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新型防水材料現狀和聚酯胎防水材料現狀

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新型防水材料現狀和聚酯胎防水材料現狀

發布日期:2019-04-20 作者: 點擊:

簡述了地鐵隧道防水的重要性和必要性,重點介紹了剛性防水材料、防水卷材和防水涂料的研究現狀,其中聚脲防護材料由于其優異的耐久性和防護性能已成為新一代綠色防水材料。

我國從20世紀50年代就開始了對地鐵建設的籌備工作,到目前已經經歷了60余年的發展與進步[1]。對地鐵隧道來說,其防水效果的好壞影響了整個地鐵隧道能否長期使用以及地鐵運營過程中的維護維修成本等,因此地鐵防水建設越來越受到人們關注[2]。

地鐵隧道由于其結構原因不得不面對地下水的侵蝕,因此擁有出色的防水性能就非常重要,不但能夠減少后期維修工作,降低維護成本,還有效地保護了隧道本身,保證隧道的堅固性[3]。但是就目前國內外的地鐵建設情況來看,滲漏水情況比較普遍,這種現狀不僅降低了地鐵的營運效率,影響了旅客舒適度,還嚴重影響了交通安全[4],因此亟需對防水材料進行創新研究來保證地鐵結構滲漏水的情況減少發生甚至不再發生。

1 新型地鐵聚酯胎防水材料的發展現狀

地鐵隧道防水應以“以防為主、剛柔結合、多道防線、綜合治理”[5]的原則為基準,針對不同的工程環境選擇更合理的防排水方法[6]。根據上述原則,在中國隧道排水方案的選擇應符合“防、排、截、堵結合,因地制宜,綜合治理”的原則 [7]?!胺馈本褪峭ㄟ^使用聚酯胎防水混凝土以及防水層等手段防止地下水滲入隧道內;“排”就是通過引流或機械排水等方式將隧道內的水排出去,避免積水對施工或者材料造成影響;“截”是指使用挖排水溝、截水坑等方法減少地下水的流入,減弱防水和排水壓力;“堵”是指用注漿或者使用嵌體等方式切斷地下水流入的途徑,達到防水的目的[8]。目前,防水材料主要分為3種:1)剛性防水材料;2)防水卷材;3)防水涂料,這3種材料各有分工,相互結合以達到防護的目的[9]。

1.1 剛性防水材料

剛性防水材料是指以水泥和砂石為原料,通過調整原料用料比例,降低混合物的孔隙率,提高混合物的性能,或混有少許外加劑,如高分子材料,配制出的混合物能夠更密實,而且具有較好的抗滲性[10]。目前應用比較廣泛的剛性防水材料有自密實混凝土(SCC)和滲透結晶型防水材料(CCCW)。

1.1.1 自密實混凝土

自密實混凝土(SCC)是指能夠通過自身重力流動并且能夠壓實,在鋼筋較密以及其他不方便振搗的情況下也能得到性能穩定均質的混凝土,具有良好的抗滲、抗裂能力以及良好的穩定性、流變性和鋼筋通過性等性能[11]。SCC在日本已經發展了20多年,在美國、加拿大和歐洲等地區也有超過10年的發展歷史[12]。SCC解決了鋼筋過密、斷面過深等施工問題,故被稱為近幾十年混凝土施工技術Z具革命性的發展[13]。

在相同的水膠比和相同強度下,SCC具有和普通混凝土相同的抗壓強度和抗拉強度 [14]。在1998年的深圳賽格廣場鋼管混凝土建筑工程中,中建二局采用了高拋免搗振自密實型混凝土材料,縮短了我國建筑行業的技術差距,建筑高度高達352.5 m[15]。晁鵬飛等[16]做了SCC的加載徐變試驗和同條件對比收縮試驗,得出SCC中干燥徐變所占徐變變形的比例較大。莊金平等[17] 研究了自密實混凝土和鋼筋局部黏結性能,得到自密實混凝土與鋼筋的黏結性能略好于普通混凝土和鋼筋的黏結性能。楊帆等[18]針對自密實混凝土與鋼筋黏結性能做了研究,試驗結果得出C40自密實混凝土的受拉鋼筋基本錨固長度設計建議值。

