噴涂速凝橡膠瀝青在變形縫處的試驗(yàn)研究

王志強(qiáng)，陸明 ，雷震宇

（1.同濟(jì)大學(xué) 鐵道與城市軌道交通研究院，上海 200331；2.上海隧道與城市軌道交通研究院，上海 200235）

0 前言

噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料由細(xì)懸浮微乳型陰離子改性乳化瀝青和合成高分子聚合物（A組份）與特種成膜劑（B組份）制成，雙組份材料在噴槍口外扇形交叉、霧化并高速混合后形成高彈性防水、防腐涂膜，集防水、防滲、防腐、防護(hù)于一體。其速凝機(jī)理，是利用固化劑（破乳劑）使乳化瀝青破乳，達(dá)到速凝的效果[1]。合成高分子液體橡膠在應(yīng)用中對環(huán)境溫度、濕度不敏感，在5℃以上基面無明水條件下即可施工，工藝操作簡便，施工效率高。噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料市場應(yīng)用規(guī)模逐年擴(kuò)大，應(yīng)用領(lǐng)域也在逐年拓寬[2]：從單一的屋面防水[3]，逐步大規(guī)模應(yīng)用于水利渠道[4]、地鐵車站的柔性防水[5]等地下工程。噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料具有的高彈性、延展性、對新澆筑混凝土具有較高粘接強(qiáng)度的特性，很好克服了常用卷材類防水材料在復(fù)雜部位不易施工，易產(chǎn)生空鼓、開裂等缺陷。

由于噴涂速凝橡膠瀝青防水材料優(yōu)異的防水性和耐久性以及施工工藝的便捷性，自然使得人們嘗試在地下結(jié)構(gòu)細(xì)部結(jié)構(gòu)，如變形縫的防水中進(jìn)行使用。變形縫防水是地下結(jié)構(gòu)防水成敗的關(guān)鍵，而“十縫九漏”說明目前變形縫防水依舊是地下結(jié)構(gòu)防水的難點(diǎn)。變形縫最常見的防水構(gòu)造一般為中埋式止水帶與外貼防水層或可拆卸式止水帶復(fù)合，也可由中埋式止水帶配合嵌縫材料復(fù)合使用，縫內(nèi)其余空間由填縫材料充填。采用速凝橡膠瀝青防水涂層替代外貼式止水帶，在某城市污水處理廠伸縮縫構(gòu)造的改造施工中取得了良好的效果，可有效提高伸縮縫處防水能力，減少運(yùn)營期間停產(chǎn)維修費(fèi)用[6]。

目前，速凝橡膠瀝青防水涂料在變形縫處的應(yīng)用實(shí)例并不太多，可查文獻(xiàn)有限。為考察該材料抗水壓能力與變形縫張開量之間的關(guān)系，本文設(shè)計(jì)了專門的水密性試驗(yàn)裝置，對不同厚度的噴涂速凝橡膠瀝青防水涂層在相應(yīng)水壓（0.6 MPa）條件下的防水性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 變形縫的模擬

設(shè)計(jì)由2個完全相同的混凝土試塊來模擬變形縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)物，兩試塊初始間隔1 cm作為變形縫的初始寬度，夾具固定?？p間填充物為1 cm厚的丁腈軟木襯墊板，尺寸為24 cm×24 cm。見圖1。試塊由C35商品混凝土澆筑，抗?jié)B等級P8，尺寸為24cm×24 cm×12 cm。

圖1 混凝土試塊

1.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)有：一是如何在噴涂層表面形成一個密封區(qū)，以便能施加設(shè)定水壓；二是如何模擬變形縫的張開變形，以考察噴涂層在變形過程中的防水性能。為此設(shè)計(jì)如圖2所示試驗(yàn)裝置。

圖2 試驗(yàn)裝置

整個裝置由蓋板、底板及螺桿、螺帽組成。由蓋板和底板通過板周邊多根螺桿夾緊完成噴膜養(yǎng)護(hù)的混凝土試塊。在上蓋板內(nèi)面預(yù)先粘貼成框的橡膠密封條，壓緊后與噴涂層之間形成一個小的密封區(qū)，如圖3所示。

