王 培，劉鐵思，張 濤，俞 偉(.新疆石油管理局供水公司，新疆 克拉瑪依 834000；.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，烏魯木齊 83005)

0 引 言

隨著高分子材料的研發(fā)和應(yīng)用不斷推進(jìn)，渠道襯砌伸縮縫的止水材料選擇愈趨廣泛，止水材料性能也得到了大幅提升，較相關(guān)規(guī)范規(guī)定的材料性能達(dá)標(biāo)值已高出很多[1]。但是，已有的工程實(shí)踐表明：以實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)方法得到的材料性能指標(biāo)參數(shù)并不能完全代表和反映止水材料用于實(shí)際工程時(shí)的工作性能。一些性能指標(biāo)較好的止水材料在實(shí)際工程運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)與襯砌材料黏接不牢產(chǎn)生裂縫、脫落而發(fā)生漏水現(xiàn)象[2]。究其原因主要有二：一是施工工藝不當(dāng)，二是施工環(huán)境惡劣(如低溫、潮濕等)；即現(xiàn)場(chǎng)的施工技術(shù)水平及環(huán)境因素往往決定著止水材料工作性能的優(yōu)劣。因此，渠道伸縮縫止水材料的選擇就應(yīng)著重考察材料在實(shí)際運(yùn)行條件下的工作性能，而不是僅僅以材料性能參數(shù)指標(biāo)來(lái)確定，該問(wèn)題對(duì)于特殊施工環(huán)境下的渠道工程以及維修工程尤為突出。然而，迄今為止，水利行業(yè)尚無(wú)渠道伸縮縫工程質(zhì)量的相關(guān)規(guī)定及檢測(cè)方法，只能經(jīng)過(guò)若干年運(yùn)行后，通過(guò)材料的外觀性狀及渠段是否漏水進(jìn)行判斷，顯然這種檢測(cè)方式的滯后性是不能滿足生產(chǎn)對(duì)工程質(zhì)量的要求[3]。事實(shí)上，渠道伸縮縫止水材料工作性能的核心是止水材料與襯砌材料(混凝土)的黏接強(qiáng)度，因此，本文借鑒工民建給水排水領(lǐng)域的相關(guān)規(guī)程規(guī)范[4]，在現(xiàn)場(chǎng)采用閉水試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)不同止水材料與襯砌材料的黏接強(qiáng)度和黏接質(zhì)量，以期為渠道伸縮縫工程質(zhì)量的檢測(cè)和評(píng)價(jià)提供參考。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)依托工程為新疆克拉瑪依引水工程的風(fēng)克干渠，該工程屬大(2)型工程，位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣。干渠穿越高寒干旱區(qū)，極端最高氣溫42.9 ℃(克拉瑪依氣象站)，極端最低氣溫-42.7 ℃(福海氣象站)，干旱少雨，風(fēng)沙較大。干渠于2000年建成通水，全長(zhǎng)112 km，設(shè)計(jì)流量為23 m3/s，加大流量為28 m3/s。渠道伸縮縫止水材料原設(shè)計(jì)為瀝青砂漿，后因?yàn)r青砂漿老化、剝蝕、脫落較為嚴(yán)重，先后采用了瀝青砂漿、PVC油膏、聚氨酯密封膠等材料進(jìn)行了伸縮縫修補(bǔ)工作。為檢驗(yàn)該渠道伸縮縫止水材料與襯砌材料的黏接強(qiáng)度和黏接質(zhì)量，選擇風(fēng)克干渠H13涵洞進(jìn)口附近的14+400處作為試驗(yàn)渠段，該渠段為梯形斷面，現(xiàn)澆混凝土板襯砌，每隔3 m設(shè)置伸縮縫，縫寬2 cm；為對(duì)比不同止水材料的效果，在不同伸縮縫中分別采用了PVC油膏和聚氨酯密封膠兩種止水材料[5,6]，并在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)兩種止水材料分別進(jìn)行閉水試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)過(guò)程概述

因生產(chǎn)運(yùn)行管理要求，風(fēng)克干渠停水時(shí)間為每年10月中旬-次年4月初。為檢測(cè)兩種止水材料在低溫情況下施工后的工作性能和經(jīng)過(guò)一個(gè)冬季環(huán)境考驗(yàn)后的工作性能，于2014年11月7日完成兩種止水材料的閉水試驗(yàn)壓力體制作和拉拔試驗(yàn)試件的現(xiàn)場(chǎng)制作和施工，然后，分別在兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，每次試驗(yàn)對(duì)每種材料分別測(cè)3～5個(gè)試樣；第一次試驗(yàn)時(shí)間為11月19日，即止水材料試件現(xiàn)場(chǎng)施工完成后的第12 d，該期間現(xiàn)場(chǎng)日平均最高氣溫為8.4 ℃，日平均最低氣溫為2.3 ℃，并且有一日夜間出現(xiàn)零下2.0 ℃，止水材料固化期間為低溫環(huán)境；第二次試驗(yàn)時(shí)間在2015年3月14日進(jìn)行，即止水材料固化后又經(jīng)歷一個(gè)冬季的環(huán)境考驗(yàn)。

1.2.1閉水試驗(yàn)過(guò)程

閉水試驗(yàn)壓力體制作：清理伸縮縫，深度至8 cm，混凝土板兩側(cè)界面清理干凈。在縫體底部3 cm深度范圍，用增強(qiáng)型聚氨酯密封膠進(jìn)行填筑封堵，待有一定固化強(qiáng)度后，在縫體長(zhǎng)度方向(10 cm)填塞碎石，高度2 cm，形成可注水的碎石空腔；最后在壓力體兩側(cè)及頂部填筑3 cm厚的試驗(yàn)用止水材料。待止水材料達(dá)到固化強(qiáng)度后，在混凝土板上鉆斜孔，通達(dá)碎石空腔，將打壓針頭塞入斜孔中，封閉針頭外圍與混凝土之間的縫隙，形成閉水試驗(yàn)壓力體，如圖1所示。

