CPS 反應(yīng)粘防水材料在變電站屋面防水工程中的應(yīng)用

孫長昊，李朋亞，何小強，馬啟亮，張會芳，倪亮賢

（1.甘肅電通電力工程設(shè)計咨詢有限公司，蘭州730046 2.甘肅鼎輝建筑防水技術(shù)有限公司，蘭州730040）

1 變電站屋面防水技術(shù)發(fā)展

1.1 國內(nèi)外防水材料發(fā)展

從十九世紀(jì)末開始的近百年間，屋面防水材料主要以疊層石油瀝青或焦油油氈為主，二十一世紀(jì)初在防水設(shè)計中仍占有一席之地；二十世紀(jì)六七十年代，隨著科技創(chuàng)新和工業(yè)制造生產(chǎn)能力提高、各行業(yè)環(huán)保意識的增強，催化劑技術(shù)取得了極大的創(chuàng)新和突破，傳統(tǒng)的石油瀝青防水卷材應(yīng)用急劇下降，玻纖胎或化纖胎以及高分子聚合物改性的瀝青油氈大量研發(fā)和應(yīng)用。自此，SBS 改性瀝青防水材料、APP 改性瀝青防水材料、TPO 改性瀝青防水材料、三元乙丙橡膠卷材等新型防水卷材迅速推廣應(yīng)用。

20 世紀(jì)中期我國逐步開展防水材料的研制和發(fā)展，隨著材料性能、生產(chǎn)工藝等研究成果的不斷實現(xiàn)和應(yīng)用，防水材料性能、防水卷材技術(shù)及工藝不斷改良，主要有以下階段：

首先，20 世紀(jì)中期，我國建立了第一個紙?zhí)r青油氈工廠，主要以苯乙烯焦油防水材料、乳化瀝青防水材料等為主，其質(zhì)量性能不穩(wěn)定，對環(huán)境和人員危害較大。其次，60 年代后，60 年代中期出現(xiàn)了氯丁橡膠—青防水材料?；趯Νh(huán)境的保護(hù)等因素，70 年代出現(xiàn)了再生橡膠—青防水材料。最后，80 年代以來，高聚物改性瀝青防水材料和合成高分子防水材料大量發(fā)展和推廣。目前，我國防水材料發(fā)展主要有：以石油瀝青為主、以高聚物材料作為改性介質(zhì)，原料來源廣泛，成本較低；以合成高分子材料為主的防水材料，性能優(yōu)越，但價格較高。

1.2 自粘式防水材料發(fā)展

傳統(tǒng)瀝青防水卷材在工程應(yīng)用中存在的通病—即不能實現(xiàn)單點防水。當(dāng)卷材與基層出現(xiàn)不協(xié)調(diào)變形時，極易因應(yīng)力分布不均而被撕裂、空鼓造成竄水，長時間發(fā)展很難查找滲漏點，難以根治漏水損害?；谶@些工程痛點，國外防水行業(yè)首先提出了結(jié)構(gòu)層與防水層附著式滿粘的理念，即“皮膚式防水”理念。自此，防水材料的研究重點便落在了防水材料與混凝土結(jié)構(gòu)層或?qū)Ｓ谜辰Y(jié)料之間的協(xié)同作用、附著機理上。

自粘防水卷材最早在國外研制推行，比如法國研制的SBS 自粘改性瀝青防水卷材、意大利研制的APP 自粘改性瀝青防水卷材、德國研制PVC 自粘防水卷材等。我國于二十世紀(jì)九十年代引入自粘卷材，并大力發(fā)展，研制出了符合我國工程建設(shè)用自粘防水卷材。張秀香等通過復(fù)合自粘三元乙丙（EPDM）橡膠防水卷材和復(fù)合自粘氯化聚乙烯橡膠共混得到了一種復(fù)合型的自粘橡膠瀝青防水卷材；王洪立等[3]研發(fā)了一種通過增強膠粘層與基材之間咬合粘結(jié)性的新型自粘防水卷材。

隨著使用要求提高和研發(fā)技術(shù)發(fā)展，自粘防水卷材研究重點逐漸轉(zhuǎn)向?qū)聿呐c結(jié)構(gòu)基面的反應(yīng)粘結(jié)。該類卷材較傳統(tǒng)自粘防水卷材發(fā)生了巨大變化，其主要特點是卷材與現(xiàn)澆混凝土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)及離子結(jié)合，形成一層致密、不透水的反應(yīng)層，水密性好，不竄水、不受施工條件限制。反應(yīng)型自粘防水卷材在國外大量發(fā)展，如美國“Preprufe”預(yù)鋪防水卷材、格雷斯反應(yīng)型自粘膠膜高分子防水卷材。

