遇水膨胀（共5篇）
遇水膨胀 篇1
0 引言
在实际工程应用中, 由于混凝土施工缝、变形缝等引起的渗漏问题一直是施工防排水控制的重点和难点, 作为建筑业防水新技术之一的遇水膨胀止水胶技术的出现为隧道、地铁等施工缝、变形缝的防水达到Ⅰ级防水的标准提供了可能性, 因此在实际工程应用也非常广泛[1]。遇水膨胀止水胶作为膏状材料, 使它适用于各种不规则结构面接缝防水, 并且良好的粘合力使它不仅可以用于塑料、钢材, 还可以应用于混凝土、木头等, 除此之外, 相比于其他的防水技术, 它还具有施工简便、可操作性强等优点[2], 尤其是施工难度高、操作空间小等部位的密封止水。
1 遇水膨胀止水胶的特性
作为一种脲烷膏状体, 遇水膨胀止水胶固化成形后具有遇水体积膨胀、密封止水作用, 用于密封结构接缝和钢筋、管、线等周围的渗漏[3]。遇水膨胀止水胶具有双重密封功能:遇水膨胀止水胶的自粘特性远优于其他传统的嵌缝胶, 同时遇水膨胀, 当水进入接缝时, 它可以利用橡胶的弹性 (以压缩应力止水) 和遇水膨胀体积增大 (以膨胀压止水) 双重作用填塞缝隙, 从而达到止水的要求。遇水膨胀止水胶的主要物理性能如下:
1) 固含量不小于85%;
2) 在 (50±2) ℃情况下下垂度不大于2 mm;
3) 表干时间不大于24 h;
4) 7 d的拉伸粘结强度不小于0.2 MPa;
5) 拉伸强度不小于0.5 MPa, 断裂伸长率不低于400%;
6) 体积膨胀率在200%以上且长期浸水 (弱碱性) 体积膨胀率保持在90%以上;
7) 1.5 MPa水压力下不渗水。
世界上最早的遇水膨胀防水密封胶是由日本旭电化公司生产的P201的聚氨酯型遇水膨胀密封胶[4]。20世纪80年代上海、北京等地开始把P201遇水膨胀密封胶运用于地下工程的防水、止水, 特别是盾构法隧道工程中管片接缝间的漏水和渗水。近年来, 国内也有企业开始生产此类材料, 大部分是聚氨酯型遇水膨胀材料[5]。
虽然目前工程中止水密封材料种类较多, 但是通过与止水带、膨润土腻子条、橡胶腻子条、遇水膨胀橡胶条等的对比分析发现:遇水膨胀止水胶在施工性、后处理特性、与基面接触程度及止水效果等方面均有较优的表现。因此, 总体来讲, 遇水膨胀止水胶是一种综合性能极佳的密封材料。通过调查发现, 目前市场上的遇水膨胀止水胶主要有单组分室温固化型聚氨酯遇水膨胀止水胶和氯丁橡胶基遇水膨胀止水胶两种, 前者在与基材的粘结力、遇水膨胀倍率等方面远优于后者[6,7,8,9,10,11,12,13,14]。
2 遇水膨胀止水胶施工工艺及注意事项
2.1 施工工艺
2.1.1 施工机具准备
1) 裁纸刀:裁开止水胶外包装;
2) 打胶枪:挤出止水胶;
3) 钢丝刷、废棉布、卷尺、抹子。
2.1.2 施工准备
1) 用钢丝刷清除敷设范围内的砂砾、混凝土浮渣等杂物并用抹布擦净, 确保基层表面相对平整、干净、干燥, 无浮灰、浮浆、油污等杂物, 施工时间以混凝土浇筑前6 h~8 h为宜[2];
2) 金属基层应保持干净、干燥, 无锈蚀、灰尘、油污等杂物;
3) 施工前可采用弹线方式预先定位, 确保定位偏差在10 mm以内, 且距离混凝土外表面不小于100 mm。
2.1.3 遇水膨胀止水胶准备
1) 将铝箔包装装入打胶枪的枪筒内;
2) 用裁纸刀切开铝箔包装的头部;
3) 装上挤出头、合上枪筒;
4) 根据所需的出胶直径, 用裁纸刀斜向切开挤出头。
2.1.4 施工步骤
1) 边扣动打胶枪的扳机边挤出遇水膨胀止水胶进行施工。施工时, 必须保证混凝土层的厚度为100 mm以上。混凝土覆盖厚度不足时会发生裂缝、鼓起等现象, 是躯体损坏及漏水的重要原因;
2) 挤出遇水膨胀止水胶应确保口前端压向混凝土表面, 这样才能使遇水膨胀止水胶紧密地附着于混凝土表面;
3) 施工完成后及时检查混凝土与遇水膨胀止水胶间有无缝隙, 若存在缝隙时要用抹子找平;