1.1.2 CCCW新材料

CCCW也稱為水泥基滲透結晶型防水材料,基材包括硅酸鹽水泥或者普通水泥和石英砂等,在加入特殊的活性化學物質以及各種添加劑后得到該種材料[11]。它的作用機理是:溶于水后向混凝土內部滲透,在混凝土中產生不溶性凝膠或結晶,提高混凝土的密實性,從而達到防水抗滲的目的[19]。

滲透結晶型防水材料在發達國家得到應用與發展,到目前為止,這種材料已經發展了50多年[20]。黃昌華[21]介紹了CCCW的產品性能,并結合藍月灣居住小區二期地下室防水工程實例說明了CCCW的防水效果和經濟效果。蔡國偉等[22]研究了CCCW在隧道滲漏處理中的應用,證明該隧道采用CCCW等剛柔結合的方式進行整治是成功的。王朝強等[23]研究了CCCW的主要組成成分和防水機理,研究了在活性化學絡合劑不同時,不同的灰砂比對CCCW抗滲壓力的影響。何原野等[24]研究了水泥基滲透結晶型防水材料對C30混凝土吸水性能的影響,試驗結果表明,水泥基滲透結晶型防水材料具有較好的防水效果。沈川越等[25]研究滲透型防水材料對混凝土抗氯離子滲透性能的影響,結果表明,水泥基滲透結晶型防水涂料的抗氯離子滲透性能優于水性滲透型無機防水劑。

聚酯胎

.2 防水卷材

防水卷材在工程實際應用中非常重要,主要分為兩大類:瀝青類防水卷材與合成高分子防水卷材[26]。

1.2.1 瀝青類防水卷材

瀝青類防水卷材包括普通瀝青紙胎油氈防水卷材和聚酯胎改性瀝青防水卷材,其中傳統的普通瀝青紙胎油氈防水卷材由于性能較差以及防水膜會造成污染等原因,使用逐漸減少并退出歷史舞臺[27]。

聚合物改性瀝青防水卷材主要包括以APP和SBS作為改性材料的防水卷材,以聚酯胎和玻璃纖維胎為主[28]。在中國,該防水卷材得到快速發展和廣泛應用,目前能夠達到年產2億 m2,目前改性瀝青防水卷材的施工,主要采用火焰槍熱熔法和利用冷瑪蹄脂黏結的施工方法,部分工程采用冷自粘卷材施工。

曾三海等[29]通過試驗表明通過熱熔鋪貼的方法施工后再進行耐熱性試驗時,該材料加熱面產生嚴重的下滑情況,同時伴有熔化滴落現象;低溫時加熱面彎折會產生裂縫;施工后材料的拉伸強度略有提高,但是延伸率下降。

楊陽等[30]結合RWB-801鐵路橋涵專用聚合物改性瀝青防水材料,研究了在生產這種材料時不同基材的選擇對材料性能的影響以及應用情況。

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膠、聚氯乙烯、氯化聚乙烯、氯化聚乙烯-橡膠共混物和聚乙烯丙綸等防水卷材[31]。早期中國生產三元乙丙橡膠防水卷材的生產線主要依靠進口,年生產能力保持在1 600萬 m2左右,應用范圍非常廣泛,很多體育場館和隧道工程都有應用。當然,并非所有的防水卷材都需要進口,其中已經研制了很長時間的聚氯乙烯防水卷材年生產能力約1 200萬 m2。氯化聚乙烯(CPE)防水卷材也是一種應用比較廣泛的防水材料,包括以玻璃布增強的卷材、無胎體卷材和氯化聚乙烯-橡膠共混卷材,全國生產能力約為1 500萬 m2[32]。

1.3 防水涂料

隨著人們對環境保護越來越重視,傳統的溶劑型防水涂料逐漸淡出人們的視線,新型環保的防水涂料如聚丙烯酸酯、聚氨酯和聚脲防水涂料在中國得以迅猛發展[33]。

1.3.1 聚丙烯酸酯

目前通常對聚丙烯酸酯類材料進行改性處理后再投入使用,因為改性后的聚丙烯酸酯具有更高的性價比和更優異的性能[33]。劉萬鵬等[34]將環氧樹脂與丙烯酸酯乳液改性與聚合,通過環氧樹脂用量變化來研究產物性能的變化,成功使改性后材料的吸水率由10.1%下降為4.5%。郭文錄等[35]對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為6%、涂膜硬度提升了60%。

