李紅權(quán) 曲萌 李宗謙
(1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量研究所,北京 100081;2.西北工業(yè)大學(xué),西安 710129)
止水帶是一種止水結(jié)構(gòu),在澆筑混凝土?xí)r被預(yù)埋在變形縫、施工縫內(nèi)與混凝土連成一體,防止構(gòu)筑物變形縫、施工縫處的滲水、漏水并起到減振緩沖等作用。橡膠(或鋼邊橡膠)止水帶是鐵路隧道防水材料中重要的組成部分,其以天然橡膠、三元乙丙橡膠等為主要原料,摻加各種助劑和填充料,經(jīng)塑煉、混煉、模壓、擠出硫化等工序成型[1]。近年來(lái),鐵路隧道施工引入自粘橡膠止水帶,即在橡膠止水帶基礎(chǔ)上,在橡膠凸肋間、鋼邊基材上涂覆非瀝青基高分子自粘膠,形成復(fù)合自粘膠層。
目前規(guī)定了鐵路隧道用橡膠止水帶尺寸和性能的標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 18173.2—2014《高分子防水材料第2部分:止水帶》[2]、TB/T 3360.2—2014《鐵路隧道防水材料 第 2 部分:止水帶》[3]和 Q/CR 562.2—2017《鐵路隧道防排水材料 第2 部分:止水帶》[4]。其中Q/CR 562.2—2017 規(guī)定了:與橡膠止水帶相比,自粘橡膠止水帶主要增加了與后澆混凝土剝離強(qiáng)度、與后澆混凝土剪切強(qiáng)度、防竄水性、錨固性能等項(xiàng)目的測(cè)定及其試驗(yàn)方法。
依據(jù)Q/CR 562.2—2017 對(duì)自粘橡膠止水帶測(cè)試發(fā)現(xiàn):自粘橡膠止水帶與后澆混凝土剪切強(qiáng)度、防竄水性、錨固性能等指標(biāo),同一批次樣品的測(cè)試數(shù)據(jù)離散性較小,且基本能滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求;測(cè)試自粘橡膠止水帶與后澆混凝土剝離強(qiáng)度過(guò)程中存在自粘膠層厚度差異大、剝離形式多樣、測(cè)試數(shù)據(jù)離散性較大等現(xiàn)象。自粘橡膠止水帶與后澆混凝土剝離強(qiáng)度(簡(jiǎn)稱(chēng)剝離強(qiáng)度)是表征自粘橡膠止水帶防水性能的核心指標(biāo),科學(xué)、準(zhǔn)確、有效地測(cè)試和判定該指標(biāo),對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量控制尤為關(guān)鍵。因此,分析自粘橡膠止水帶與后澆混凝土剝離強(qiáng)度的影響因素,有助于優(yōu)化生產(chǎn)工藝、提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。
止水帶與混凝土之間發(fā)生滲水、漏水,一方面是由于橡膠材料本體與混凝土膨脹率不同,溫度變化、干濕交替等因素導(dǎo)致在止水帶與混凝土結(jié)合處出現(xiàn)干縮裂縫;另一方面是由于止水帶與混凝土黏結(jié)力較弱,受力就會(huì)脫離,形成滲水通道[5]。
鐵路隧道用自粘橡膠止水帶的止水機(jī)理:①自粘膠層與止水帶基材通過(guò)機(jī)械嵌合力、分子間力、化學(xué)鍵等牢固黏結(jié),形成膠粘密封帶阻斷滲水通道。②水泥水化過(guò)程中產(chǎn)生大量水化熱,其溫度能達(dá)到70~80 ℃,導(dǎo)致自粘膠軟化且具有一定的黏性;混凝土毛細(xì)孔中的水一部分參與水化反應(yīng)而形成孔內(nèi)負(fù)壓,將黏性自粘膠吸入毛細(xì)孔中,在混凝土硬化和冷卻過(guò)程中固化于其中,形成止水帶和混凝土肌膚式黏結(jié)界面。這2方面的作用將止水帶基材與后澆混凝土牢固黏結(jié),彌合滲水通道,增強(qiáng)錨固性能。
試件從自粘橡膠止水帶隨機(jī)截取,長(zhǎng)度為300 mm,寬度為(40±0.5)mm,每組試件數(shù)量為5 個(gè)。自粘膠層與止水帶基材黏合的寬度為40 mm,試件斷面結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 試件斷面結(jié)構(gòu)示意
3.2.1 無(wú)處理
試驗(yàn)用混凝土由強(qiáng)度等級(jí)42.5普通硅酸鹽水泥、中砂、粒徑為5~20 mm 級(jí)配碎石及水組成,配合比為水泥:中砂:石子:水=1:1.3:2.5:0.5。
