鐵路隧道用橡膠止水帶的生產(chǎn)及應(yīng)用

張國文，李雪春，黨 佳，裴頂峰，賀春江

(1.中國鐵道科學(xué)研究院 金屬及化學(xué)研究所，北京 100081;2.中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道部標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量研究所，北京 100081)

1 鐵路隧道用橡膠止水帶的應(yīng)用現(xiàn)狀

鐵路隧道可分為三大類:①為縮短距離和避免大坡道而從山嶺或丘陵下穿越的稱為山嶺隧道;②為穿越河流或海峽而從河下或海底通過的稱為水下隧道;③為適應(yīng)鐵路通過大城市的需要而在城市地下穿越的稱為城市隧道。這三類隧道中修建最多的是山嶺隧道。截止到 2006年，我國營業(yè)線路隧道5 197座，2 954 333延長米。其中，長度10 000 m以上的特長隧道2座，長度在 3 000 m以上至 10 000 m的長隧道106座，長度在500 m以上至3 000 m的中長隧道1 509座，長度不足500 m 的短隧道3 580座［1］。

止水帶是鐵路隧道防水材料中重要的組成部分。它是利用其高彈性能在各種載荷下會產(chǎn)生彈性形變，遇水后會發(fā)生體積膨脹從而起到堅(jiān)固密封作用。它既能防治建筑物外部的水進(jìn)入建筑物內(nèi)部，也能防止建筑物內(nèi)部水滲到外界，同時止水帶還能起到減振緩沖作用。單線隧道每公里需用止水帶約10 000 m，雙線隧道每公里約20 000 m。

止水帶按用途分為兩類:適用于變形縫用的止水帶和適用于施工縫用的止水帶。按材料分三類:塑料止水帶、橡膠止水帶和鋼邊止水帶。止水帶按設(shè)置位置分為兩類:中埋式止水帶和背貼式止水帶。

如圖1(a)所示為背貼式止水帶:圖1(b)為中埋式施工縫止水帶;圖1(c)為中埋式變形縫止水帶;圖1(d)為鋼邊止水帶。

圖1 止水帶的種類

近年來，在我國橡膠工業(yè)的裝備和工藝發(fā)展基礎(chǔ)上，研究和開發(fā)了一系列新型止水帶，根據(jù)安裝方式大體可以分為下列3種基本帶型系列:①適用于混凝土伸縮縫、工作縫的內(nèi)埋式止水帶;②帶有側(cè)翼金屬現(xiàn)澆混凝土伸縮縫、工作縫的內(nèi)埋式止水帶;③現(xiàn)澆混凝土設(shè)置在伸縮縫、工作縫混凝土墻面一側(cè)的外置式止水帶。止水帶的具體安裝位置如圖2所示。

2 鐵路橡膠止水帶技術(shù)條件與國家標(biāo)準(zhǔn)的差別

2.1 外觀質(zhì)量要求的區(qū)別

圖2 止水帶的安裝位置

目前我國關(guān)于橡膠止水帶的標(biāo)準(zhǔn)有兩個:一個是GB/T 18173.2—2000，另一個是《鐵路隧道防水材料技術(shù)條件(暫行)第2部分 止水帶》科技基［2008］21號文。兩個文件的標(biāo)準(zhǔn)的對比如表1和表2所示。可以看出，從材質(zhì)上，鐵路止水帶明確要求必須為乙丙橡膠，且不得摻用再生膠。從外觀質(zhì)量要求可以看出，鐵路技術(shù)條件是在國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對止水帶的外觀質(zhì)量的規(guī)定進(jìn)行了細(xì)化，在材質(zhì)、凹痕、氣泡、接縫缺陷的規(guī)定上高于國家標(biāo)準(zhǔn)，更加利于檢驗(yàn)人員判定止水帶的外觀質(zhì)量。

表1 外觀和材質(zhì)要求對比

2.2 物理性能指標(biāo)的區(qū)別

GB/T 18173.2—2000與《鐵路隧道防水材料技術(shù)條件(暫行)第2部分止水帶》兩個標(biāo)準(zhǔn)中對物理性能指標(biāo)的要求的區(qū)別如表2所示。