圖1 閉水試驗(yàn)壓力體示意圖(單位：mm)

試驗(yàn)壓力體制作完成后，分別在兩個(gè)測(cè)試時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行充水打壓，觀測(cè)閉水試驗(yàn)壓力體中止水材料的破壞形式及承受的壓力值，打壓設(shè)備為手持式壓力加壓泵，要求加壓速率控制在2～3 s加壓一次。

1.2.2拉拔試驗(yàn)過(guò)程

為保證黏接基層混凝土條件的一致性，拉拔試驗(yàn)選擇在同一塊渠道襯砌混凝土板的表面進(jìn)行，并且兩種止水材料的試件高度位置一致。首先將混凝土板表面進(jìn)行清理，然后將止水材料涂刷在渠道混凝土板表面，待固化后黏接拉拔試塊，最后在規(guī)定的測(cè)試時(shí)間節(jié)點(diǎn)實(shí)施拉拔。拉拔試驗(yàn)采用XH-60010N智能黏結(jié)強(qiáng)度檢測(cè)儀(分體式)，測(cè)量拉拔試塊脫離時(shí)的拉應(yīng)力峰值。

1.3 試驗(yàn)結(jié)果

在兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)兩種止水材料進(jìn)行閉水壓力試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)的測(cè)量值如表1，表2所示。

表1 閉水試驗(yàn)兩種止水材料破壞壓力測(cè)量值

注：試驗(yàn)現(xiàn)象中“底部滲水”是由于壓力體底部封閉不嚴(yán)，漏水導(dǎo)致。

表2 拉拔試驗(yàn)兩種止水材料拉拔值

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)閉水壓力試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果來(lái)看，兩種材料與混凝土的黏接性能相差較大。PVC油膏在閉水試驗(yàn)過(guò)程中表現(xiàn)為止水材料表面雖無(wú)體積變化，但壓力達(dá)到一定值并持壓4～6 s時(shí)就在壓力體側(cè)面(即止水材料與混凝土黏接界面)出現(xiàn)開(kāi)裂、出水現(xiàn)象。在拉拔試驗(yàn)中也可以清晰觀察到拉拔試塊脫離后，混凝土與拉拔試塊黏接處的表面比較干凈、光潔，無(wú)止水材料殘留，拉拔試塊上的止水材料表面也較光滑、平整。如圖2所示。

圖2 PVC油膏破壞形式

聚氨酯密封膠在閉水試驗(yàn)過(guò)程中表現(xiàn)為當(dāng)壓力體腔內(nèi)的壓力達(dá)到一定值時(shí)，止水材料的中部發(fā)生隆起，壓力體腔體體積迅速變大，造成壓力很難持續(xù)上升，但在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，止水材料與縫面混凝土一直保持黏接狀態(tài)，未出現(xiàn)開(kāi)裂、出水現(xiàn)象。拉拔試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)拉拔試塊脫離后，混凝土表面有較大面積的止水材料殘留，拉拔試塊上的止水材料有明顯的撕裂痕跡，即這種止水材料的破壞界面在自身內(nèi)部，為內(nèi)聚破壞，如圖3所示[7]。

圖3 聚氨酯密封膠破壞形式

從以上的分析可以看出，從止水材料與混凝土縫面的黏接強(qiáng)度和黏接質(zhì)量來(lái)看，聚氨酯密封膠的工作性能要遠(yuǎn)好于PVC油膏，并且在低溫環(huán)境下。聚氨酯密封膠具有更好的彈塑性能和適應(yīng)變形能力，另外，兩種止水材料經(jīng)過(guò)一個(gè)冬季后的工作性能沒(méi)有明顯變化，該結(jié)果與國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究是一致的[8]。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)兩種伸縮縫止水材料的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，得出如下結(jié)論。

(1)渠道伸縮縫止水材料工作性能的核心是止水材料與襯砌材料(混凝土)的黏接強(qiáng)度和黏接質(zhì)量。

(2)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行閉水試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)，可以反映出不同止水材料與混凝土的黏接性能，同時(shí)，也可間接評(píng)價(jià)止水材料適應(yīng)變形的能力。

(3)就本文現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的兩種止水材料而言，聚氨酯密封膠的工作性能要遠(yuǎn)好于PVC油膏，并且在低溫環(huán)境下，聚氨酯密封膠具有更好的彈塑性能和適應(yīng)變形的能力。

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[1] GB/T 50600-2010，渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 毛國(guó)新,程地琴.高寒地區(qū)混凝土防滲渠道伸縮縫填料選擇[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2008,(8):117-118.

[3] 黃金勝,王 衛(wèi).寒冷地區(qū)混凝土防滲渠道伸縮縫填料選擇及工藝[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電,2001,(7):51-52.

[4] GB/T16777-2008，建筑防水涂料試驗(yàn)方法[S].

[5] 李 江,鄭 瑋.北疆供水工程混凝土防滲渠伸縮縫填料設(shè)計(jì)[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2004,(8):89-91.

[6] 郭志全,吳曉峰. 大型引水渠道伸縮縫嵌縫材料選擇[J].浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2011,(4):25-27.

[7] 李敬瑋,郝巨濤,韓本正.彈性聚氨酯填縫止水密封材料的研究[J].水利水電技術(shù),2005,(11):93-95.

[8] 孫坤君,張慧莉,汪有科.新型混凝土渠道接縫材料抗凍性能研究[J].灌溉排水學(xué)報(bào),2007,(2):33-36.