將試件黏結(jié)面的防粘層除去并保證黏結(jié)長(zhǎng)度為100 mm,將試件平放在模具的底部,黏結(jié)面朝上,然后將混凝土拌和物倒入模具,在振動(dòng)臺(tái)上振實(shí),厚度約50 mm。在(20±2)℃條件下放置24 h后脫模,在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件養(yǎng)護(hù)7 d。試件在(23±2)℃條件下放置4 h,將混凝土板裝在試驗(yàn)機(jī)一端的夾具上,把試件一端翻轉(zhuǎn)180°夾在另一端的夾具上,使試件的縱向軸線(xiàn)與拉伸試驗(yàn)機(jī)及夾具的軸線(xiàn)重合,見(jiàn)圖2。夾具間距離至少100 mm。試驗(yàn)在(23±2)℃進(jìn)行,拉伸速度(100±10)mm/min。連續(xù)記錄拉力直至試件分離。按GB/T 328.20—2007《建筑防水卷材試驗(yàn)方法 第20 部分:瀝青防水卷材 接縫剝離性能》[6]計(jì)算平均剝離強(qiáng)度。
圖2 剝離強(qiáng)度測(cè)試
3.2.2 水泥粉污染表面
將強(qiáng)度等級(jí)42.5 普通硅酸鹽水泥粉撒滿(mǎn)平放試件的黏結(jié)面,保持7 d,然后用水沖洗表面的水泥粉,再按3.2.1節(jié)進(jìn)行試驗(yàn)。
3.2.3 泥沙污染表面
將粒徑不超過(guò)0.20 mm 的沙土撒在平放試件的黏結(jié)面上,保持7 d,然后用水沖洗表面的沙土,再按3.2.1節(jié)進(jìn)行試驗(yàn)。
3.2.4 熱老化處理
將試件水平放入(70±2)℃烘箱中7 d,然后取出在(23±2)℃條件下放置24 h,再按3.2.1節(jié)進(jìn)行試驗(yàn)。
試驗(yàn)所用設(shè)備為美國(guó)Instron 公司生產(chǎn)的3367 型電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)和常熟市環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的RL100型老化試驗(yàn)箱。
3.4.1 自粘橡膠止水帶與后澆混凝土典型剝離形式
對(duì)隨機(jī)抽取的60余組試件測(cè)試發(fā)現(xiàn),其典型剝離形式主要有自粘膠內(nèi)聚破壞、混凝土界面剝離和橡膠基材界面剝離,見(jiàn)圖3。剝離強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4。
圖3 3種典型剝離形式
圖4 不同類(lèi)型剝離形式剝離強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果
個(gè)別試件出現(xiàn)橡膠基材界面剝離,因自粘膠層與橡膠基材的黏結(jié)力極弱,在測(cè)試過(guò)程中二者完全剝離。若自粘膠層厚度較薄,其能抵抗的拉力值小于其與后澆混凝土的黏結(jié)力值時(shí)自粘膠層斷裂。但若自粘膠層達(dá)到一定的厚度,其能抵抗的拉力值大于其與后澆混凝土的黏結(jié)力值時(shí)僅看測(cè)試結(jié)果試件仍可滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求,但此結(jié)論顯然是不恰當(dāng)?shù)摹4祟?lèi)情況下,應(yīng)慎重測(cè)試并確認(rèn)是個(gè)例還是整組試件全部如此,若為個(gè)例可增加試件測(cè)試,否則,應(yīng)判定該樣品此性能不合格。
3.4.2 自粘膠層厚度對(duì)剝離強(qiáng)度的影響
隨機(jī)抽取30 組試件分別測(cè)試自粘膠層厚度及其相應(yīng)的剝離強(qiáng)度,繪制關(guān)系曲線(xiàn),見(jiàn)圖5??梢钥闯觯鹤哉衬z層厚度數(shù)據(jù)離散性較大,與平均值相比變化率為±22%,個(gè)別數(shù)據(jù)超過(guò)了30%;自粘膠層厚度對(duì)剝離強(qiáng)度影響很大,二者的變化趨勢(shì)基本一致。
圖5 自粘膠層厚度對(duì)剝離強(qiáng)度的影響
3.4.3 試件處理方式對(duì)剝離強(qiáng)度的影響
對(duì)無(wú)處理、水泥粉污染表面、泥沙污染表面、熱老化處理各30 組試件進(jìn)行剝離強(qiáng)度測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)圖6??梢钥闯觯核喾畚廴颈砻鎸?duì)剝離強(qiáng)度基本沒(méi)有影響,與無(wú)處理結(jié)果相當(dāng);泥沙污染表面對(duì)剝離強(qiáng)度有一定影響,與無(wú)處理結(jié)果相比剝離強(qiáng)度下降約6.6%;熱老化處理對(duì)剝離強(qiáng)度影響較大,與無(wú)處理結(jié)果相比剝離強(qiáng)度下降約26.3%,這主要是因?yàn)樵嚰崂匣幚頃r(shí),橡膠基材與自粘膠內(nèi)的有機(jī)小分子物質(zhì)會(huì)加速遷移到自粘膠表面,從而影響自粘膠與后澆混凝土的黏結(jié)力。
