水工建筑物施工縫中遇水膨脹橡膠止水帶的應(yīng)用效果研究

王玉霞，郭建濤

（青州水建工程建設(shè)有限公司，山東 濰坊 262500）

水工建筑物施工過(guò)程中，混凝土澆筑是不可或缺的操作環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量直接影響了建筑質(zhì)量。但由于建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常情況下建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)無(wú)法一次澆筑，在多次澆筑時(shí)混凝土之間會(huì)出現(xiàn)施工縫。施工縫的存在是水工建筑物建設(shè)過(guò)程中無(wú)法避免的，后續(xù)處理不佳會(huì)造成建筑物使用壽命縮減，甚至引起漏水的問(wèn)題，如水庫(kù)施工縫等。為了避免解決施工縫問(wèn)題，水工建筑物施工過(guò)程中需要在施工縫中安裝止水材料，以達(dá)到防滲的目的。其中，應(yīng)用范圍最廣的就是現(xiàn)澆止水帶，其具有適應(yīng)變形能力強(qiáng)和耐老化性能好的優(yōu)勢(shì)。

近幾年，止水材料的研究步伐從未停止，一種遇水膨脹橡膠止水帶被研制出來(lái)，并應(yīng)用在施工縫防水處理過(guò)程中。但考慮到該止水材料的研究時(shí)間較短，人們對(duì)該材料的實(shí)際應(yīng)用效果還不夠了解，使得遇水膨脹橡膠止水帶難以得到大范圍推廣。對(duì)此，文章深入研究橡膠止水帶的應(yīng)用效果，明確其實(shí)際應(yīng)用性能，以便后續(xù)止水材料的大范圍應(yīng)用。

1 工程概況

為了檢驗(yàn)遇水膨脹橡膠止水帶的實(shí)際應(yīng)用效果，文章以某倒虹吸工程為研究對(duì)象，展開(kāi)一系列模擬實(shí)驗(yàn)。本次研究選定的水工建筑物施工工程位于北京市，屬于重要的供水建筑物，從2020年底就開(kāi)始施工。通過(guò)實(shí)地考察和資料查詢(xún)可知，該工程的涵身段長(zhǎng)度為2 485 m，其基本施工材料為4孔38 m鋼筋混凝土，該工程正是采用復(fù)合型遇水單向膨脹橡膠止水帶作為基本施工材料，進(jìn)行施工縫防水治理。

該倒虹吸工程的尾端與某橋的暗涵相連，這一連接段采用了2孔38 m鋼筋混凝土，其施工縫與倒虹吸工程主體基本保持一致。整體來(lái)看，該工程每個(gè)分段的壓力水頭如表1所示。

表1 工程壓力水頭

考慮到該水工建筑物施工工程的覆蓋范圍較大，不同區(qū)域的工程荷載與地質(zhì)情況存在較大差異，每個(gè)施工階段的沉降變形情況也不相同，其施工縫處理工況也呈現(xiàn)出不同的狀態(tài)，經(jīng)過(guò)水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院的計(jì)算可以得出，該工程的主要沉降狀態(tài)包括三種類(lèi)型，分別是正常工作狀態(tài)、孔間不均勻沉降以及單孔不均勻沉降，在后續(xù)試驗(yàn)測(cè)試階段，分別標(biāo)注為工況1、工況2與工況3，在不同的工況下分別將遇水膨脹橡膠止水帶應(yīng)用到水工建筑物施工縫治理過(guò)程中，觀察止水帶實(shí)際應(yīng)用效果。

