聚氯乙烯膠泥在水利工程施工中的使用

劉秀華

(河南黃河河務(wù)局信息中心，河南 鄭州 450003)

PVC大分子的研究始終被認(rèn)為是艱難的工作，對其原因分析主要是未深入研究PVC大分子的基本特性。就所有問題，在探討中均可從分子內(nèi)部著手，針對分子間以及超分子結(jié)構(gòu)層面上加以分析探討[1]。因此，關(guān)于PVC的大分子量以及分子結(jié)構(gòu)都很難改變或者描述。另外，由于PVC的熱分解法反應(yīng)過程所遵循的物理化學(xué)路線目前還沒有明確，由此導(dǎo)致了實驗檢測上存在問題(尤其是在高溫下)。在處理后的PVC中發(fā)生了高溫降解和抗氧化，以及其在PVC樹脂混合物中產(chǎn)生的過大熔體黏度，造成了PVC的研發(fā)流程顯得較為繁瑣。同時，PVC的熱聚合過程還要求特定的工藝方法和程序。PVC的熱分解反應(yīng)所遵循的物理化學(xué)途徑目前還不清楚，也容易導(dǎo)致試驗檢測存在問題，特別是在高溫情況下異常更為明顯。PVC實施處理后，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)高溫降解和抗氧化，以及在PVC樹脂混合物中的過大熔體黏度，這也導(dǎo)致PVC研發(fā)過程趨于復(fù)雜。針對PVC熱聚合分析，還需采用特殊工藝及程序。此外，氯乙烯中也存在著更復(fù)雜的高分子動力學(xué)。

從超分子角度上，人們研究PVC的加工過程中初級物質(zhì)所產(chǎn)生的熔融和凝膠材料化的問題，尚未得出合理解釋。沒有簡單的辦法估計凝膠的水平。這一方法，在擠出高剛性的PVC制品時還沒有進(jìn)行過基本的描述。

因為PVC流體可塑性和熱穩(wěn)定性都大大遜色于一些一般的塑料制品，如PE和PS。氯丙烯則基本上是由于自由基的聚合，因而導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)中存在有大量異構(gòu)形態(tài)，與之同時也容易產(chǎn)生功能缺陷[2-3]。這些因素，對PVC的實際應(yīng)用都是必不可少的，同時由于它還產(chǎn)生了顏色問題，對高分子的化學(xué)穩(wěn)定性、結(jié)晶度，在加工程序以及最后產(chǎn)物的動力學(xué)特性等方面均有重要影響。因此，通過深入研究PVC的顏色缺陷特性，可從更深層次認(rèn)識在聚合反應(yīng)過程中產(chǎn)生的不良反應(yīng)。

1 聚氯乙烯膠泥的特點

建筑師、工程師們對鋼筋砼預(yù)制板設(shè)計，采用了不同類型的防水接縫材料，具體如表1所示。由表1可知，存在5種防水接縫材料，分6個種類，將其一一列出實施衡量，其中分?jǐn)?shù)為1～5分,5分為最好，1分為較差，由此可知各種材質(zhì)的好壞。

表1 各種體系的考慮因素Tab.1 Considerations for various systems

由表1可知，聚氯乙烯膠泥具有多種獨特性，主要體現(xiàn)在施工簡便、材料來源簡單、成本偏低、便于存放、氣候影響小、施工保溫性能好以及技術(shù)要求低等；另外也具備優(yōu)異的物理力學(xué)性能。