圖3 蓋板內(nèi)密封橡膠條

蓋板在橡膠密封框內(nèi)開2孔，作為注水口和出氣口。注水口外接壓力水管，連接到試壓泵，出氣口外接控制閥門。

1.3 噴涂試件的制作及養(yǎng)護(hù)

（1）混凝土試塊澆筑、養(yǎng)護(hù)完成后，2塊1組按試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)要求對壓固定好后，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行噴涂施工。

（2）噴涂前，清理噴涂基面，并在變形縫處粘貼240 mm×90 mm的塑料隔離膜，以確保噴涂層有足夠的自由伸展的材料部分。

（3）噴涂速凝橡膠瀝青防水涂層厚度分別為2、2.5、3 mm 3種，每種厚度各噴3個試樣。

（4）試塊噴涂后會有水分析出，不需處理，自然風(fēng)干。室溫放置7d，環(huán)境灑水保持一定的濕度。

圖4為試件制作流程。

圖4 試塊制作過程

產(chǎn)品在噴涂后5 s內(nèi)初凝成膜，自然干燥成型時會受環(huán)境溫度和濕度等條件影響。標(biāo)準(zhǔn)厚度1 mm時，在23℃、相對濕度50%下膠膜在24h內(nèi)完全干燥成型[7]。材料在成型初期由于2種組分的作用，膠膜表面會析出一定的水分是正常現(xiàn)象，在干燥成型過程中膠膜從棕色潮濕狀態(tài)漸變?yōu)楹谏稍餇顟B(tài)。

1.4 試驗(yàn)裝置組裝

（1）待試塊表面涂層強(qiáng)度達(dá)到后，拆除近涂層面的壓條。放松遠(yuǎn)涂層端的壓條，根據(jù)試驗(yàn)要求的張開量，在縫間插入相應(yīng)厚度的鐵墊片/板，要求墊片/板盡量靠近涂層端，然后繼續(xù)壓緊遠(yuǎn)涂層端的壓條，以保證變形縫張開量均勻。以此方法來模擬并調(diào)整接縫張開量值。

（2）把調(diào)整好縫寬的試模放到底板和蓋板之間，使橡膠圈壓在防水涂層上，通過四周螺栓緊固裝置，直至達(dá)到可承受0.6 MPa水壓的壓縮量。

（3）蓋板進(jìn)水口連接進(jìn)水管，檢查密閉性，準(zhǔn)備水壓試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)工況及步驟

2.1 試驗(yàn)工況

試驗(yàn)的全部工況水壓均為0.6 MPa。變形縫初始寬度1 cm，張拉極限值為2 cm。涂層厚度分別為2、2.5、3mm。變形縫寬度單次張開增量為（1.0±0.2）mm遞增至最大值2 cm結(jié)束試驗(yàn)，見表1。

表1 試驗(yàn)工況

2.2 試驗(yàn)步驟

（1）噴涂層施工完成后，即記錄初始噴涂厚度。

（2）蓋板安放前，測量試塊變形縫寬度及噴涂層厚度。

（3）打開排氣孔閥門，進(jìn)水管注水，待水從排氣孔流出后，關(guān)閉排氣閥門，以0.1 MPa為增量增大水壓，直至滲漏或最大至0.6 MPa水壓。每1級水壓保持60 min。

（4）若未滲漏，則放松裝置，取出試塊。放松的壓條，按1.4節(jié)所述方法，以1 mm增量逐級調(diào)整變形縫張開量；重復(fù)步驟（1）和步驟（2），直至漏水或變形縫張開量達(dá)到既設(shè)目標(biāo)值。記錄每種工況下的相關(guān)數(shù)據(jù)。若變形縫未達(dá)到1 cm的最大張開量而發(fā)生滲漏現(xiàn)象，則以前一步未漏水時對應(yīng)的張開量為材料最大耐受0.6 MPa的張開量。

3 涂層厚度變化規(guī)律的試驗(yàn)研究

根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)，噴涂型速凝橡膠瀝青原液水分含量較大，固化過程中水分析出蒸發(fā)，實(shí)際厚度較噴涂時會有較大變化。

