高分子防水卷材在隧道及地下工程中的應(yīng)用探討

馬小峰

（北京中交橋宇科技有限公司，北京 100102）

建筑工程防水材料通常分為六大類：高聚物改性瀝青基防水卷材、合成高分子防水卷材、防水涂料、密封材料、剛性防水及堵漏止水材料和特種防水材料。就目前我國新型防水材料結(jié)構(gòu)比例來看，瀝青基防水卷材在我國防水材料市場中占比最大，約為70%；高分子防水卷材占10%左右，防水涂料和其他類型防水材料占比約20%[1]。

隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人民環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，建筑、交通、農(nóng)業(yè)、水利等領(lǐng)域均對(duì)防水材料提出了多種類、高品質(zhì)的要求。我國防水卷材的發(fā)展經(jīng)歷了從瀝青紙?zhí)ビ蜌值礁男詾r青防水卷材、再到高分子防水卷材的過程，從單一到多樣、從污染到環(huán)保、從低質(zhì)量到高品質(zhì)。其中高分子防水卷材作為具有優(yōu)異的物理性能和良好的經(jīng)濟(jì)效益的新型建筑材料，在社會(huì)生產(chǎn)中得到越來越多的重視。

1 高分子防水卷材的特點(diǎn)

1）種類多。高分子防水卷材按原料性質(zhì)分為橡膠類和樹脂類，按是否含有附加層又可分為均質(zhì)類、復(fù)合類、自粘類。常見的高分子防水卷材有：三元乙丙橡膠（EPDM）防水卷材、聚氯乙烯（PVC）防水卷材、氯化聚乙烯（CPE）防水卷材、乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA）防水卷材、乙烯醋酸乙烯改性瀝青共混（ECB）防水卷材、高密度聚乙烯（HDPE）防水卷材、熱塑性聚烯烴類（TPO）防水卷材等。

2）拉伸強(qiáng)度高、延伸率大，低溫彎折性好。高分子防水卷材由高聚合物組成，這些聚合物的延度較高，增強(qiáng)了高分子防水卷材的抗拉性能。對(duì)于不同氣候條件下結(jié)構(gòu)層的伸縮、變形等具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，解決了傳統(tǒng)防水材料易產(chǎn)生開裂的問題，從而確保了工程的防水質(zhì)量。以下是幾種常見的高分子防水卷材物理性能指標(biāo)，見表1。

3）耐腐蝕、耐老化、使用壽命長。一般合成高分子防水卷材的耐用年限在10年以上，而EPDM防水卷材的使用年限達(dá)到30年以上。隨技術(shù)進(jìn)步，一些材料的使用壽命較大幅度提升，如新型防老化劑和增塑劑的開發(fā)成功使PVC防水卷材的耐老化性能得到解決，迅速大規(guī)模投入市場。

表1 高分子防水卷材物理性能指標(biāo)

4）施工方法更加環(huán)保。出于對(duì)工地防火及城市環(huán)境衛(wèi)生的要求，很多城市已明令禁止明火施工和熬熱瀝青，而高分子防水卷材的冷粘法、自粘法和熱風(fēng)焊接法等施工方法均為冷作業(yè)，不僅改善了工人的施工條件和施工現(xiàn)場的管理，也減少了環(huán)境污染。

5）應(yīng)用范圍廣。除了用于建筑防水外，亦大量用于交通、市政、水利、園林等工程。由于一些高分子材料具有極佳的長期耐水性，用于地下、水中或其他潮濕環(huán)境，高分子防水卷材的基本性能不變，能有效耐腐蝕和霉?fàn)€[2]。