4) 为构筑完整的止水构造, 必须使遇水膨胀止水胶完整涂抹于施工面。
2.1.5 养护与固化
1) 遇水膨胀止水胶养护与固化要特别注意环境温度, 根据经验最佳的施工环境温度在5℃~40℃。在5℃以下, 由于受湿度影响, 硬化时间会延长;在40℃以上, 下垂度会增加, 并且施工时环境温度不宜低于-10℃或高于50℃;
2) 遇水膨胀止水胶会与空气中的水分反应、硬化, 因此只有止水胶表面硬化完全达到指触干燥后, 才可以进行下一次混凝土的续浇。
2.1.6 保护与修补
1) 在遇水膨胀止水胶施工完成后若在其附近绑扎和焊接钢筋, 应采取措施对止水胶进行保护, 特别是在焊接钢筋时, 应在止水胶表面覆盖石棉布等材料且外露的部分止水胶宜进行临时覆盖保护。
2) 如遇水膨胀止水胶挤出出现不连续或不均匀的情况, 可以补打或用刮片适当刮匀、修整。修补时, 要注意迎水面一侧的遇水膨胀止水胶的侧面与基面的连接线的修整, 达到切实密贴、无缝隙的标准。
2.2 注意事项
1) 基面潮湿、堆积杂物、浮浆、疏松、孔洞等时, 不得做止水胶;
2) 采用的止水胶应具有缓膨胀作用, 其7 d的膨胀倍率不应大于最终膨胀率的60%, 现场可采用在已经固化的止水胶表面涂刷缓膨胀剂的方法进行缓膨胀处理[8];
3) 如果需要在止水胶附近进行焊接作业, 应做好止水胶遮挡保护工作;
4) 止水胶破损部位及不连续、断面尺寸不符合设计要求的部位, 应在其原位补充挤出粘贴止水胶, 使其连续, 断面尺寸符合要求[12];
5) 止水胶应避免长期浸水或雨天使用, 以免提前膨胀, 提前膨胀的部位应割除, 并重新粘贴止水胶;
6) 施工缝部位设置的快易收口网应拆除, 清理基层后再粘贴止水胶, 严禁止水胶直接粘贴在收口网表面;
7) 振捣混凝土时, 应注意振捣棒不得接触止水胶。
2.3 特殊位置处施工
无水滴或明水溢出时, 遇水膨胀止水胶可以在垂直面和天花板面进行施工。
在管道穿过混凝土壁的部位, 使用遇水膨胀止水胶也可以发挥很好的止水作用。在新建的混凝土壁上安装管道的场合, 需将遇水膨胀止水胶均匀涂敷于穿越管子的外围 (如图1所示) 。在已建的混凝土壁上安装管道的场合, 除了穿越的管子外围要涂敷遇水膨胀止水胶以外, 还要在墙壁内侧进行遇水膨胀止水胶的涂敷[10] (如图2所示) 。
墙壁的内角外角处均可以施工。但需注意在墙壁的内角处, 切记施工时, 不要与混凝土面之间产生空隙。在墙壁的外角处容易引起混凝土层厚度不足, 应避免此处进行施工。
3 结语
遇水膨胀止水胶作为一种新材料、新技术、新工艺, 具有止水效果好、耐久性强、质量变化率低、施工便捷、密贴、环保、性价比好等特点, 目前已成功应用于成都地铁、北京地铁、上海地铁、深圳地铁、杭州地铁、厦门翔安海底隧道、国家大剧院、杭州大剧院、国华电力、宁夏水处理厂等多个工程并取得了良好的止水密封效果。随着人们认识的增加和应用的推广, 遇水膨胀止水胶的需求量和使用量必将快速增长。
硫化氢对遇水膨胀橡胶性能的影响 篇2
关键词：遇水膨胀橡胶,硫化氢,腐蚀,密封材料
遇水膨胀橡胶 (WSR) 是20世纪70年代后期开发的一种具有弹性密封和遇水膨胀双重作用的功能弹性体, 能在保持橡胶高弹性的同时具有快速吸水和保水性能, 已被作为防水密封材料广泛应用于地铁、隧道等地下工程中[1,2]。近些年来在一些地下工程施工中发现了瓦斯等有害气体, 如武汉地铁在一期工程开挖过程中发现了瓦斯气体。瓦斯中的硫化氢具有强烈的腐蚀作用, 它通过与橡胶分子链中的双键及侧链中的活性基团反应, 使橡胶脆化从而丧失密封能力[3]。但关于硫化氢对WSR性能的影响尚未见研究报道。
本文研究了不同浓度的H2S气体和H2S溶液对WSR质量变化、力学性能和体积膨胀倍率的影响。
1 实验部分
1.1 实验材料