從表2中可以看出，我國鐵路止水帶技術(shù)條件高于相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。拉斷伸長率高于對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，不僅保證了止水帶在安裝過程中不易斷裂，而且在使用過程能在承受壓力下變形而不斷裂。S型止水帶脆性溫度低于國家標(biāo)準(zhǔn)5℃，擴(kuò)大了止水帶的使用溫度范圍。由于我國地質(zhì)條件復(fù)雜，在鐵路橡膠止水帶檢測中加入了耐堿水這一項(xiàng)指標(biāo)，有效地保證了止水帶在堿性環(huán)境下的安全使用。臭氧老化性規(guī)定更嚴(yán)格，一方面可以確保材質(zhì)為乙丙橡膠，另一方面也規(guī)定了橡膠止水帶應(yīng)有更優(yōu)秀的性能。從整個標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)來看，鐵路技術(shù)條件的常規(guī)力學(xué)性能指標(biāo)高于國家標(biāo)準(zhǔn)，不利于推動鐵路止水帶向高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量、復(fù)合化方向發(fā)展，也保證了鐵路隧道建設(shè)的工程質(zhì)量與鐵路行車安全。

表2 物理性能指標(biāo)對比

3 橡膠止水帶的質(zhì)量現(xiàn)狀

3.1 橡膠止水帶的生產(chǎn)現(xiàn)狀

總體來說，止水帶的制造工藝為加工橡膠的通用工藝。橡膠止水帶國內(nèi)成型硫化工藝主要有以下幾種:①冷喂料排氣擠出機(jī)擠出連續(xù)硫化，冷喂料排氣擠出機(jī)可進(jìn)行純膠或復(fù)合橡膠止水帶的擠出，繼而進(jìn)行微波或熱空氣連續(xù)硫化。此方法生產(chǎn)效率高，適合于大批量生產(chǎn)。后續(xù)工序配以斷接、改型連接等工藝，制造出較高均勻度的優(yōu)質(zhì)止水帶;②冷喂料擠出機(jī)擠出硫化罐硫化，該方式在國內(nèi)進(jìn)行過試驗(yàn)并在某些廠家進(jìn)行了產(chǎn)品生產(chǎn)。此種工藝產(chǎn)品密度較小，規(guī)格保證性較差，物理機(jī)械性能測試結(jié)果波動較大;③平板硫化機(jī)模型硫化，這種工藝方法仍是國內(nèi)止水帶主要制造方法。［2］平板硫化機(jī)模型硫化是將準(zhǔn)備好的半成品膠片置于特制的鋼質(zhì)模型中，在平板硫化機(jī)上加溫加壓，依次銜接硫化。這種生產(chǎn)方法，產(chǎn)品密度較高、操作較為靈活，可根據(jù)市場需求靈活安排產(chǎn)品規(guī)格及產(chǎn)品的數(shù)量，但生產(chǎn)效率較低，工藝質(zhì)量控制難度較大。

3.2 橡膠止水帶的成分剖析

為了解目前國內(nèi)橡膠止水帶的配方現(xiàn)狀，2010年2月至2010年5月期間，搜集了送檢合格的15家橡膠止水帶的樣品，用馬弗爐燒蝕法和溶劑抽提法測試了樣品的含膠率、炭黑含量、增塑劑等小分子有機(jī)物的含量、無機(jī)物含量等信息。具體結(jié)果如表3所示。

表3 送檢合格的橡膠止水帶成份分析統(tǒng)計(jì)

從表3中可以看出，送檢合格的橡膠止水帶的配方有如下幾個特點(diǎn):含膠率高，含膠率落在40% ～56%區(qū)間內(nèi)，如果折算成質(zhì)量份表示，則為每百份橡膠中炭黑用量為50～90份，油等增塑劑用量為20～50份?？梢钥闯鱿鹉z止水帶配方的含膠率比較高，明顯高于軌枕橡膠墊板和普通擠出類乙丙橡膠產(chǎn)品。一般擠出類乙丙橡膠產(chǎn)品，如門窗密封條等，為了獲得好的擠出外觀，含膠率多在30%以下，甚至更低。從這一點(diǎn)推斷，再結(jié)合這些止水帶外觀都很光滑，可以斷定這些止水帶樣品應(yīng)該都是模壓成型的。另一個特點(diǎn)是無機(jī)填料都非常少。如果折合成橡膠標(biāo)準(zhǔn)配方表示形式，考慮到橡膠止水帶里必須有氧化鋅且至少用5份，如果是按5份計(jì)算，那么可以推算這15個樣品的無機(jī)填料的用量均＜15份?？梢钥闯觯拖鹉z墊板等配方相比，橡膠止水帶含膠率比較高，配方基本不用無機(jī)填料，成本比較高。分析認(rèn)為，這和橡膠止水帶的技術(shù)條件有關(guān)。橡膠止水帶的技術(shù)條件要求拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長率比較大，尤其有嚴(yán)格的壓縮永久變形指標(biāo)。如果使用無機(jī)填料，這三個指標(biāo)會急劇惡化，所以國內(nèi)廠家配方中基本用炭黑做補(bǔ)強(qiáng)劑。再者，橡膠止水帶相對密度比較小，其相對密度集中在1.03～1.12之間，這和其含膠率高有關(guān)。