2 聚氯乙烯膠泥的技術(shù)性能

因為聚氯乙烯(PVC)分子鏈中有氯元素的引入，燃燒時釋放氯化氫(HCI)、氧化碳(CO)和甲苯等物質(zhì)，使之產(chǎn)生了強(qiáng)力自熄性能：在相應(yīng)高溫下，抗磨損特性比硫化橡膠為高，同時有良好的熱抗理化特性，還有優(yōu)異的熱力學(xué)特性，電絕緣特性和隔溫特性也優(yōu)異[1]。PVC在應(yīng)用中存在2個比較大的缺陷：受熱不穩(wěn)定性和0.5%球脆性材料，即相對抗沖擊性能差，這些都嚴(yán)重影響著PVC的發(fā)展。為此，學(xué)者們展開了一系列研究。在光照強(qiáng)烈環(huán)境下，針對PVC制品實施研究，從溫度80 ℃開始進(jìn)行了塑料軟化，在高溫達(dá)到100 ℃以上PVC制品會出現(xiàn)降解，且隨著溫度的提升，產(chǎn)品顏色會從白色變?yōu)樽厣?，后又轉(zhuǎn)變?yōu)樯詈稚?，這就對產(chǎn)品的外形產(chǎn)生了重要的影響。對于硬質(zhì)度低的PVC成品的缺口，沖擊強(qiáng)韌度一般為3～5 kJ/m2；同時，由于塑料制品存在較大的脆性，溫度出現(xiàn)下降后，會導(dǎo)致塑料制品迅速變得非常硬、脆，進(jìn)而對其使用性能產(chǎn)生影響；相對軟質(zhì)的PVC制品，則屬于是從小分子塑化物(如DOP等)逐漸到塑料表層的過程。為實現(xiàn)對PVC外觀特征的改善，可以適量的增加增塑物、填充材料以及潤滑油質(zhì)量等。聚氯乙烯膠泥的物理力學(xué)性能如表2所示。

表2 聚氯乙烯膠泥的物理力學(xué)性能Tab.2 Physical and mechanical properties of PVC cement

2.1 優(yōu)良的物理力學(xué)性能

聚氯乙烯膠泥的氣候適應(yīng)性范圍為-25～80 ℃，在我國南北大部分區(qū)域?qū)用嫫露冉ㄔ熘芯蛇m用，同時也具備良好的彈塑性、粘附力和保溫性能。

2.2 使用壽命長

聚氯乙烯膠泥本身存在一定彈性，且具備以下優(yōu)勢，例如粘性力強(qiáng)、老化速度慢、耐熱性高、耐酸堿腐蝕性強(qiáng)等，適合在熱環(huán)境中使用；同時也可以在冷環(huán)境中應(yīng)用。溫度適應(yīng)范圍廣，施工方便，使用壽命長，防水效果佳。

2.3 介質(zhì)浸泡性好

分別加入了5%、10%、20%濃度的HCI、H2SO4、HNO3溶液、水至十號滴出中的試樣結(jié)果表明，僅外觀上可見1～2 mm硬皮，而硬皮內(nèi)部膠泥則黑亮、細(xì)膩、彈力如初。在其中加入稀堿水溶液后，試塊出現(xiàn)膨大、疏松，表明在堿性介質(zhì)情況下的性能并不佳。

2.4 膠泥對鋼筋銹蝕影響

鋼筋埋于膠泥中一年齡期鋼筋并無生銹跡象，而膠泥也對鋼材無腐蝕。

3 聚氯乙烯膠泥在防水工程中的應(yīng)用

PVC與其他商品相比，具有成本低，長期穩(wěn)定性和阻燃性，同時，PVC 的機(jī)械性能可以通過改變增塑劑的含量做成柔軟材料也可做成硬質(zhì)的材料。[6]因此，PVC被用作鐵路領(lǐng)域的各種產(chǎn)品。例如，電纜和電線護(hù)套材料，鐵路發(fā)動機(jī)內(nèi)外部材料和建設(shè)的覆蓋材料等。[7]

PVC薄膜是以在PVC樹脂中加入穩(wěn)定劑、增塑劑、阻燃劑等經(jīng)過混合塑化后，利用壓片機(jī)成型成一定厚度的薄膜。透明的PVC薄膜可以用來做塑料大棚和地膜，也可用作桌布、雨衣、包裝等用途。

在混煉過程中，往PVC樹脂中添加一定量的發(fā)泡劑即可生產(chǎn)發(fā)泡塑料制品，具有價格低廉、質(zhì)量較輕，比硬度高，耐油，耐候等優(yōu)異的特性，因而，也可用于生產(chǎn)發(fā)泡鞋墊、壁紙等的塑料制品。[8]

PVC涂料是在PVC樹脂中加入一定的穩(wěn)定劑、增塑劑、顏料、溶劑和其他添加劑，是一種廣泛使用的車漆，主要用于汽車車身外底板、門密封，具有價格低廉，抵抗石擊的能力和與其它漆膜配套使用性能優(yōu)良等特點。[9]但是，由于PVC涂層厚度較大，所以外觀過于粗糙，只能用在對于外觀的質(zhì)量要求不高的部位。