吉田建設(shè)（天津）科技發(fā)展有限公司與日本早川橡膠公司合作研制出反應(yīng)型自粘橡膠防水卷材；袁軍等[5]研制出了一種高分子自粘防水卷材，并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。西牛皮防水科技有限公司研制出一種具有化學(xué)反應(yīng)活性的功能型防水卷材—PS 反應(yīng)粘結(jié)型防水卷材。

1.3 變電站屋面防水技術(shù)

變電站建筑因其電氣工藝設(shè)備的特殊性，設(shè)有重要電氣設(shè)備房間的屋面滲漏會極大地影響電氣設(shè)備安全?！蹲冸娬窘ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5457-2012）規(guī)定，“屋面防水設(shè)計應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《屋面工程技術(shù)規(guī)范》GB 50345 的有關(guān)規(guī)定。主控通信樓、配電裝置樓（室）、繼電器室等生產(chǎn)建筑物，應(yīng)采用Ⅱ級屋面防水等級（兩道防水設(shè)防）”?，F(xiàn)行屋面工程技術(shù)規(guī)范（GB 50345-2012）中規(guī)定設(shè)防要求為兩道防水設(shè)防的重要建筑屋面防水等級為Ⅰ級，因此變電站建筑物的屋面防水等級應(yīng)按Ⅰ級防水等級設(shè)防。

2 變電站CPS 反應(yīng)粘防水技術(shù)應(yīng)用

目前隨著國家電網(wǎng)輸變電工程建設(shè)由傳統(tǒng)模式向綠色建造方式轉(zhuǎn)型升級，秉承“綠色低碳型、節(jié)能環(huán)保型、精益化管理、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、智能化建造”的建設(shè)理念，有效降低建造全過程對資源的消耗和生態(tài)環(huán)境的影響，減少碳排放，整體提升輸變電工程綠色建造水平。本文提出將耐久性好、易維護(hù)、無毒的CPS 反應(yīng)粘新型防水卷材應(yīng)用于變電站屋面防水，實現(xiàn)綠色電網(wǎng)建設(shè)。

2.1 變電站屋面防水技術(shù)

CPS 反應(yīng)粘全密封防水技術(shù)是用于混凝土結(jié)構(gòu)密封防水的技術(shù)。CPS 反應(yīng)粘防水卷材主要由高分子片材、增強層、密封膠、隔離膜等組成，如圖1 所示。該類防水卷材采用濕鋪法或預(yù)鋪法施工。鋪設(shè)CPS 反應(yīng)粘防水卷材，其與基層混凝土或水泥凝膠粘結(jié)機理主要有：一是卷材與基層混凝土凝膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，融為一體；二是卷材膠料層在水泥固化過程中產(chǎn)生物理吸附和卯榫作用形成“皮膚式”粘結(jié)。該類卷材通過化學(xué)交聯(lián)與物理卯榫的協(xié)同作用，在屋面防水系統(tǒng)中形成“二元”蠕變抗裂結(jié)構(gòu)。

變電站屋面防水材料采用新型CPS 反應(yīng)粘高分子防水卷材，如圖2 所示。通過化學(xué)交聯(lián)與物理卯榫協(xié)同作用，使得卷材與混凝土基面長在一起，粘結(jié)強度高，能有效抵抗外界應(yīng)力破壞，剛?cè)嵯酀?jì)，抗裂性能好，對基面平整度要求低，可濕鋪，有效縮短工期。

圖1 CPS 反應(yīng)粘防水卷材組成

圖2 西牛皮防水卷材

CPS 反應(yīng)粘防水技術(shù)有以下特點：第一，粘結(jié)力大，不僅有物理吸附和卯榫作用，且在深入基層的卯榫部位產(chǎn)生化學(xué)鍵合作用，使卯榫和化學(xué)交聯(lián)兩種作用協(xié)同進(jìn)行，使得粘接更為牢固；第二，粘接不可逆，由于相關(guān)部位存在化學(xué)鍵合作用，使得粘接不可逆；第三，粘接剛?cè)嵯酀?jì)，通過物理吸附和卯榫作用形成柔性粘結(jié)，以消除由于基層變化產(chǎn)生的應(yīng)力，而通過化學(xué)鍵產(chǎn)生的剛性粘結(jié)，使界面層有足夠的粘結(jié)強度，能有效抵抗外界應(yīng)力的破壞；第四，粘結(jié)更持久，與結(jié)構(gòu)物同壽命，物理吸附和卯榫往往在溶劑、水汽或基面熱脹冷縮的作用下，產(chǎn)生解吸附和脫卯榫的過程，從而使粘結(jié)力下降，失去永久封閉的防水效果。而通過CPS 反應(yīng)粘防水技術(shù)產(chǎn)生的粘結(jié)，由于在卯榫部位存在化學(xué)鍵合作用，不受濕熱循環(huán)、水汽溶脹、基層運動影響，而持久的產(chǎn)生粘附效果，使卷材的防水壽命與主體層相同。