魏麗敏等[36]用有機硅改性醋苯丙乳液,當有機硅含量為4%時,吸水率為6.5%,拉伸強度為5.4 MPa,比傳統乳液具有更優良的性能,性價比高。牟寶亮等[37]以有機硅乳液為基礎,加入丙烯酸酯共聚物乳液,試驗研究結果表明,為了使合成的共聚物乳液具有更好的穩定性,需要使硅氧烷單體中D4物質的量要比VD4多十倍以上,其中硅氧烷用量越多,該共聚物性能越好。

1.3.2 聚氨酯防水涂料

聚氨酯防水涂料分為傳統油溶性型聚氨酯和水性聚氨酯,傳統聚氨酯中含有有機溶劑對環境產生嚴重的破壞,其中游離的多異氰酸酯刺激性較強,會導致人們身體不適,甚至引發疾病[38]。因此,性能良好、無污染的水性聚氨酯越來越受到人們的重視。然而目前親水性基團通常被引入到水性聚氨酯的制備當中,導致其耐水性變差[39]。為了提高改性聚氨酯的耐水性和耐候性,目前常用丙烯酸樹脂、環氧樹脂等進行復合改性[40]。

孫學武等[41]采用輻射法制備水性聚氨酯丙烯酸酯復合乳液,形成含雙鍵的不飽和聚氨酯后其采用輻射法,并非使用傳統的化學聚合法,提高了材料拉伸強度的同時減少了材料的吸水率,這為制備聚氨酯丙烯酸酯(PUA)復合乳液提供了新的思路。李昊等[42]利用大分子不飽和單體法合成的復合乳液,大大提高了材料的拉伸強度以及斷裂伸長率。董偉等[43]制備出了性能更加優異的改性水性聚氨酯,通過機械共混法得到的材料拉伸強度達到29.57 MPa,斷裂伸長率為354.1%,各項性能均有了進一步的提高。

聚酯胎

1.3.3 噴涂聚脲彈性體

作為近年來迅速發展的新型防護材料,聚脲彈性體材料在很多重要工程中發揮著重要作用,目前已經能將該材料應用于工程中重防腐、減震降噪以及防水等方面,應用前景廣闊。

噴涂聚脲技術的優點主要表現為以下幾個方面:1)具有優越的物理性能,能夠很好地適應不同環境;

2)反應快,不會產生流掛現象,一次施工即可達到需要厚度,極大地減少了施工工期;3)對溫度、濕度不敏感,能很好地適應各種環境,即使在-28 ℃的環境中也可正常固化;4)高固含量、高耐候性,對環境無污染;5)擁有良好的耐候性、熱穩定性以及附著力[44]。

張伶俐等[45]結合珠海長隆海洋王國水池防水工程,對噴涂聚脲彈性體技術在實際工程中的應用做了介紹,同時分析了施工過程中遇到的突出問題并且提出相應的解決方案。

林賽等[46]結合犁地坪水庫工程中遇到的混凝土面板壩面板產生裂縫,對使用噴涂聚脲彈性體技術處理這種問題做了相應的介紹,在使用該技術對裂縫處理后,即使水庫運行4 a但同樣保持著優異的防滲、防腐、耐磨和耐老化性能。

李海楊[47]研究了聚脲技術在港珠澳大橋中的應用。聚脲材料在惡劣的海洋環境下很好地保護了橋梁混凝土,確保橋梁混凝土耐久性的同時減少混凝土內鋼筋的銹蝕。

黃微波[48]結合京津城際鐵路工程對聚酯胎防水材料的成功應用,對北京到上海高速鐵路上實施聚脲防護工程進行了分析,同時對聚脲材料施工過程中遇到的問題提出了改良措施。

作為新一代的多功能防護材料,聚脲材料具有著突出的物理性能、耐候性以及無污染等優點,相信隨著對材料的更深入研究以及施工方法和施工設備的進步,該材料能夠得到更加廣泛的應用


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