PVC還可使用紡絲技術(shù)，制成化纖，因為PVC的分子鏈上含有大量的溴原子在之間，所以PVC化纖也具備了難燃的特點；其抗拉強(qiáng)度和棉花相似，但斷裂伸長率較棉花為大，韌性以及耐磨性能都高于棉花；吸濕性很小，可以接近于零：耐酸堿和抗氧化及還原性能都良好；易于大批量生產(chǎn)：較容易保持靜電。[10]但，PVC纖維的耐熱性能較差；洗染也相對困難。而PVC的化纖面料可作為工業(yè)濾布、服裝、毯子、漁網(wǎng)、醫(yī)藥用布、椅墊、防護(hù)材料，以及各類針織品等。

PVC還被廣泛的用于制作管材、板材、各種異型材、膠帶等國民經(jīng)濟(jì)的各種領(lǐng)域，尤其是建筑領(lǐng)域中不可缺少的材料。

3.1 可發(fā)性聚苯乙烯泡沫板與聚氯乙烯膠泥在水利工程中的應(yīng)用

3.1.1泡沫板的施工方法

將泡沫板按施工所需形狀用美工刀或加熱電阻絲裁剪成型，用鐵釘(水泥釘)并結(jié)合膠帶紙等固定在分縫的混凝土面或模板上。在混凝土入倉、平倉及振搗的過程中嚴(yán)格檢查泡沫板是否脫落、破損。同時將散落的泡沫板碎塊及顆粒隨時清理干凈、避免摻入混凝土。

3.1.2聚氯乙烯膠泥嵌縫施工的工藝

(1)混凝土澆筑完畢養(yǎng)護(hù)期滿后，將伸縮縫內(nèi)的泡沫板剔除(深約4 cm)，去除泡沫碎屑、浮渣、塵土等，并清洗干凈。

(2)由于泡沫板遇熱與有機(jī)溶劑發(fā)生反應(yīng)而溶解·需用隔熱材料(如水泥砂漿等〉作背底。施工時將普通水泥砂漿用扁鏟壓入縫內(nèi)，抹平壓實，厚約1 cm；

(3)待砂漿完全凝固干燥后，按配比熬制膠泥.塑化好的膠泥立即用壺往縫內(nèi)澆注。膠泥澆灌要注意以下幾點：①橫縫節(jié)點處是一個薄弱環(huán)節(jié)，澆注膠泥時應(yīng)從此處開始，然后向四面推進(jìn)，使節(jié)點處膠泥形成一個整體；②施工縫宜搭接澆注，避免齊頭對接；。③澆注分兩次進(jìn)行，頭遍澆注縫深的1 /2、隨即用小木條等揉搓，使底側(cè)三面粘牢．再澆注第二遍直至灌滿﹒溢出縫槽的膠泥用皮刷刷齊；④灌完后要檢查膠泥與膠泥間是否有冷縫，膠泥與混凝土的粘接是否良好，否則用噴燈噴烤修補(bǔ)。

3.2 在水利工程中應(yīng)用

陜西水利電力勘測設(shè)計院在1967～1971年首先將聚氯乙烯膠泥用于寶雞峽塬上的渠道防滲施工。用聚氯乙烯膠泥接縫的渠段約71 km，總面積約133萬m2，縫長約54.5萬m，膠水泥用量為332 t。

自1971年施工驗收以來，在寶雞峽塬邊渠混凝土襯砌伸收縮用膠混凝土?xí)r，經(jīng)實測，整個溝渠的利用層含量均超過99%.但從土壤的自然含水率計算結(jié)果，凡是使用了聚氯乙烯膠泥地段，土壤質(zhì)量一般都較好，在混凝土板的自然沉降過程中裂縫的土壤含水率均僅為17%～19%。已接近于自然含水率。渠道襯底的地下含水率比較穩(wěn)定，而塬邊渠道很砼混凝土模筑的襯砌式裂縫較少。[11]從這些特征可以看出，聚氯乙烯膠泥作為渠道中砼模筑襯砌式沉降和裂縫的一種非常理想的材料。

3.3 聚氯乙烯膠泥在應(yīng)用中的發(fā)展

聚氯乙烯膠泥自20世紀(jì)60年代研制成功以來，大量用于屋面工程、水利工程及墻板的柔性防水接縫。自20世紀(jì)70年代以來，聚氯乙烯膠泥還擴(kuò)大應(yīng)用于屋面混凝土板面防水，也用于修建工程以及作為冷施工防水涂料。