2 試驗(yàn)材料與裝置

2.1 試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)研究選用的實(shí)驗(yàn)對(duì)象為復(fù)合型遇水膨脹橡膠止水帶，以衡水豐澤工程橡膠科技開(kāi)發(fā)有限公司生產(chǎn)的止水材料為基礎(chǔ)，該止水帶的實(shí)際斷面結(jié)構(gòu)為兩端魚(yú)尾、中部圓孔現(xiàn)狀，止水帶應(yīng)用到施工過(guò)程中，面對(duì)結(jié)構(gòu)變形問(wèn)題后，止水帶結(jié)構(gòu)中的圓孔發(fā)生變形，整個(gè)止水材料被拉扯變形?？紤]到混凝土材料與遇水膨脹橡膠止水帶之間的粘接能力還不夠強(qiáng)，遇到過(guò)大的拉力后，止水帶部分結(jié)構(gòu)會(huì)與混凝土分離，而后隨著拉力的擴(kuò)展不斷波及至其他止水帶結(jié)構(gòu)，使得后續(xù)止水材料也逐漸與混凝土脫離，引起接縫漏水問(wèn)題。最嚴(yán)重時(shí)，遇水膨脹橡膠止水帶會(huì)受到拉伸力的影響完全脫離混凝土，為了避免這種情況，本次實(shí)驗(yàn)結(jié)合工程水工建筑物施工縫處理要求，對(duì)原有的止水帶材料進(jìn)行處理，適當(dāng)增大中部圓孔兩側(cè)的分區(qū)距離，對(duì)原有的止水帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，形成圖1所示的止水帶截面示意圖。

圖1 遇水膨脹橡膠止水帶截面示意圖

此外，在試驗(yàn)材料裝備階段，依據(jù)圖1所示的止水帶截面結(jié)構(gòu)，進(jìn)行遇水膨脹橡膠止水帶的制作。應(yīng)用天然橡膠作為主要原料，并添加增塑劑、活性劑、硫化劑等多種輔助原料，經(jīng)過(guò)混合煉制后，得到可作為試驗(yàn)主體的遇水膨脹橡膠止水帶。在最后環(huán)節(jié)，需要應(yīng)用平板硫化機(jī)進(jìn)行加壓硫化處理，確保止水帶的彈性密封性能和遇水單向膨脹性能最優(yōu)。經(jīng)過(guò)了解可知，遇水膨脹止水帶的尺寸參數(shù)如表2所示。

表2 止水帶尺寸

而后，再對(duì)遇水膨脹橡膠止水帶的物理性能進(jìn)行分析，得到表3所示的物理參數(shù)統(tǒng)計(jì)表。

表3 止水帶物理參數(shù)

以上述建立的止水帶作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在試驗(yàn)裝置上進(jìn)行止水帶應(yīng)用效果模擬實(shí)驗(yàn)，明確該止水材料的具體應(yīng)用性能。

2.2 試驗(yàn)裝置

在倒虹吸工程施工背景下，采用水利水電科學(xué)研究院研發(fā)的試驗(yàn)裝置模擬水工建筑物施工縫。實(shí)際操作過(guò)程中，布置兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí)為C30的混凝土塊，采用二次澆筑方法進(jìn)行澆筑處理，再將止水帶安裝在施工縫中。從2022年10月15日開(kāi)始應(yīng)用圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)分析，在操作過(guò)程中可以手動(dòng)控制兩個(gè)混凝土塊的平移或升降，模擬施工縫中止水帶面臨的剪切和拉伸。

圖2 試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)圖

應(yīng)用圖2所示的試驗(yàn)裝置，進(jìn)行遇水膨脹橡膠止水帶的應(yīng)用效果研究時(shí)，結(jié)合施工縫處理要求安裝止水帶。首先，需要將遇水膨脹橡膠止水帶的中部圓環(huán)區(qū)域與施工縫中心區(qū)域?qū)R，讓止水帶的內(nèi)面與施工縫緊貼，并采用鋼模板固定止水帶，避免在水浸環(huán)境下止水帶與混凝土塊脫離。為了避免止水帶位移，在橡膠止水帶得到兩端分別增加一個(gè)安裝孔，負(fù)責(zé)穿過(guò)鋼筋，保證止水帶與相鄰材料相連。

此外，在止水帶安裝過(guò)程中，面對(duì)需要拐彎的區(qū)域?qū)⒅顾畮У慕Y(jié)構(gòu)做成直徑≥150 mm的1/4圓形。同時(shí)，由于有止水帶澆筑至施工縫時(shí)，需要有部分區(qū)域埋入混凝土內(nèi)，而混凝土材料中存在的尖銳石子會(huì)導(dǎo)致止水帶的撕裂。因此，在試驗(yàn)過(guò)程中，需要采用哪個(gè)合適的定位方法、振搗技術(shù)，將止水帶合理埋在施工縫內(nèi)，保證遇水膨脹橡膠止水帶具有較好的止水效果。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 材料基礎(chǔ)性能分析