2.2 變電站CPS 反應(yīng)粘防水技術(shù)應(yīng)用

變電站屋面防水系統(tǒng)施工時，將CPS 反應(yīng)粘防水卷材濕鋪于素水泥漿表面，一方面，其與水泥水化產(chǎn)物—水化硅酸鈣、氫氧化鈣中的Si-OH 基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成醚鍵，同時與水泥凝膠形成離子型交聯(lián)結(jié)構(gòu)，使得水泥素漿與防水卷材形成化學(xué)鍵而牢固連結(jié)。另一方面，防水卷材在卷材膠層與水泥凝膠表面形成張力，產(chǎn)生物理吸附；水泥固化放熱使得CPS 反應(yīng)粘膠層蠕變增加，深入混凝土的毛細(xì)管或孔隙形成卯榫結(jié)構(gòu)。因此，將CPS 反應(yīng)粘結(jié)防水卷材應(yīng)用于變電站建筑物屋面防水系統(tǒng)，通過物理卯榫和化學(xué)交聯(lián)的協(xié)同作用，與基層混凝土形成一體“二元”防水層結(jié)構(gòu)，不僅能抵抗因溫差等環(huán)境因素產(chǎn)生的破壞，還可修復(fù)基層混凝土微變形，起到長久防水的效果。根據(jù)《建筑防水系統(tǒng)構(gòu)造（十二）》（19CJ40-12），采用CPS 反應(yīng)粘防水技術(shù)時，Ⅰ級平屋面防水層采用雙層防水卷材濕鋪施工。根據(jù)圖集標(biāo)準(zhǔn)做法，防水卷材可牢固地與混凝土形成互為一體的防水層，有效提高防水效果。同時，采用細(xì)石混凝土層鋪設(shè)于CPS 防水卷材上表面，對防水卷材耐久性及使用壽命提供有效保護(hù)，現(xiàn)場施工過程如圖3 至圖4 所示。此外，CPS 反應(yīng)粘防水卷材采用濕鋪/預(yù)鋪法施工，全過程綠色無污染，符合電網(wǎng)綠色建造的要求。

圖3 防水卷材準(zhǔn)備及鋪設(shè)

圖4 防水卷材養(yǎng)護(hù)及外觀

3 變電站防水技術(shù)展望

變電站防水技術(shù)的提升應(yīng)貫穿工程項目建設(shè)全過程，密切結(jié)合社會經(jīng)濟(jì)及行業(yè)前沿技術(shù)，走綠色發(fā)展之路。結(jié)合當(dāng)前防水技術(shù)應(yīng)用，變電站防水技術(shù)提升應(yīng)采取下列措施：

3.1 密切關(guān)注行業(yè)發(fā)展，推進(jìn)防水材料研發(fā)

行業(yè)發(fā)展動態(tài)是當(dāng)前新型防水技術(shù)的應(yīng)用與檢驗，通過對各類防水材料防水效果的對比、研究，可有效地了解各類技術(shù)存在的優(yōu)點和弊病，提高材料的防水效果、延長使用壽命，加強耐久性，優(yōu)化防水節(jié)點施工方式，不斷改善防水效果。

3.2 規(guī)范工程設(shè)計、施工及使用

防水設(shè)計提出相應(yīng)技術(shù)措施，為施工過程提供指導(dǎo)，降低施工難度，保障施工質(zhì)量。施工應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計文件要求實施，定期檢查防水系統(tǒng)是否正常，及時修復(fù)老化、破損部位，確保防水系統(tǒng)正常工作。

3.3 緊隨時代進(jìn)步，調(diào)整發(fā)展方向

在“雙碳”目標(biāo)的引導(dǎo)下，變電站防水措施應(yīng)在建設(shè)、運維全過程全面向低碳、綠色的目標(biāo)推進(jìn)，統(tǒng)籌考慮安全、質(zhì)量、效率、環(huán)保、生態(tài)等要素，將綠色發(fā)展理念融入工程策劃、設(shè)計、施工、移交的建造全過程。

4 結(jié)論

第一，在“碳中和”、“碳達(dá)峰”時代發(fā)展背景下，新型防水材料的不斷研發(fā)及推廣應(yīng)用極其重要。

第二，變電站屋面使用CPS 反應(yīng)粘新型防水技術(shù)，低污染少工序，有效促進(jìn)電網(wǎng)“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)，推進(jìn)綠色電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程。

第三，在綠色電網(wǎng)建設(shè)過程中，應(yīng)根據(jù)項目地域特征和功能要求，不斷為防水材料性能、防水技術(shù)提出要求，加速改善防水效果，實現(xiàn)防水措施“邊實踐邊優(yōu)化、邊研發(fā)邊應(yīng)用”的持續(xù)性發(fā)展模式。