3.3.1聚氯乙烯膠泥用作屋面及防水涂層

20世紀(jì)70年代以來，聚氯乙烯膠泥被大量用于屋面板上防水涂料，是指板上涂料先在南方人剛剛開始應(yīng)用，隨后推廣到了北部區(qū)域，首先用作非保溫屋面材料，繼而用作北方地區(qū)的保溫屋面材料。應(yīng)用建筑工程既有大中型工業(yè)廠房屋面，又有民生建筑屋面，其總用量比聚氯乙烯膠泥作為接縫防水的應(yīng)用還要多。[13]

聚氯乙烯膠泥用于的屋面防水層起初為二涂或三涂，總涂膜厚為1～2 mm，這種做法主要適用于南方的非完全保溫屋面。因為樓板鋼度比較高，沒有裂縫，在地板縫有膠泥連接的情況下，整個屋面保溫問題也就不是很突出了，所以能有效的整體保溫。若干年來后，因為非保溫性能的屋面板表層基本無裂紋、剛性都很好，即板上的膠水泥破壞后屋面整體防水性能問題也不嚴(yán)重，不滲不漏。[14]但對于面板表層剛性就不好，尤其用于保溫性能屋面的水泥砂漿在找平層施工時裂紋較多、后期裂縫擴(kuò)展很大的屋面，用二涂、三涂等膠泥防水涂料的施工方式，其滲漏狀況也就比較多，甚至出現(xiàn)了后澆帶的設(shè)計問題。

20世紀(jì)70年代末、80世紀(jì)初期，聚氯乙烯膠泥作為房屋保護(hù)層已開展和窗戶布配合應(yīng)用，一般采用一布三油或二布四油，厚度范圍從最初的1～2 mm到3～4 mm或4～5 mm，用量一直用到5～6、7～8 kg/m2。這種做法成功得比較多，有的可以用到10年保持不滲不漏。

3.3.2聚氯乙烯膠泥在翻修工程中應(yīng)用

油氈外墻保溫是中國房屋保溫的常規(guī)措施，其應(yīng)用年限方面決定水氈的品質(zhì)，決定建筑的應(yīng)用情況。由于油氈本身材料的低溫脆性和抗老化性能不佳，所以當(dāng)油氈過了一定期限就會出現(xiàn)各種情況。如果針對油氈屋面實施聚氯乙烯膠泥養(yǎng)護(hù)，也就不必徹底鏟除油氈屋面防水層，進(jìn)而減少工程量[12]。

對油氈屋面的縱縫開裂，一般是把縱縫左右50 mm的油氈去掉，挖去縫格里的水泥或混凝土，將裂縫深度保留在20 mm以內(nèi)。去除塵土和雜質(zhì)，澆注聚氯乙烯膠泥直至外溢板上，并遮蓋接縫2側(cè)油氈20 mm左右，油氈為鼓泡狀，可從鼓泡狀部開刀，并去除從板上脫開的油氈，再除去塵土，最后將聚氯乙烯膠泥澆注至砼受電設(shè)備部位，并遮蓋油氈約28 d，然后趁熱刮平[13]。

此外，針對翻修外墻，如果油氈的破損已經(jīng)重度，或者部分修補(bǔ)已很難，而且受到了外墻荷載的影響，也不可以采用二氈三油，而是使用聚氯乙烯膠泥先對接縫實施處理；然后在應(yīng)用二布四涂法，實現(xiàn)對整個建筑工程的保護(hù)。

南方輕型自防水屋面所形成的裂紋、滑坡、飄雨等，均使用了聚氯乙烯膠泥完成了保護(hù)處理過程。

3.3.3PVC彈性冷涂料的研制與應(yīng)用

聚氯乙烯膠泥在大型屋面板施工中，其是一個重要的板上涂料，如果能夠合理設(shè)計防水施工工程，同時正確使用防水技術(shù)，可以取得良好的外墻防水施工的效果。聚氯乙烯膠泥用于高溫建筑，在施工過程中通常建筑條件較差，嚴(yán)重影響職工身體健康，同時也容易出現(xiàn)環(huán)保問題。近年來積極開展針對聚氯乙烯膠泥冷涂裝技術(shù)及其改良，制成的改性PVC膠水泥冷涂裝的研究與應(yīng)用，已取得了可喜的成績。