遇水膨胀橡胶:主要成分为天然橡胶、聚丙烯酸钠高吸水性树脂, 市售, 拉伸强度6.5 MPa, 扯断伸长率585%, 体积膨胀倍率546%;硫化亚铁、稀硫酸:市售。
1.2 H2S对WSR的腐蚀性实验
1.2.1 H2S气体腐蚀实验
将分别用于质量变化、力学性能和体积膨胀倍率测试的WSR试件置于真空干燥器中, 然后将干燥器抽真空。将硫化亚铁和稀硫酸置于启普发生器中反应制得H2S气体, 通入已抽真空的干燥器中。计量控制干燥器中H2S气体的体积浓度分别为0、10%、50%和100%, 腐蚀时间分别为5、10、15和20 d。
1.2.2 H2S溶液腐蚀实验
将硫化亚铁和稀硫酸置于启普发生器中反应制得H2S气体, 通入装有一定量水的密封罐中得到H2S饱和溶液, 再加水稀释至H2S溶液质量浓度分别为0、0.04%、0.2%、0.4%, 将分别用于质量变化、力学性能和体积膨胀倍率测试的WSR试件放入H2S溶液中进行腐蚀, 腐蚀时间分别为5、10、15和20 d。
1.3 质量变化测试
将尺寸为20 mm×20 mm×2 mm的WSR试样在70℃下干燥至恒重后进行腐蚀实验, 腐蚀一定时间后取出, 在同样的条件下干燥至恒重。称量腐蚀前后WSR试样的质量, 然后计算质量变化率。
1.4 力学性能测试
拉伸强度、扯断伸长率按照GB/T 528—1998进行测试。H2S溶液腐蚀后的试样先在70℃的烘箱中干燥, 然后在室温下静置1 h后进行测试。经H2S气体腐蚀后的试样取出后在室温下静置1 h后进行测试。
1.5 体积膨胀倍率测试
体积膨胀倍率按照GB/T 18173.3—2002进行测试。将20 mm×20 mm×2 mm的试样先用0.001 g精度的天平称出在空气中的质量m1, 然后再称出试样悬挂在蒸馏水中的质量m2, 随后将试样浸泡在 (23±5) ℃的300 m L蒸馏水中, 72 h后再称出其在蒸馏水中的质量m4, 然后用滤纸轻轻吸干试样表面的水分, 称出其在空气中的质量m3。体积膨胀倍率按式 (1) 计算。
式中:m1——浸泡前试样在空气中的质量, g;m2——浸泡前试样在蒸馏水中的质量, g;m3——浸泡后试样在空气中的质量, g;m4——浸泡后试样在蒸馏水中的质量, g。
2 结果与讨论
2.1 H2S对WSR质量的影响
图1反映了WSR在不同浓度H2S气体中的质量变化。
由图1可以看出, 在H2S气体浓度为50%、100%时, 随腐蚀时间的延长, WSR的质量增加明显, 同时, 随着H2S气体浓度的增大, 其质量变化显著增大, 在100%H2S气体中腐蚀20d时, 其质量增加率接近10%。在H2S气体中, WSR质量增大一方面是由于WSR中的天然橡胶主链中的C=C双键可与H2S发生加成反应[3];另一方面, WSR中的Zn O可与H2S反应生成稳定的Zn S, 并且Zn O对H2S具有吸附作用, 这些都会导致WSR的质量增大[4]。腐蚀时间的延长和H2S气体浓度的增大都有利于这些反应的进行。
图2反映了WSR在不同浓度H2S溶液中的质量变化。
从图2可知, WSR在纯水中表现为质量减小。纯水中浸泡5 d后, WSR的质量损失率为3.8%, 随着时间的延长, 质量损失率缓慢增大, 20 d时达到了5.3%。这是因为WSR中有少量与橡胶相容性不好的吸水树脂及小分子物质 (各种助剂) 能在较短时间内溶出, 导致WSR的质量迅速减小[5,6]。而在H2S溶液中, WSR的质量损失率则呈现先增加后减小的趋势, 在0.4%H2S溶液中侵蚀5 d后质量损失率为2.1%, 15 d后损失率为4.9%, 但20 d后损失率仅为0.6%。这是因为在15 d之前, 吸水树脂与小分子物质溶出是导致WSR质量变化的主要原因, 因此WSR的质量呈现逐渐减小趋势;而15 d后, 吸水树脂与小分子物质溶出逐渐减少, 而H2S溶液中的H2S分子与WSR中的橡胶及Zn O的作用使WSR质量增加, 因而WSR的质量损失率减小。
