高寒干旱區(qū)大型干渠伸縮縫止水材料現(xiàn)場試驗研究

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，已有的工程實踐表明：以實驗室標(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際工程時的工作性能。一些性能指標(biāo)較好的止水材料在實際工程運(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)來確定，該問題對于特殊施工環(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)尚無渠道伸縮縫工程質(zhì)量的相關(guān)規(guī)定及檢測方法，只能經(jīng)過若干年運(yùn)行后，通過材料的外觀性狀及渠段是否漏水進(jìn)行判斷，顯然這種檢測方式的滯后性是不能滿足生產(chǎn)對工程質(zhì)量的要求[3]。事實上，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)場采用閉水試驗和拉拔試驗來檢測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)量的檢測和評價提供參考。

1 試驗概況

1.1 試驗內(nèi)容

試驗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112 km，設(shè)計流量為23 m3/s，加大流量為28 m3/s。渠道伸縮縫止水材料原設(shè)計為瀝青砂漿，后因瀝青砂漿老化、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)場對兩種止水材料分別進(jìn)行閉水試驗和拉拔試驗。

1.2 試驗過程概述

因生產(chǎn)運(yùn)行管理要求，風(fēng)克干渠停水時間為每年10月中旬-次年4月初。為檢測兩種止水材料在低溫情況下施工后的工作性能和經(jīng)過一個冬季環(huán)境考驗后的工作性能，于2014年11月7日完成兩種止水材料的閉水試驗壓力體制作和拉拔試驗試件的現(xiàn)場制作和施工，然后，分別在兩個時間點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場試驗，每次試驗對每種材料分別測3～5個試樣；第一次試驗時間為11月19日，即止水材料試件現(xiàn)場施工完成后的第12 d，該期間現(xiàn)場日平均最高氣溫為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；第二次試驗時間在2015年3月14日進(jìn)行，即止水材料固化后又經(jīng)歷一個冬季的環(huán)境考驗。

1.2.1閉水試驗過程

閉水試驗壓力體制作：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，形成閉水試驗壓力體，如圖1所示。

圖1 閉水試驗壓力體示意圖(單位：mm)

試驗壓力體制作完成后，分別在兩個測試時間點(diǎn)進(jìn)行充水打壓，觀測閉水試驗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拉拔試驗過程

為保證黏接基層混凝土條件的一致性，拉拔試驗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)定的測試時間節(jié)點(diǎn)實施拉拔。拉拔試驗采用XH-60010N智能黏結(jié)強(qiáng)度檢測儀(分體式)，測量拉拔試塊脫離時的拉應(yīng)力峰值。

1.3 試驗結(jié)果

在兩個時間點(diǎn)對兩種止水材料進(jìn)行閉水壓力試驗和拉拔試驗的測量值如表1，表2所示。

表1 閉水試驗兩種止水材料破壞壓力測量值

注：試驗現(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 拉拔試驗兩種止水材料拉拔值

2 試驗結(jié)果分析

通過閉水壓力試驗和拉拔試驗的現(xiàn)場測試結(jié)果來看，兩種材料與混凝土的黏接性能相差較大。PVC油膏在閉水試驗過程中表現(xiàn)為止水材料表面雖無體積變化，但壓力達(dá)到一定值并持壓4～6 s時就在壓力體側(cè)面(即止水材料與混凝土黏接界面)出現(xiàn)開裂、出水現(xiàn)象。在拉拔試驗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過程中表現(xiàn)為當(dāng)壓力體腔內(nèi)的壓力達(dá)到一定值時，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，但在整個試驗過程中，止水材料與縫面混凝土一直保持黏接狀態(tài)，未出現(xiàn)開裂、出水現(xiàn)象。拉拔試驗時，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)過一個冬季后的工作性能沒有明顯變化，該結(jié)果與國內(nèi)學(xué)者的研究是一致的[8]。

3 結(jié) 語

本文通過對兩種伸縮縫止水材料的現(xiàn)場試驗，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)通過現(xiàn)場進(jìn)行閉水試驗和拉拔試驗，可以反映出不同止水材料與混凝土的黏接性能，同時，也可間接評價止水材料適應(yīng)變形的能力。

(3)就本文現(xiàn)場試驗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].中國農(nóng)村水利水電,2001,(7):51-52.

[4] GB/T16777-2008，建筑防水涂料試驗方法[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[J].工程建設(shè)與設(shè)計,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,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,2007,(2):33-36.