APT彈性防水涂料，即在普通聚氯乙烯膠泥中適當(dāng)加入部分高分子改性乳液，進(jìn)而將其轉(zhuǎn)化為防水結(jié)構(gòu)冷涂膜，主要特點為便于冷施工、耐久性好以及彈塑性佳。當(dāng)前有些城市已開始生產(chǎn)，主要將其在道路修建以及屋面改造等防水工程中使用，且已經(jīng)取得顯著效益。

4 探討

4.1 聚氯乙烯膠泥的應(yīng)用前景問題

聚氯乙烯膠泥從1973年以來，已普遍應(yīng)用于工業(yè)和民用的建筑防水工程，據(jù)統(tǒng)計在20世紀(jì)70、80年代，房屋接縫建筑物設(shè)計的90%以上都是采用了聚氯乙烯膠泥；而自20世紀(jì)70年代聚氯乙烯膠泥對于房屋板建筑物設(shè)計應(yīng)用較為廣泛，使用范圍越來越廣，效益顯著[14-15]。

聚氯乙烯膠泥的質(zhì)量規(guī)范按照《聚氯乙烯建筑防水材料》(ZBQ 24001—1985)檢驗，標(biāo)準(zhǔn)中具體規(guī)定聚氯乙烯膠泥的應(yīng)用范圍，針對其測試方法、檢測方式以及技術(shù)性指標(biāo)均提出了具體的要求，生產(chǎn)廠家必須嚴(yán)格依照相關(guān)指標(biāo)對其質(zhì)量實施檢測，設(shè)計師需要依照其技術(shù)指標(biāo)和應(yīng)用范圍將其在合適部位進(jìn)行應(yīng)用；使用單位也需要依照相關(guān)規(guī)定復(fù)驗施工產(chǎn)品，以能夠進(jìn)一步提升其使用質(zhì)量，由此減少不良產(chǎn)品的擴(kuò)散。

聚氯乙烯膠泥當(dāng)前在建筑屋面防水層的使用，還未專門制定相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因此不但要求相關(guān)主管部門制訂聚氯乙烯膠泥作為屋面建筑的防水涂料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時在未完善相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)前，可以依照相近厚質(zhì)瀝青涂層標(biāo)準(zhǔn)作為相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以保障應(yīng)用[16]。

在目前用作房屋防水及不同類型建筑防水接縫材料中，聚氯乙烯膠泥的應(yīng)用范圍廣泛，用量大，屬于是一種成本低、性能優(yōu)異的建筑材料。基于當(dāng)今國情，將這種復(fù)合材料用作現(xiàn)代建筑的接縫材料也大有可為。

聚氯乙烯膠泥作為外墻防水涂料使用，不但要制定具體的技術(shù)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也需要制定具體的施工要求。在當(dāng)前PVC彈性防水涂料研究發(fā)展中，主要方向為加大研制特性較好、氣冷施工涂料，進(jìn)而促進(jìn)PVC彈性防水涂料的更新?lián)Q代。

4.2 聚氯乙烯膠泥作屋面防水涂層問題

聚氯乙烯膠泥本身價格較低，性能優(yōu)良，得到了廣大廠家以及施工單位的歡迎，在市場上也發(fā)展迅速。聚氯乙烯膠泥在外墻涂料及建筑接縫密封處理中所使用的均為同一種原料，在接縫密封處理后則主要應(yīng)用的是柔度彈塑性特性；外墻涂料中則應(yīng)用的是具有彈性和延展性特點，所以在配制上做些調(diào)整也是完全必要的。同時結(jié)合了屋面防水涂料的特性特點，開發(fā)適當(dāng)?shù)姆浪苛吓浞?，是今后進(jìn)一步發(fā)展這種新型建筑材料功能的方向[17-18]。

5 結(jié)語

當(dāng)前以聚氯乙烯膠泥為基體進(jìn)行改良，一方面能夠有效研究可以在屋面防水工程涂層加冷施工中使用的中檔防水涂料，制定具體的標(biāo)準(zhǔn)；另一方面以膠混凝土為基體，生產(chǎn)柔性卷材防水層用于屋面防水涂料，則是一種較好的改良措施和技術(shù)更新?lián)Q代的必然產(chǎn)物[17,19]。