2.2 H2S对WSR力学性能的影响
图3和图4分别为在不同浓度H2S气体中WSR的拉伸强度保留率、扯断伸长率保留率随时间的变化曲线。
由图3、图4可知, 在相同H2S气体浓度下, 随着腐蚀时间的延长, WSR的拉伸强度保留率和扯断伸长率保留率均逐渐减小。但对于不同浓度的H2S气体, 变化趋势有所不同。在图3中, H2S气体浓度为10%时, WSR的拉伸强度保留率在前5 d下降幅度较小, 随后则呈直线下降;而H2S气体浓度为50%和100%时, WSR的拉伸强度表现为15 d之前迅速下降, 15 d后趋于平缓。在腐蚀时间为20 d时, 10%、50%、100%H2S气体中WSR的拉伸强度保留率分别为45.4%、44.3%和42.0%, 表明较长腐蚀时间后H2S气体浓度对WSR的拉伸强度影响差异已不显著。由图4可见, 在3种不同浓度的H2S气体中, WSR的扯断伸长率保留率均先以较快速度下降, 10 d之后下降速度减缓。但对于100%H2S气体, 15 d之后又快速降低, 20 d时WSR的扯断伸长率保留率仅为63%。
在H2S气体中, WSR力学性能的降低主要是由于H2S与天然橡胶分子链中的双键反应使橡胶脆化, 导致WSR的拉伸强度和扯断伸长率下降。
图5和图6分别反映了不同浓度H2S溶液对WSR拉伸强度保留率、扯断伸长率保留率的影响。
由图5和图6可知, 在纯水中, WSR的拉伸强度和扯断伸长率均随浸泡时间的延长而有所降低, 而在H2S溶液中, WSR的拉伸强度和扯断伸长率的降低更为明显。在水中浸泡20 d后, WSR的拉伸强度保留率、扯断伸长率保留率分别为78.4%和77.8%, 在0.04%和0.4%浓度的H2S溶液中浸泡20d后, 拉伸强度保留率和扯断伸长率保留率分别仅为60.2%、70.7%和47.7%、66.6%。比较图5和图6可见, H2S溶液浓度对拉伸强度的影响较大, 而对扯断伸长率的影响相对较小。
2.3 H2S对WSR体积膨胀倍率的影响
图7反映了不同浓度H2S气体对WSR体积膨胀倍率的影响。
由图7可知, WSR的体积膨胀倍率随着H2S气体腐蚀时间的延长而减小, H2S气体浓度越大, 减小程度越大。WSR分别在10%、50%和100%浓度H2S气体中保持20 d后, 体积膨胀倍率分别由546%降低至409%、401%和398%。体积膨胀倍率的降低可能是由于H2S与天然橡胶中的C=C双键反应, 导致橡胶脆化而在表面产生较多微小裂纹, 以至在测试WSR吸水膨胀倍率时吸水性树脂易于溶出, 从而使WSR的吸水膨胀倍率下降。
图8反映了不同浓度H2S溶液对WSR体积膨胀倍率的影响。
由图8可见, 在纯水中, WSR的体积膨胀倍率随浸泡时间延长而急剧减小, 而在H2S溶液中WSR的体积膨胀倍率降低程度更大, 但对于浓度为0.2%和0.4%的H2S溶液, 在浸泡10 d后, WSR的体积膨胀倍率已基本稳定, 因此在不同浓度的H2S溶液中浸泡20 d后, WSR的体积膨胀倍率趋于相近, 并且与在纯水中浸泡20 d的体积膨胀倍率差异不大。在H2S溶液中WSR体积膨胀倍率的降低, 主要是由于WSR在进行体积膨胀倍率测试前已在H2S溶液中浸泡较长时间, 导致其吸水树脂溶出量较多, 故在H2S溶液中WSR体积膨胀倍率的减小程度远大于在H2S气体中。
3 结论
(1) H2S气体和H2S溶液对WSR的性能均有明显影响, 随着腐蚀时间的延长, WSR的拉伸强度、扯断伸长率和体积膨胀倍率均有较大程度的降低。
(2) H2S气体和H2S溶液的浓度越大, 对WSR的性能影响越大, 但随着腐蚀时间的延长, 浓度对WSR性能的影响趋于减小。
(3) 在H2S气体中, WSR的质量逐渐增大, 而在H2S溶液中, WSR的质量逐渐减小, 但其质量损失率呈现先增加后减小的变化趋势。