3.3 橡膠止水帶的質(zhì)量現(xiàn)狀

目前給鐵路隧道供貨的橡膠企業(yè)多達(dá)幾十家?？偟膩碚f橡膠止水帶市場比較混亂。鐵道部采用最低價(jià)中標(biāo)。如果按表3的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來計(jì)算，以寬300 mm厚10 mm的背貼式止水帶為例，僅原材料成本1 m就94元左右。而目前生產(chǎn)企業(yè)競相壓價(jià)，中標(biāo)價(jià)多在30～40元/m。中標(biāo)后生產(chǎn)企業(yè)又以次充好。在2009年和2010年的監(jiān)督抽查中，橡膠止水帶合格率不足50%。不合格項(xiàng)目主要集中在恒定壓縮永久變形、耐臭氧老化和橡膠與金屬黏合(僅對鋼邊止水帶)、老化前拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長率。對止水帶進(jìn)行定性分析檢測中發(fā)現(xiàn)，有些止水帶生產(chǎn)廠家采用了天然橡膠生產(chǎn)橡膠止水帶，與鐵道部規(guī)定橡膠止水帶只能使用三元乙丙膠不符。

如果橡膠止水帶因質(zhì)量問題使隧道出現(xiàn)漏水、竄水問題，則會給鐵路運(yùn)營安全帶來極大的安全隱患。為了解決這個問題，最好的辦法就是要打掉混凝土再重新施工，否則會帶來更大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，橡膠止水帶的質(zhì)量好壞對隧道的養(yǎng)護(hù)成本關(guān)系重大。

為規(guī)范橡膠止水帶市場，加強(qiáng)質(zhì)量控制和管理，鐵道部頒布了橡膠止水帶技術(shù)條件，即《鐵路隧道防水材料技術(shù)條件(暫行)第2部分 止水帶》科技基［2008］21號文。2009年初鐵道部將隧道用止水帶納入甲供物資，由工管中心負(fù)責(zé)招標(biāo)，要求由鐵道部權(quán)威檢測中心出具報(bào)告。鐵建設(shè)［2010］163號文重新修訂甲供物資目錄，再次將止水帶列入甲供物資目錄中。

截止2011年5月，全國共有六家橡膠止水帶生產(chǎn)企業(yè)接受CRCC認(rèn)證。CRCC認(rèn)證規(guī)則對生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)能力、研發(fā)能力、生產(chǎn)硬件設(shè)備、檢測設(shè)備等都做了相應(yīng)規(guī)定，這對橡膠止水帶的質(zhì)量控制起到了積極作用。

4 結(jié)語

近幾年鐵路建設(shè)發(fā)展迅速，隧道里程也快速增長。橡膠止水帶的市場也在急速膨脹。為了控制橡膠止水帶的質(zhì)量，鐵道部相關(guān)部門已從技術(shù)條件制訂、采購質(zhì)量控制等環(huán)節(jié)做了很多工作。但為了進(jìn)一步加強(qiáng)質(zhì)量管理，還應(yīng)該從價(jià)格靈活調(diào)控、增加監(jiān)督檢測方法、頻次及范圍、加大處罰力度等方面繼續(xù)努力。

隧道設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)等部門應(yīng)與大學(xué)和科研院所及橡膠止水帶生產(chǎn)企業(yè)加強(qiáng)交流與合作［3-5］。一方面可以引進(jìn)或借鑒建筑等行業(yè)止水帶的相關(guān)研究及應(yīng)用成果，開發(fā)更適合鐵路隧道用橡膠止水帶結(jié)構(gòu)形式。另一方面，應(yīng)該充分利用新材料及新工藝提高目前橡膠止水帶的質(zhì)量。如近年來在建筑等行業(yè)出現(xiàn)的自黏式止水帶、膨脹式止水帶等在鐵路隧道應(yīng)該也有更好的應(yīng)用前景。

［1］楊新安、吳德康．鐵路隧道［M］．上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2003．

［2］徐啟洪．橡膠止水帶的現(xiàn)狀和發(fā)展［J］．中國橡膠，2002，18(10):28-31．

［3］喻天金，唐可，焦荃．合武鐵道大別山隧道防排水施工設(shè)計(jì)優(yōu)化［J］．鐵道建筑，2010(3):37-39．

［4］付高遠(yuǎn)．地鐵車站防水工程的實(shí)踐［J］．鐵道建筑，2010(9):52-54．

［5］張素英，馮金英．地鐵施工防水體系施工技術(shù)［J］．鐵道建筑，2008(3):29-31．