越來越多的應用在隧道防水中,其中不乏一些創新的做法帶動著企業對產品的創新,希望可焊接型高分子預鋪防水卷材在更多的應用中不斷完善,為中國隧道防水添磚加瓦。


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