参考文献
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遇水膨胀 篇3
1 技术参数制定及设计思路
1.1 技术参数制定
结合《SY/T7017-2014遇油遇水自膨胀封隔器》标准和甲方工程技术要求, 遇水自膨胀管外封隔器应满足以下技术要求:遇水自膨胀管外封隔器必须满足35~150℃温度范围, 环空相对稳定不易出现塌方应用工况下使用, 固井过程中不发生膨胀, 固井完成后膨胀材料缓慢膨胀, 实现单向微间隙密封, 达到技术指标要求。
1.2 设计思路
通过现场施工调研, 原有的水力扩张式管外封隔器存在如下问题:
(1) 本体存在一定数量排泄孔, 破坏管串完整性;
(2) 内部挡销结构在开启时会对顶替胶塞带来一定损坏, 影响后续固井工具的正常使用;
为此, 新型遇水自膨胀管外封隔器在研发设计上必须避免出现以上问题, 在调研借鉴国内外同类产品结构的基础上, 新型遇水自膨胀管外封隔器的设计思路如下:
(1) 总体结构分为胶筒和限位环两部分;
(2) 胶筒分为3层结构:外层为保护层, 在一定时间内起到防止膨胀材料与水分作用;中间层为膨胀材料, 遇水后向外单向缓慢膨胀;内层为隔离材料, 遇水后向内单向微膨胀密封;
(3) 限位环不再使用顶丝, 分为两层结构, 采用摩擦环结构锚紧定位。
使用时将胶筒安装在对应规格的套管上, 由限位摩擦环锚紧定位。遇水后胶筒外保护层36h之内隔离水层;超过36h之后外层逐渐溶解破坏, 中间层与水接触后向外缓慢膨胀密封环空, 内层也向内单向微膨胀密封管体, 从而实现隔离水层作用。
2 膨胀原理及影响因素研究
2.1 膨胀原理研究
通过相关技术资料查阅, 遇水膨胀的原理为聚合物的渗透性特质, 通过吸水颗粒在暴露的水分子里后膨胀, 进而引起橡胶基质的伸张。
2.2 膨胀影响因素研究
通过前沿技术资料分析可知, 膨胀材料的吸水膨胀效果受关键因素的影响, 具有一定的特性, 可在后续试验过程中应加以应用。
3 材料制备选型及试验研究
3.1 材料制备
结合上述技术要求, 通过市场采购相关原料, 应用机械共混法, 分别制备3种样品作为膨胀材料, 成分均以高聚合度碳氢链结构的疏水橡胶为主, 以不同浓度和方向混入亲水性物质或在主链上加入亲水性基团为辅, 以便后续选型。
3.2 材料选型
将上述制备好的样品材料送至相关检测机构进行性能评价, 通过对3种样品各个性能指标进行对比, 第一次均不符合相关要求。随后, 经过3次改良亲水物质浓度, 终于制备出符合要求的样品试块, 各项性能参数均符合相关要求。
3.3 自由膨胀评价试验
将上述优选制备出的试块进行室内自由膨胀评价试验, 通过对膨胀倍率数据的测定, 完成自由膨胀评价试验过程。具体实验过程为在化验室常温条件下, 将同一规格试块分别放置于清水、水泥浆滤失液和钻井液中, 定时测定尺寸变化情况, 形成数据分析。
在自由膨胀状态下, 该类型橡胶试块在不同浸泡液体介质中的膨胀倍率参数均≥250%, 满足设计要求, 为后续室内评价试验的奠定基础。
3.4 模拟井底评价试验
在顺利通过自由膨胀试验的基础上, 进行模拟井底工况评价试验, 对实际膨胀倍率、承压能力的等指标参数进行数据分析和对比。具体试验过程为在80℃, 常压条件下, 将同样4个”规格 (φ178×φ142×500) 胶筒样品安装在同等长度的”套管上, 1只安装在试压工装内部放置于钻井液中, 另外3只分别放置于清水、井水和钻井液中进行对比试验, 承压密封试验设定承压5MPa。
通过对比试验中胶筒尺寸变化的测定和数据分析可知, 优选胶筒出样品具有良好的遇水膨胀性能, 48h以内的体积膨胀倍率均≥250%, 无成分析出现象, 耐压能力满足设计要求, 故胶筒材料定型。
4 产品设计
4.1 胶筒设计