圖6 不同處理方式下剝離強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果
3.4.4 放置時(shí)間對(duì)剝離強(qiáng)度的影響
采用同一批次自粘橡膠止水帶在相同條件下分別制備2組試件。其中一組按3.2.1節(jié)進(jìn)行制樣及測(cè)試,在不同拉伸位移下的剝離強(qiáng)度見(jiàn)圖7(a),測(cè)試平均值為3.5 N/mm。另一組按3.2.1 節(jié)進(jìn)行制樣,在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)先放置26個(gè)月,然后按3.2.1節(jié)進(jìn)行測(cè)試,剝離強(qiáng)度見(jiàn)圖7(b),測(cè)試平均值為3.0 N/mm。26個(gè)月剝離強(qiáng)度下降不到15%,可見(jiàn)放置時(shí)間對(duì)其影響很小。
圖7 放置時(shí)間對(duì)剝離強(qiáng)度的影響
①單層和雙層自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝均采用與自粘橡膠止水帶同一批次膠料,經(jīng)微波硫化與擠出成型后制得自粘橡膠止水帶本體;②放于老化試驗(yàn)箱中預(yù)熱處理,溫度分別取40,60,80,100,120 ℃,時(shí)間保持1 h;③經(jīng)預(yù)熱處理后選用標(biāo)準(zhǔn)厚度(1.0±0.1)mm和寬度(40±0.5)mm的自粘膠帶,粘貼于自粘橡膠止水帶本體設(shè)計(jì)位置;④熱壓復(fù)合,用質(zhì)量2 kg、寬度60 mm的壓輥反復(fù)滾壓3次;⑤最后放于120,150 ℃老化試驗(yàn)箱內(nèi),恒溫加熱5 min 復(fù)合定型;⑥靜停24 h 后,按3.2.1節(jié)進(jìn)行試驗(yàn)。
4.2.1 預(yù)熱處理溫度對(duì)自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝的影響
二要建立少數(shù)民族流動(dòng)人口流出地政府和流入地政府之間有效溝通協(xié)調(diào)機(jī)制。目前,在流出地政府和流入地政府之間缺乏有效溝通協(xié)調(diào)機(jī)制,流出地政府部門(mén)缺乏對(duì)相關(guān)勞務(wù)信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),缺乏有效的政策引導(dǎo)。少數(shù)民族流動(dòng)人口多是盲目流動(dòng)。相應(yīng)地,流出地政府對(duì)其缺乏相關(guān)的培訓(xùn)教育,如提高法律意識(shí),加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)等,使得其流入城市后面臨很大的就業(yè)壓力。而由于流動(dòng)人口的流動(dòng)性強(qiáng),管理難展開(kāi),加之“戶(hù)籍制度管理”的“屬地管理”導(dǎo)致信息無(wú)法有效獲得,使得流入地政府對(duì)流動(dòng)人口管理的難度加大,導(dǎo)致外來(lái)少數(shù)民族流動(dòng)人口在流入地合法權(quán)益受到侵害后,流入地政府不能及時(shí)有效地為他們提供法律援助服務(wù)。
預(yù)熱處理溫度分別取40,60,80,100,120 ℃。經(jīng)預(yù)熱處理后粘貼單層和雙層自粘膠帶于自粘橡膠止水帶本體設(shè)計(jì)位置,用質(zhì)量2 kg、寬度60 mm的壓輥反復(fù)滾壓3 次,然后于120 ℃老化試驗(yàn)箱內(nèi)恒溫加熱5 min復(fù)合定型,制得自粘橡膠止水帶試件。對(duì)試件的剝離強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)圖8??梢钥闯觯A(yù)熱處理溫度對(duì)單層和雙層自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝效果均基本無(wú)影響,剝離強(qiáng)度均隨預(yù)熱處理溫度升高基本保持不變。
4.2.2 定型溫度對(duì)自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝的影響
圖8 預(yù)熱處理溫度對(duì)自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝的影響