2 高分子防水卷材的應(yīng)用

2.1 高分子防水卷材在公路及鐵路隧道中的應(yīng)用

公路鐵路隧道多出現(xiàn)在山嶺中，山體中含有地表水、環(huán)境水及圍巖裂隙水等地下水資源，隧道一但出現(xiàn)滲水將影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和穩(wěn)定性。國內(nèi)隧道防水措施一般分為結(jié)構(gòu)混凝土和防水層兩道防水，除了二次襯砌采用防水混凝土外，一般在初期支護(hù)與二次襯砌混凝土間設(shè)置柔性防水材料作為防水層，該柔性防水材料必須具有較強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率，且耐硌傷、耐根刺、耐腐蝕等。防水材料從早期的光板均質(zhì)片發(fā)展到復(fù)合土工布的防水板，再到復(fù)合了土工布的自粘膠膜的三合一防水卷材，材料的運(yùn)用與施工工藝愈加成熟，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效果也愈加明顯[3]。

目前多數(shù)隧道防水工程中，采用的是防水板輔以緩沖層的復(fù)合防水體系，緩沖層以土工布為主，土工布及防水板鋪設(shè)時(shí)需要預(yù)留一定的松弛度，防止?jié)仓r時(shí)混凝土對(duì)防水板進(jìn)行擠壓造成拉伸破壞。防水板鋪設(shè)后及時(shí)對(duì)其氣密性進(jìn)行檢測，并對(duì)出現(xiàn)破壞的部位進(jìn)行修補(bǔ)。

由于隧道在開挖過程中，多采用鉆爆的方式，基面凹凸不平容易造成防水板損壞，所以對(duì)土工布進(jìn)行頂破或撕破強(qiáng)力檢測十分必要，以免質(zhì)量低劣產(chǎn)品影響防水效果。另外，高分子防水卷材容易受自然環(huán)境影響，儲(chǔ)存及使用時(shí)避免長期暴曬加速產(chǎn)品老化。

2.2 高分子防水卷材在地鐵及地下綜合管廊中的應(yīng)用

地鐵及地下綜合管廊工程多處于地下水位以下或附近，防水材料應(yīng)根據(jù)施工部位、地區(qū)、地下水條件等進(jìn)行選擇，以方便施工、安全、耐久、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保為原則。

目前國內(nèi)明挖結(jié)構(gòu)的地鐵工程中，結(jié)構(gòu)頂板多采用涂料類防水層，側(cè)墻和底板大多采用預(yù)鋪防水卷材。依據(jù)GB/T 23457-2017《預(yù)鋪防水卷材》規(guī)定，預(yù)鋪防水卷材按主體材料分塑料類、瀝青基聚酯胎類和橡膠類三種。市場上以塑料類最常見，例如，北京地鐵6號(hào)線東大橋至呼家樓區(qū)間隧道采用了HDPE自粘膠膜防水卷材[4]；其他兩種類型的預(yù)鋪卷材在全國地鐵項(xiàng)目中也有應(yīng)用，深圳地鐵2號(hào)線華強(qiáng)北站和燕南站采用了EVA高分子改性瀝青復(fù)合自粘防水卷材[5]，青島地鐵3號(hào)線雙山站采用了三元乙丙橡膠自粘型防水卷材[6]。由于自粘型防水卷材具有施工方便、不竄水、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，其在越來越多的地鐵工程中得到應(yīng)用。

地下綜合管廊是位于地下的市政隧道，是集電力、通信、熱力、燃?xì)?、給排水等多功能于一身的特制隧道。預(yù)鋪防水卷材在地下綜合管廊中的應(yīng)用正成為趨勢，在業(yè)內(nèi)達(dá)成了共識(shí)。貴州六盤水綜合管廊項(xiàng)目外部防水層應(yīng)用了HDPE自粘膠膜防水卷材[7]。烏魯木齊市沙坪路地下綜合管廊采用了CPS反應(yīng)粘接型防水卷材鋪貼[8]。此外，還有TPO防水卷材因其具有良好的可焊接性、耐候性、耐化學(xué)腐蝕性，通過自粘和預(yù)鋪反粘形式應(yīng)用于地下綜合管廊中[9]。