在水壓試驗(yàn)前，為確定實(shí)際的噴涂厚度，首先進(jìn)行了涂層在不同溫度環(huán)境下的厚度變化研究。通過人工加溫和制冷，獲得了不同溫度（0～5、20、35℃）條件下，速凝橡膠瀝青涂層厚度隨時間、溫度的變化規(guī)律，見圖5。

圖5 不同溫度下速凝橡膠瀝青涂層厚度的變化

由圖5可以看出，速凝瀝青涂層隨溫度及時間變化的總趨勢為：涂層厚度隨時間延長而減?。幌嗤臅r間內(nèi)溫度越高，水分揮發(fā)越多，厚度降幅越大。

在0～5℃低溫環(huán)境中，厚度降幅最小，持續(xù)下降到第7 d后，厚度出現(xiàn)3d的波動，14 d總的降幅為8.5%。

20℃溫度環(huán)境中，厚度降幅介于高低溫變化之間，最終變化率約為33%。涂層噴涂完成后第2d降幅最大，達(dá)21%降幅。

35℃高溫環(huán)境中，厚度降幅最大，約為36%。涂層噴涂完成后第2天降幅最大，完成了近20%的降幅。6天以后厚度變化基本趨于穩(wěn)定。

鑒于此，現(xiàn)場要求實(shí)際噴涂厚度比試驗(yàn)要求涂層厚度增加35%，即分別為2.7、3.4和4.0 mm，由于人工操作的誤差，最終實(shí)際噴涂厚度還是有所差異的。防水試驗(yàn)前測得涂層厚度列于表2。

表2 試塊涂層厚度

4 水密性試驗(yàn)現(xiàn)象與分析

噴涂速凝橡膠瀝青防水涂層在變形縫處的水密性試驗(yàn)分3組（3種噴涂厚度），每組3個試塊，共9次試驗(yàn)。圖6是部分試驗(yàn)照片。表3為水密性試驗(yàn)結(jié)果。

圖6 噴涂橡膠瀝青防水涂層試驗(yàn)現(xiàn)象

從圖6（d）可以看出，水壓最終是沖破變形縫處的涂層使得防水失效造成滲漏，圖中可以看到明顯的一段凹陷裂痕。

表3 水密性試驗(yàn)結(jié)果

表3中3#試件數(shù)據(jù)有異常，原因是為考察橡膠瀝青涂層下部若缺乏支撐時，涂層抵抗水壓的能力，在試驗(yàn)前將變形縫中夾著的縫間填充丁腈軟木襯墊板緊貼涂層的一邊，挖掉1 cm深、5 cm長的缺口，緩慢加水壓至0.5 MPa，穩(wěn)定保持，再緩慢加水壓至0.6MPa，5min后沖破漏水。試驗(yàn)結(jié)果表明，若涂層底部無支撐，速凝橡膠瀝青防水涂層的防水能力會大大降低。

涂層厚度與耐受0.6 MPa水壓的接縫最大張開量之間的變化曲線見圖7。

圖7 在0.6 MPa水壓下變形縫最大張開量與涂層厚度的變化關(guān)系

從圖7可以看出，在0.6 MPa水壓條件下，橡膠瀝青涂層厚度對變形縫最大張開量的影響效應(yīng)不明顯，呈一條窄幅波浪型曲線，可以近似用一條直線擬合。

5 結(jié)語

通過對3種不同厚度的防水涂層材料在相應(yīng)水壓（0.6 MPa）條件下進(jìn)行水密性試驗(yàn)，得出其抗水壓能力與變形縫張開量之間的關(guān)系，對速凝噴涂橡膠瀝青防水涂層的工程應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。

（1）在嵌縫材料充填完整的情況下，變形縫變形量小于100%時，橡膠瀝青涂層可以用于較高水頭（0.6 MPa水壓）的變形縫防水。

（2）速凝橡膠瀝青固化后厚度會縮減，用于變形縫的防水時，實(shí)際噴涂厚度應(yīng)比設(shè)計(jì)要求厚1 mm，建議噴涂厚度到3 mm以上。