胶筒外观尺寸满足符合标准规定, 主要分为3层结构, 外层隔离层采用可溶性高分子材料, 中间层采用优选材料, 内层采用缓慢膨胀材料, 其中长度根据现场固井实际情况要求, 可多种选择。胶筒上下端均设计专用凸台结构, 与限位环配合固定。
4.2 限位环设计
新型限位环采用双层结构设计, 通过内层摩擦环上紧形变产生摩擦力从而锚定在套管实现快速定位, 避免顶丝上紧带来的套管损坏, 外层表面增加滚花结构, 方便人员上紧。采用高强度合金钢加工, 锚定强度高, 可达到15k N以上。
5 现场应用
2016年10月, 川庆钻探长庆固井公司应用该新型遇水自膨胀管外封隔器在采油九厂畔204-99井进行控水现场试验, 该井深2 256m, 替量0~23m3方正常, 最后5m3返出渐小, 固井施工正常, 满足现场使用要求。
6 结论
1) 该新型遇水自膨胀管外封隔器能实现单向微间隙密封, 达到层间隔离目的, 满足现场施工技术要求。
2) 具有使用简单、适用性好等优点, 有利于推广应用。
3) 已成功进行了现场固井试用, 控水、堵水效果良好。
摘要：水层异常活跃、油井含水上升过快是制约油田高产稳产的主要因素, 确保有效分段封隔是解决问题的关键。急需研制操作简单、可靠性高、应用范围广的遇水自膨胀管封隔器, 通过技术参数制定、膨胀原理与影响因素研究、材料制备优选、产品设计、评价试验及现场试验的有效开展, 使得各项技术达到设计要求, 从而完全满足固井完井与控水工艺需求, 具有很好的应用前景。
关键词：分段封隔,遇水自膨胀封隔器,控水
参考文献
遇水膨胀 篇4
北京某办公楼,地下防水工程设计等级为Ⅰ级。地下室基础底板和外墙采用刚性防水(混凝土自防水)和柔性防水相结合的方式,柔性防水采用0.7mm+0.7 mm GFZ聚乙烯丙纶防水卷材。根据施工工艺要求,在墙体与顶板交接处(墙体上口)以及楼板与上层墙体交接处(墙体下口)均留有施工缝。为防止施工缝成为渗水点,在施工缝处均设置20 mm×30 mm规格的缓膨型膨润土橡胶遇水膨胀止水条(BW-S)。在基础底板后浇带、地下室外墙后浇带、地下室回收顶板后浇带处也设置了相同规格的遇水膨胀止水条。该工程共使用止水条4 169 m。
2 遇水膨胀止水条的应用技术
2.1 材料简介
遇水膨胀止水条在地下室施工缝防水处理时被广泛使用,主要有腻子型和橡胶型两种。腻子型遇水膨胀止水条属于非硫化型,主要应用于施工缝;橡胶型遇水膨胀止水条在加工工艺上经过了硫化处理,主要应用于施工缝和拼接缝。GB 50108—2008《地下工程防水技术规范》和88 J6—1《建筑构造通用图集(地下工程防水)》均要求两种类型止水条应具有缓膨性能,且要求其7 d的膨胀率不应大于60%的最终膨胀率[1]。本工程使用了一种原建设部和国家建材局推广的新型专利产品———缓膨型膨润土橡胶遇水膨胀止水条(BW-S),各项指标完全满足《图集》和《规范》要求。
膨润土止水条(BW)是以膨润土为主要原料,添加橡胶及其他助剂加工而成的遇水膨胀止水条。膨润土止水条依据吸水膨胀率达200%~250%时所需不同时间为主要参数,又可分为普通型(C)和缓膨型(S)两种[2]。执行标准为JG/T 141—2001《膨润土橡胶遇水膨胀止水条》[3]。该工程选用的止水条为缓膨型膨润土橡胶遇水膨胀止水条(BW-S),其规定时间的吸水膨胀率可达120 h以上,是在原BW-96型止水条的基础上研发的。此系列止水条主要特点如下:
1)内外层不同膨胀材料设置具有分步膨胀-时间控制特性
缓膨型止水条由缓膨指标和最终膨胀指标进行双重控制,为了实现此目的,BW-S系列止水条由内部快速膨胀材料和外部周圈慢速膨胀材料构成(图1)。因其设置了不同的内外层膨胀材料而具有分步膨胀-时间控制的特性(即二次膨胀效应),弥补了普通缓膨止水条膨胀速度慢、最终膨胀倍数小、防渗漏效果欠佳的弊病。此外,内外层不同膨胀特性材料的设置使得其能满足7 d膨胀率不大于最终膨胀率60%的要求,同时又满足止水材料缝隙快速止水,最终膨胀倍数不小于300%的规定,完全满足GB 50108—2008《地下工程防水技术规范》、GB 50208—2002《地下防水工程质量验收规范》[4]和88 J6—1《建筑构造通用图集(地下工程防水)》的要求。