本次試驗(yàn)過(guò)程中，先從止水帶硬度、體積膨脹倍率入手，明確遇水膨脹橡膠止水帶應(yīng)用的基礎(chǔ)性能分析。其中，不同工況下止水帶硬度隨著浸水時(shí)間發(fā)生的變化如圖3所示。

圖3 不同測(cè)試工況下止水帶硬度變化結(jié)果

根據(jù)圖3可知，在不同的工況下，施工縫中止水帶的硬度變化趨勢(shì)基本保持一致。在最開(kāi)始浸水的兩個(gè)小時(shí)內(nèi)，遇水膨脹橡膠止水帶的硬度下降幅度極大，分別從49°降低為28.5°、24°和29.2°。而在浸水時(shí)間超過(guò)2 h后，不同測(cè)試工況下止水帶硬度變化趨勢(shì)基本保持穩(wěn)定。

在同樣的浸水試驗(yàn)環(huán)境下，在不同模擬工況下觀察遇水膨脹橡膠止水帶的體積膨脹倍率變化情況，得到圖4所示的變化曲線(xiàn)。

圖4 不同測(cè)試工況下止水帶體積膨脹倍率變化結(jié)果

根據(jù)圖4可知，三種測(cè)試工況下，遇水膨脹橡膠止水帶的體積膨脹倍率均呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢(shì)，且上升幅度差異不大。以浸水時(shí)間達(dá)到72 h為例，此時(shí)工況1條件下，止水帶體積膨脹倍率達(dá)到4.65，而其他兩種工況下止水帶體積膨脹倍率分別為4.72和4.46。并且，在浸水 72 h 后，不同工況的止水帶體積膨脹倍率增長(zhǎng)基本穩(wěn)定起來(lái)。

3.2 防水性能分析

在確定止水帶應(yīng)用后呈現(xiàn)出的基礎(chǔ)性能后，再針對(duì)其具體的防水性能進(jìn)行分析。在不同模擬工況下施加不同的壓力條件，分別觀察施工縫中橡膠止水帶的破壞情況、滲漏情況，并得到表4所示的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

表4 止水帶破壞情況與滲漏情況統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)表4可知，在3種工況條件下，分別施加0.4 MPa、0.5 MPa、0.6 MPa、0.7 MPa、0.8 MPa、0.9 MPa的壓力，而止水帶均未出現(xiàn)破壞和滲漏情況。

4 試驗(yàn)結(jié)果討論

根據(jù)上文得到的試驗(yàn)結(jié)果，可以得出遇水膨脹橡膠止水帶的基礎(chǔ)材料性能和防水性能，從而明確該材料在水工建筑物施工縫中的應(yīng)用效果。

從遇水膨脹止水帶的硬度測(cè)試結(jié)果和膨脹率測(cè)試結(jié)果可以看出，該材料在浸水后，硬度會(huì)發(fā)生先劇烈后緩慢地下降，而體積膨脹倍率則會(huì)呈現(xiàn)出不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)，但二者均符合設(shè)計(jì)要求，表明遇水膨脹止水帶具有良好的基礎(chǔ)材料性能。

防水性能分析結(jié)果顯示，在不同測(cè)試工況條件下，面對(duì)不同的壓力條件，施工縫內(nèi)的遇水膨脹橡膠止水帶始終保持正常工作狀態(tài)，未發(fā)生破壞和滲漏情況，表明橡膠止水帶滿(mǎn)足水工建筑物施工縫治理要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

水工建筑物施工過(guò)程中，遇水膨脹橡膠止水帶已經(jīng)成為不可或缺的施工材料之一，在水閘、涵洞、輸水洞等建筑物的施工縫內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，止水帶的耐磨性、抗撕裂性和安裝簡(jiǎn)便性，使該止水材料受到建筑領(lǐng)域?qū)I(yè)人員的關(guān)注。為了輔助新型止水帶材料的有效推廣，文章通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)的方法，了解遇水膨脹橡膠止水帶，在水工建筑物施工縫中的實(shí)際應(yīng)用效果。