高寒區(qū)新舊復合土工膜黏結(jié)技術(shù)分析試驗研究*

(新疆水利水電科學研究院，新疆 烏魯木齊 830049)

1 概 述

復合土工膜是以土工薄膜和土工織物在工廠通過擠壓、滾壓或噴涂等工藝制成的整體結(jié)構(gòu)，它兼有薄膜防滲和織物排水的功能，起著薄膜加墊層的作用，復合土工膜是水利工程中較常用的防滲材料，在土木工程，尤其是輸水工程中大量應(yīng)用。復合土工膜現(xiàn)場鋪設(shè)時，接縫是防滲施工最為重要的工序，若接縫不當，接縫將會成為防滲系統(tǒng)最為薄弱部位，影響整體防滲效果。接縫處理一般常用熱熔焊接法。

新疆高寒區(qū)渠道地處沙漠腹地，渠道冬季長期處于低溫環(huán)境，底部復合土工膜已使用多年，加之最初施工時技術(shù)相對落后，施工人員人為破壞，渠道凍脹等多種自然因素共同作用，渠道供水能力下降嚴重，影響夏季引水安全，急需對底部復合土工膜進行修補。目前，一般采用熱熔機焊接，土工膜焊接質(zhì)量與焊縫力學性能是整個防滲結(jié)構(gòu)可靠性保障的關(guān)鍵控制點。本文主要探討焊接機以外的多種黏結(jié)工藝，研究高寒區(qū)復合土工膜快速黏結(jié)技術(shù)，為工程提供合適的黏結(jié)工藝。

2 研究思路

本次研究主要采用KS熱熔膠、萬能膠、瀝青黏結(jié)3種新舊膜黏結(jié)工藝(具體材料見圖1)，采用相同的搭接長度，通過新舊膜黏結(jié)后的拉伸強度、浸水性能、滲透性能、低溫彎折試驗，對比分析3種黏結(jié)工藝的優(yōu)劣，選擇性能優(yōu)異的黏結(jié)材料用于工程實際。

圖1 黏結(jié)用材料

3 試驗步驟

3.1 物理力學性能測試

《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(SL/T 225—98)5.6.9規(guī)定，對于接縫技術(shù)指標，通過拉伸試驗檢測，采取相同的拉伸速率，對比不同連接工藝新舊膜黏結(jié)前后力學性能。拉伸試驗結(jié)果見圖2、表1。

圖2 拉伸試驗

表1 拉伸試驗結(jié)果

3.2 浸水試驗

將3種工藝黏結(jié)的樣品，分別浸入水中，在20℃浸泡48h之后觀察樣品狀態(tài)、不同黏結(jié)工藝接縫情況。分析黏結(jié)性能。浸水試驗后的樣品見圖3。

圖3 浸水試驗

3.3 不透水性試驗

3種黏結(jié)樣品按照《建筑防水卷材試驗方法》(GB/T 328.10—2007)瀝青和高分子防水卷材不透水性要求進行不透水性試驗，分別制作直徑20cm原型樣品，采用防水卷材不透水儀進行試驗，壓力加至0.45MPa保持24h，觀察試件的不透水性情況(試驗過程見圖4)。

3.4 低溫彎折試驗

3種黏結(jié)樣品按照《高分子防水卷材》(GB 18173.1—2012)片材要求進行低溫彎折試驗，在-30℃保持1h之后迅速壓下上平板，達到所規(guī)定間距位置，保持1s后將試樣取出，觀察試樣彎折處是否斷裂，并用放大鏡觀察試樣彎折處受拉面有無裂紋，比較3種材料的黏結(jié)性能(見圖5)。

圖4 黏結(jié)樣品不透水性試驗

圖5 低溫彎折試驗

4 結(jié)果分析

通過試驗結(jié)果可以看出(見表2)，拉伸強度試驗中，KS膠、萬能膠、瀝青黏結(jié)后膜的拉伸強度，F(xiàn)KS膠>F萬能膠>F瀝青，拉伸強度KS膠和萬能膠黏結(jié)后接縫處的拉伸強度均接近或者大于母材強度，瀝青黏結(jié)后膜的強度低于母材強度，且均在接縫處滑脫；接頭/接縫效率是ηKS膠>η萬能膠>η瀝青，說明KS膠的性能優(yōu)于萬能膠和瀝青。

表2 試驗結(jié)果匯總

浸水試驗中發(fā)現(xiàn)，浸水48h后采用瀝青黏結(jié)的樣品新舊膜分離，而采用KS膠、萬能膠的樣品接縫均未發(fā)現(xiàn)分離，說明KS膠、萬能膠在浸水試驗中性能要優(yōu)于瀝青。

不透水性試驗當中，當加壓至規(guī)定壓力0.45MPa保持24h后，3種材料均未發(fā)生滲漏，說明3種材料在能夠抵擋規(guī)定水壓的沖擊，但是結(jié)合浸水試驗，當把壓力保持時間延長后，瀝青的黏結(jié)性能將會減弱，從而達不到耐靜水壓測試的要求。

低溫彎折試驗中，均采用-30℃下1h彎折試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用瀝青黏結(jié)的樣品碎裂，這主要是由于瀝青低溫狀態(tài)抗裂性差引起的，溫度降低，瀝青的低溫抗裂性能隨之減弱，萬能膠黏結(jié)的樣品沒有發(fā)生碎裂，但是能夠手工剝離，說明低溫狀態(tài)下萬能膠的黏結(jié)性降低，KS膠黏結(jié)的樣品沒有發(fā)生碎裂，也不能手工剝離，說明低溫狀態(tài)下KS膠的黏結(jié)性沒有降低。

5 結(jié) 語

通過試驗可以發(fā)現(xiàn)，KS膠在新舊膜黏結(jié)中較萬能膠、瀝青都有較好的黏結(jié)性能，黏結(jié)后的樣品在拉伸、浸水、不透水性、低溫彎折試驗中都能夠同時滿足相應(yīng)的技術(shù)要求，是高寒區(qū)比較適用的新型黏結(jié)材料。目前已經(jīng)在新疆某工程渠道修補中示范應(yīng)用超過100km，從應(yīng)用的效果來看，該技術(shù)較其他黏結(jié)技術(shù)使用溫度范圍大，對防滲膜的形狀也沒有要求，適合任意形狀拼接，黏結(jié)速度快，易操作，這種方法能夠提高結(jié)合部位的抗拉強度，同時避免結(jié)合部位出現(xiàn)皺褶的現(xiàn)象，提高了土工膜的防滲性能，建議在渠道新舊防滲膜黏結(jié)中廣泛應(yīng)用。