3 高分子防水卷材施工技術(shù)與問題

高分子防水卷材除了在隧道、地鐵、綜合管廊中得到應(yīng)用，還應(yīng)用于屋面、地下通道、人防工程、地下車庫等領(lǐng)域。不同種類的防水卷材施工技術(shù)不同，建設(shè)者會(huì)根據(jù)施工的地質(zhì)環(huán)境或節(jié)點(diǎn)部位的不同判斷選擇。高分子防水卷材施工應(yīng)用技術(shù)逐漸形成了松鋪壓頂、機(jī)械固定、熱焊接及粘接幾種方法，如EPDM防水卷材采用冷粘法施工，PVC防水卷材和TPO防水卷材采用機(jī)械固定法施工，高分子自粘膠膜防水卷材采用預(yù)鋪反粘法施工，其中機(jī)械固定法最常見。

高分子防水卷材在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)存在一些問題：一是，地下工程施工時(shí)，往往空間狹小，鋼筋綁扎與焊接、腳手板支護(hù)、混凝土澆筑等工序往往進(jìn)行交叉作業(yè)，卷材鋪設(shè)完成后沒有保護(hù)層，難免會(huì)對(duì)防水層造成一定的損傷。此外，由于地基不均勻沉降，結(jié)構(gòu)變形等因素，也會(huì)對(duì)防水卷材造成拉伸破壞，從而引起滲漏。二是，常見的機(jī)械固定法不能使防水卷材與混凝土結(jié)構(gòu)形成滿粘，一旦卷材出現(xiàn)破損，地下水將會(huì)在結(jié)構(gòu)與防水層之間形成竄流，且很難找到漏水點(diǎn)，對(duì)后期維修造成困難。因此，防水工程是要求一次性做好的重點(diǎn)工程，建設(shè)者必須以保守的心態(tài)對(duì)防水卷材進(jìn)行選擇、設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)。

4 高分子自粘膠膜防水卷材原理及優(yōu)勢

我國自上世紀(jì)90年代從美國引進(jìn)預(yù)鋪反粘技術(shù)，通過多年的技術(shù)積累和實(shí)踐應(yīng)用，高分子自粘膠膜防水卷材的生產(chǎn)及施工技術(shù)都已非常成熟。高分子自粘膠膜防水卷材表面覆有自粘膠膜層，該膠層不僅有滲透和卯榫作用，還能在混凝土固化過程中通過化學(xué)鍵作用形成強(qiáng)大的粘結(jié)力，通過物理卯榫和化學(xué)交聯(lián)兩種作用協(xié)同進(jìn)行，讓粘結(jié)更為牢靠。高分子自粘膠膜防水卷材與混凝土表面形成滿粘效果，達(dá)到“皮膚式”的防水，防止水在結(jié)構(gòu)和防水層間形成竄流。

高分子自粘膠膜防水卷材對(duì)施工基面要求較低，在無水的環(huán)境下即可施工；單層鋪設(shè)，無需加強(qiáng)層就可以達(dá)到很好的防水效果；無需底涂和預(yù)處理，節(jié)約工期；預(yù)鋪后可直接在卷材上綁扎鋼筋，抗穿刺能力強(qiáng)；施工過程不使用溶劑、無明火，更加環(huán)保。基于以上優(yōu)點(diǎn)，未來高分子自粘膠膜防水卷材將會(huì)在更多的地下工程中得到應(yīng)用。

5 結(jié)語

高分子防水卷材種類多、強(qiáng)度高、環(huán)保高效，其中自粘膠膜防水卷材以其優(yōu)異的防水性能在隧道及地下工程得到廣泛應(yīng)用。地下工程環(huán)境復(fù)雜，施工條件差，防水工程作為一項(xiàng)重要的分項(xiàng)工程處于整個(gè)工程中關(guān)鍵一環(huán)，防水質(zhì)量的好壞不僅要選對(duì)材料，還要把控好施工工藝，其完成質(zhì)量對(duì)整個(gè)工程有極其重要的意義。