2)加强网设置可防止止水条长向膨胀
GB 50108—2008《地下工程防水技术规范》中第5.1.14条规定,止水条“宜采用遇水膨胀橡胶与普通橡胶复合的复合型橡胶条、中间夹有钢丝或纤维织物的遇水膨胀橡胶条、中空圆环型遇水膨胀橡胶条。当采用遇水膨胀橡胶条时,应采取有效的固定措施,防止止水条胀出缝外。”但实际上,工程中应用的止水条很少掺加加强网。
该系列产品在原产品基础上进行改进,在止水条中间加设了钢丝或玻纤网(图2),确保了止水条的可塑性,增强了安装强度,也使得止水条能方便地在垂直界面上安装,有效防止了止水条向长度方向的膨胀。加强网的掺加也能有效地控制止水条胀出缝外,以免止水条提前膨胀而脱离界面。
2.2 主要施工工艺
2.2.1 遇水膨胀止水条在地下室墙体的施工技术
墙体竖向施工缝和下口施工缝的止水条在混凝土剔凿后、钢筋绑扎前进行施工;墙体上口施工缝的止水带在顶板模板支设完成后、板筋绑扎前进行施工。具体施工工艺流程为:施工缝剔凿→扫浮灰→放置止水条→刷水泥浆→射钢钉→报验→绑扎钢筋。墙体水平施工缝止水条施工处理示意见图3,墙体水平竖向施工缝的止水条固定示意见图4。
具体施工过程为:
1)首先对墙体施工缝进行弹线、切割、剔凿,直至露出坚硬石子。然后用高压气泵将施工缝中的建筑垃圾吹干净。
2)用专用胶将遇水膨胀止水条粘贴在墙体中间位置,并用钢钉固定,钢钉间距1 000 mm。验收后,进行墙体或顶板的钢筋绑扎。
3)止水条在搭接时采用企口搭接型式(图5)。先在止水条上切出长50 mm、高10 mm的子母型企口,然后用胶将两条止水条粘结起来,并用水泥钢钉固定。
2.2.2 遇水膨胀止水条在后浇带的施工技术
地下室顶板处后浇带止水条施工做法与墙体止水条施工做法完全相同。基础底板后浇带止水条施工做法也与墙体止水条施工做法基本相同,不同之处主要为切割处理和放置工艺。后浇带止水条固定见图6。因本工程基础底板后浇带全部采用快易收口型永久性混凝土模板,收口网不取出,不能直接固定止水条,导致止水条施工工艺与墙体止水条施工工艺略有不同(图7—8)。
在后浇带混凝土浇筑前,一人先从砌好的人孔钻入,将后浇带支撑钢筋切除,然后用砂轮机在止水条放置位置切割出高30 mm、深10 mm的槽口,并将槽口剔凿清理干净。然后将止水条嵌入,使得止水条正好位于新老浇筑混凝土的中间,最后用胶和钢钉将其固定牢靠,以保证良好的止水效果。
3 结语
该工程共使用BW-S型止水条4 169 m,价格为22元/m,总计花费9.172万元。尽管该止水条较传统止水条每m贵3~4元,但因其独特的内外层不同膨胀材料和加强网的设置,使其具有分步膨胀-时间控制特性和防止长向膨胀特性,从而具有其他传统材料无可比拟的技术优势。迄今为止,本工程地下室施工缝、后浇带等处未发现明显渗漏迹象,防水措施取得了良好的效果。
摘要：本文对缓膨型膨润土橡胶遇水膨胀止水条(BW-S)的物理参数、性能指标和技术特点进行了概述,重点介绍了其在某办公楼工程地下室墙体施工缝和基础底板后浇带中的应用技术。
关键词：地下室,施工缝,后浇带,遇水膨胀止水条
参考文献
[1]国家人民防空办公室.GB 50108—2008地下工程防水技术规范[S].北京:中国计划出版社,2009.
[2]徐文君.水膨胀防水材料专用吸水树脂的研制与应用[J].中国建筑防水,2010(4):1-5.
[3]中华人民共和国建设部.JG/T 141—2001膨润土橡胶遇水膨胀止水条[S].北京:中国标准出版社,2001.
