李紅權(quán) 曲萌 李宗謙

（1.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司標準計量研究所，北京 100081；2.西北工業(yè)大學(xué)，西安 710129）

1 止水帶概況

止水帶是一種止水結(jié)構(gòu)，在澆筑混凝土時被預(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，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準有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度、與后澆混凝土剪切強度、防竄水性、錨固性能等項目的測定及其試驗方法。

依據(jù)Q/CR 562.2—2017 對自粘橡膠止水帶測試發(fā)現(xiàn)：自粘橡膠止水帶與后澆混凝土剪切強度、防竄水性、錨固性能等指標，同一批次樣品的測試數(shù)據(jù)離散性較小，且基本能滿足標準要求；測試自粘橡膠止水帶與后澆混凝土剝離強度過程中存在自粘膠層厚度差異大、剝離形式多樣、測試數(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度（簡稱剝離強度）是表征自粘橡膠止水帶防水性能的核心指標，科學(xué)、準確、有效地測試和判定該指標，對于產(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度的影響因素，有助于優(yōu)化生產(chǎn)工藝、提高測試結(jié)果的準確性和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

2 自粘橡膠止水帶止水機理

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理：①自粘膠層與止水帶基材通過機械嵌合力、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水泥水化過程中產(chǎn)生大量水化熱，其溫度能達到70～80 ℃，導(dǎo)致自粘膠軟化且具有一定的黏性；混凝土毛細孔中的水一部分參與水化反應(yīng)而形成孔內(nèi)負壓，將黏性自粘膠吸入毛細孔中，在混凝土硬化和冷卻過程中固化于其中，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，增強錨固性能。

3 剝離強度測試

3.1 試件制備

試件從自粘橡膠止水帶隨機截取，長度為300 mm，寬度為（40±0.5）mm，每組試件數(shù)量為5 個。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 試驗方法

3.2.1 無處理

試驗用混凝土由強度等級42.5普通硅酸鹽水泥、中砂、粒徑為5～20 mm 級配碎石及水組成，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，在振動臺上振實，厚度約50 mm。在（20±2）℃條件下放置24 h后脫模，在標準養(yǎng)護條件養(yǎng)護7 d。試件在（23±2）℃條件下放置4 h，將混凝土板裝在試驗機一端的夾具上，把試件一端翻轉(zhuǎn)180°夾在另一端的夾具上，使試件的縱向軸線與拉伸試驗機及夾具的軸線重合，見圖2。夾具間距離至少100 mm。試驗在（23±2）℃進行，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《建筑防水卷材試驗方法 第20 部分：瀝青防水卷材 接縫剝離性能》［6］計算平均剝離強度。

圖2 剝離強度測試

3.2.2 水泥粉污染表面

將強度等級42.5 普通硅酸鹽水泥粉撒滿平放試件的黏結(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)進行試驗。

3.2.3 泥沙污染表面

將粒徑不超過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)進行試驗。

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)進行試驗。

3.3 試驗設(shè)備

試驗所用設(shè)備為美國Instron 公司生產(chǎn)的3367 型電子萬能材料試驗機和常熟市環(huán)境試驗設(shè)備有限公司生產(chǎn)的RL100型老化試驗箱。

3.4 試驗結(jié)果及分析

3.4.1 自粘橡膠止水帶與后澆混凝土典型剝離形式

對隨機抽取的60余組試件測試發(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，見圖3。剝離強度的測試結(jié)果見圖4。

圖3 3種典型剝離形式

圖4 不同類型剝離形式剝離強度測試結(jié)果

個別試件出現(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，在測試過程中二者完全剝離。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)力值時自粘膠層斷裂。但若自粘膠層達到一定的厚度，其能抵抗的拉力值大于其與后澆混凝土的黏結(jié)力值時僅看測試結(jié)果試件仍可滿足標準要求，但此結(jié)論顯然是不恰當?shù)?。此類情況下，應(yīng)慎重測試并確認是個例還是整組試件全部如此，若為個例可增加試件測試，否則，應(yīng)判定該樣品此性能不合格。

3.4.2 自粘膠層厚度對剝離強度的影響

隨機抽取30 組試件分別測試自粘膠層厚度及其相應(yīng)的剝離強度，繪制關(guān)系曲線，見圖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%，個別數(shù)據(jù)超過了30%；自粘膠層厚度對剝離強度影響很大，二者的變化趨勢基本一致。