在80 ℃預(yù)熱條件下處理自粘橡膠止水帶本體,分別在120,150 ℃定型溫度下進(jìn)行單層和雙層自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆,對(duì)制得的自粘橡膠止水帶試件進(jìn)行剝離強(qiáng)度測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)表1??梢钥闯?,定型溫度對(duì)單層和雙層自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝效果均有較大影響,剝離強(qiáng)度均隨預(yù)熱處理溫度升高而明顯增加,分別提高約25%和22%。
表1 定型溫度對(duì)自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝的影響
4.2.3 單層自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝對(duì)剝離強(qiáng)度的影響
對(duì)采用單層自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝(80 ℃預(yù)熱處理、150 ℃定型)制得的30組試件進(jìn)行自粘膠層厚度和剝離強(qiáng)度測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)圖9??梢钥闯?,自粘膠層厚度和剝離強(qiáng)度數(shù)據(jù)離散性較小,與平均值相比自粘膠層厚度變化率為±8%,剝離強(qiáng)度變化率為±15%。
圖9 單層自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝對(duì)剝離強(qiáng)度的影響
4.2.4 雙層自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝對(duì)剝離強(qiáng)度的影響
圖10 雙層自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝對(duì)剝離強(qiáng)度的影響
對(duì)采用雙層自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝(80 ℃預(yù)熱處理、150 ℃定型)制得的30組試件進(jìn)行自粘膠層厚度和剝離強(qiáng)度測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)圖10??梢钥闯?,自粘膠層厚度和剝離強(qiáng)度數(shù)據(jù)離散性較小,與平均值相比自粘膠層厚度變化率為±6%,剝離強(qiáng)度變化率為±8%;與同等自粘膠層厚度自粘橡膠止水帶相比,采用雙層自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝制得的試件剝離強(qiáng)度有所下降,降低約10%。
1)鐵路隧道自粘橡膠止水帶與后澆混凝土之間存在3種典型剝離形式。
2)自粘橡膠止水帶與后澆混凝土剝離強(qiáng)度數(shù)據(jù)離散性較大的主要原因是自粘膠層厚度數(shù)據(jù)離散性較大。
3)鐵路隧道自粘橡膠止水帶與后澆混凝土剝離強(qiáng)度滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求。對(duì)該指標(biāo)影響程度排序由大到小依次為熱老化處理>放置時(shí)間(26 個(gè)月)>泥沙污染表面>水泥粉污染表面。
4)出現(xiàn)橡膠基材界面剝離情況時(shí),應(yīng)慎重測(cè)試并確認(rèn)是個(gè)例還是整組試件全部如此。若為個(gè)例可增加試件測(cè)試,否則應(yīng)判定該樣品此性能不合格。
5)預(yù)熱處理溫度對(duì)單層和雙層自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝效果均基本無(wú)影響,而定型溫度對(duì)其均有較大影響。與同等自粘膠層厚度自粘橡膠止水帶相比,采用雙層自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝制得的試件剝離強(qiáng)度有所降低,但離散性較小。
6)本文試驗(yàn)熱壓復(fù)合涂覆工藝條件:定型溫度為120,150 ℃,時(shí)間為5 min。建議進(jìn)一步開(kāi)展熱壓復(fù)合涂覆溫度和時(shí)間的相關(guān)性試驗(yàn),以便進(jìn)一步優(yōu)化自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝,提高自粘橡膠止水帶與后澆混凝土剝離強(qiáng)度,改善其離散性。