遇水膨胀 篇5
盾构管片接缝防水是盾构法隧道防水的关键,直接影响到隧道的防水效果和耐久性。目前盾构管片接缝防水一般采用遇水膨胀止水带,国内应用较为普遍的主要有两种材质[1]:一种为浇注型的聚醚型聚氨酯弹性体(以下简称聚氨酯弹性体),另一种为聚氨酯加氯丁橡胶和天然胶混炼后硫化而成的遇水膨胀橡胶制品(以下简称水膨胀橡胶),其生产工艺多为挤出型。遇水膨胀止水带的先期拼装压力较小,遇水膨胀后止水带之间接触面的压力明显增大,根据防水理论,其防水能力也应显著提高。上述两种材质的遇水膨胀止水带在受压状态下仍保持橡胶特性,且内部同时会产生一定的体积膨胀。
本文通过试验对比,分析了聚氨酯弹性体和水膨胀橡胶的相关工程应用性能。文中涉及的上述材料的断面取自某双圆盾构所采用的标准断面(图1、图2),材料的物理力学性能设计指标见表1,其中设计水压为0.6 MPa。
1 试验
1.1 材料性能试验
1)硬度试验
随机抽取聚氨酯弹性体与水膨胀橡胶试样各2片,长度为40 mm。各试样分别浸水60 h以上,每2 h测1次硬度。
2)膨胀率试验
随机抽取聚氨酯弹性体与水膨胀橡胶试样各2片,长度为50 mm。各试样分别浸水60 h以上,每间隔2 h测1次膨胀率,方法是将试样擦干,采用排除水质量法进行测试。
3)质量变化率试验
随机抽取聚氨酯弹性体与水膨胀橡胶试样各6片,长度为50 mm。浸水前,测定处于完全干燥条件下的各试样的质量;浸水时各试样互相不接触,静置;浸泡完成后,再测定其质量;然后将各试样用烘箱干燥,干燥过程中每天测量其质量,干燥时间到4 d内试样的质量变化率不超过0.1%。
1.2 防水性能试验
将试件兜绕成环,采用粘合剂将其固定于T字缝水密性装置内,试验装置见图3。分别在未浸水和浸水3 d后测试其防水能力,模拟在纵缝张开量为0mm、环缝张开量为4 mm且不错缝条件下试样的耐水压力。
2 结果与分析
2.1 材料性能试验
硬度试验结果见图4。从图4可以看出:
1)在刚开始2 h内,两种材料的硬度下降均较快,聚氨酯弹性体的硬度降为原来的62%,水膨胀橡胶的硬度降为原来的69%。
2)2 h后,两种材料的硬度变化均较为平缓,并在24 h后基本稳定,聚氨酯弹性体的硬度降为原来的53%,水膨胀橡胶的硬度降为原来的61%。
膨胀率试验结果见图5。从图5可以看出:
1)浸水72 h后,聚氨酯弹性体的体积膨胀率达到了460%,水膨胀橡胶的体积膨胀率达到了230%。
2)水膨胀橡胶接近250%的膨胀率设计指标,而聚氨酯弹性体则超过了380%的设计指标。
质量变化率试验结果见图6。从图6可以看出:在干燥的前3 d质量析出较大,主要为止水带膨胀时所吸收水分的析出。干燥6 d后,质量析出逐渐减少至稳定,此时的质量析出被视为止水带内不稳定物质的析出。可以看出此时聚氨酯弹性体的质量变化率为1.88%,水膨胀橡胶的质量变化率为1.09%,都满足相关规范中质量损失率≤2.5%的设计要求。
2.2 防水性能试验结果
防水性能试验结果见表2。从表2可以看出:聚氨酯弹性体耐水压力浸水前后都超过了0.6 MPa的设计水压,而水膨胀橡胶则没有达到设计指标,并且在浸水后耐水压力还有所下降。
3 结论与建议
本文通过试验对比,分析了两种遇水膨胀止水带的材料性能和防水能力,得到以下结论:
1)聚氨酯弹性体和水膨胀橡胶浸水后硬度均有所下降,水膨胀橡胶硬度的下降没有聚氨酯弹性体明显。
2)水膨胀橡胶的浸水膨胀率符合设计要求,而聚氨酯弹性体的浸水膨胀率则过大,同时膨胀速率过快。因此,施工时应给予重视,必须保证其在拼装前不发生膨胀,并且须采取措施有效约束其膨胀,否则拼装前聚氨酯弹性体就会凸出沟槽,导致防水失效。
3)聚氨酯弹性体和水膨胀橡胶浸水后析出物质量均在允许范围内。
4)聚氨酯弹性体和水膨胀橡胶在防水能力上存在差异,断面形状是造成这种差异的主要原因。水膨胀橡胶梯形断面的接触面积小于聚氨酯弹性体的矩形断面,同时其中间的孔洞也明显削弱了断面的接触压力。因此,在以后的工程设计中应尽量加大止水带之间的接触面积。
摘要：通过试验对比了盾构隧道防水用聚氨酯弹性体和水膨胀橡胶的材料性能(包括硬度、膨胀率和质量变化率)和防水能力的差异,分析了其原因并对设计施工提出了建议。
关键词：盾构隧道,遇水膨胀止水带,聚氨酯弹性体,水膨胀橡胶
参考文献