圖5 自粘膠層厚度對剝離強度的影響

3.4.3 試件處理方式對剝離強度的影響

對無處理、水泥粉污染表面、泥沙污染表面、熱老化處理各30 組試件進行剝離強度測試，結(jié)果見圖6?？梢钥闯觯核喾畚廴颈砻鎸冸x強度基本沒有影響，與無處理結(jié)果相當；泥沙污染表面對剝離強度有一定影響，與無處理結(jié)果相比剝離強度下降約6.6%；熱老化處理對剝離強度影響較大，與無處理結(jié)果相比剝離強度下降約26.3%，這主要是因為試件熱老化處理時，橡膠基材與自粘膠內(nèi)的有機小分子物質(zhì)會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度測試結(jié)果

3.4.4 放置時間對剝離強度的影響

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)進行制樣及測試，在不同拉伸位移下的剝離強度見圖7（a），測試平均值為3.5 N/mm。另一組按3.2.1 節(jié)進行制樣，在實驗室內(nèi)先放置26個月，然后按3.2.1節(jié)進行測試，剝離強度見圖7（b），測試平均值為3.0 N/mm。26個月剝離強度下降不到15%，可見放置時間對其影響很小。

圖7 放置時間對剝離強度的影響

4 熱壓復(fù)合涂覆工藝對剝離強度的影響

4.1 試驗步驟及試驗方法

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放于老化試驗箱中預(yù)熱處理，溫度分別取40，60，80，100，120 ℃，時間保持1 h；③經(jīng)預(yù)熱處理后選用標準厚度（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)進行試驗。

4.2 試驗結(jié)果及分析

4.2.1 預(yù)熱處理溫度對自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝的影響

二要建立少數(shù)民族流動人口流出地政府和流入地政府之間有效溝通協(xié)調(diào)機制。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)機制，流出地政府部門缺乏對相關(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)民族流動人口多是盲目流動。相應(yīng)地，流出地政府對其缺乏相關(guān)的培訓(xùn)教育，如提高法律意識，加強技術(shù)培訓(xùn)等，使得其流入城市后面臨很大的就業(yè)壓力。而由于流動人口的流動性強，管理難展開，加之“戶籍制度管理”的“屬地管理”導(dǎo)致信息無法有效獲得，使得流入地政府對流動人口管理的難度加大，導(dǎo)致外來少數(shù)民族流動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。對試件的剝離強度進行測試，結(jié)果見圖8?？梢钥闯?，預(yù)熱處理溫度對單層和雙層自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝效果均基本無影響，剝離強度均隨預(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 ℃定型溫度下進行單層和雙層自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆，對制得的自粘橡膠止水帶試件進行剝離強度測試，結(jié)果見表1?？梢钥闯?，定型溫度對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)合涂覆工藝對剝離強度的影響

對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組試件進行自粘膠層厚度和剝離強度測試，結(jié)果見圖9?？梢钥闯?，自粘膠層厚度和剝離強度數(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%，剝離強度變化率為±15%。

圖9 單層自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝對剝離強度的影響

4.2.4 雙層自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝對剝離強度的影響

圖10 雙層自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝對剝離強度的影響

對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組試件進行自粘膠層厚度和剝離強度測試，結(jié)果見圖10?？梢钥闯?，自粘膠層厚度和剝離強度數(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度有所下降，降低約10%。

5 結(jié)論及建議

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度滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。對該指標影響程度排序由大到小依次為熱老化處理＞放置時間（26 個月）＞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，應(yīng)慎重測試并確認是個例還是整組試件全部如此。若為個例可增加試件測試，否則應(yīng)判定該樣品此性能不合格。

5）預(yù)熱處理溫度對單層和雙層自粘膠帶熱壓復(fù)合涂覆工藝效果均基本無影響，而定型溫度對其均有較大影響。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度有所降低，但離散性較小。

6）本文試驗熱壓復(fù)合涂覆工藝條件：定型溫度為120，150 ℃，時間為5 min。建議進一步開展熱壓復(fù)合涂覆溫度和時間的相關(guān)性試驗，以便進一步優(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度，改善其離散性。