高寒區(qū)渠道新舊防滲體連接材料的優(yōu)化選擇

趙多明

（新疆額爾齊斯河投資開發(fā)（集團(tuán)）有限公司，烏魯木齊 830000）

1 引言

渠道防滲系統(tǒng)是保證渠道高效運(yùn)行的重點(diǎn)，渠道防滲系統(tǒng)的主體是塑?；驈?fù)合土工膜。經(jīng)過(guò)多年溫度、水體環(huán)境的耦合作用，會(huì)導(dǎo)致塑模或復(fù)合土工膜破損，防滲體滲漏。在渠道升級(jí)改造過(guò)程中，舊防滲體與新防滲體連接常采用熱熔焊接。但是，由于膜的厚度、損壞程度不同，加上環(huán)境氣溫的影響，熱熔焊接容易產(chǎn)生未焊透或過(guò)焊缺陷，因此，為了避免缺陷的產(chǎn)生，結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)際，本文選擇萬(wàn)能膠、瀝青、KS 膠以及套筒4 種連接材料進(jìn)行物理力學(xué)特性、滲透性以及低溫耐久性試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果，選取最優(yōu)的新舊防滲體連接材料用于渠道升級(jí)改造。

2 試驗(yàn)材料

2.1 防滲體原材

為判斷在采取不同的連接工藝時(shí)，黏結(jié)性能相對(duì)防滲體原材的性能優(yōu)劣，選取10 組樣品對(duì)防滲體原材進(jìn)行拉伸、撕裂、頂破試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：母材厚度在0.60～0.80 mm，拉斷時(shí)拉力在30～50 N，縱、橫向拉伸強(qiáng)度在6.0～8.0 N/mm，撕裂力在60～90 N，穿刺強(qiáng)度在0.2～0.3 kN，母材拉伸強(qiáng)度以縱、橫向10 組數(shù)據(jù)的平均值來(lái)作為母材的實(shí)際拉伸強(qiáng)度。防滲體原材的具體技術(shù)性能指標(biāo)見表1。

表1 防滲體原材技術(shù)性能指標(biāo)

2.2 試驗(yàn)?zāi)z體及材料

試驗(yàn)用KS 膠，萬(wàn)能膠、瀝青以及卷筒如圖1 所示。

圖1 試驗(yàn)?zāi)z體及材料

3 試驗(yàn)方法

3.1 黏結(jié)方式試驗(yàn)

由于新舊防滲體的性能差異大，熱熔焊接機(jī)不適用于新舊膜的黏結(jié)，只能采取膠粘，因此，試驗(yàn)采用了萬(wàn)能膠、KS 膠、瀝青以及卷筒4 種方式進(jìn)行試驗(yàn)優(yōu)選。黏結(jié)方式分別進(jìn)行了膜-膜、膜-布、布-布3 種黏結(jié)方式[1]。按照規(guī)范要求，采用相同的搭接長(zhǎng)度，保證相同的環(huán)境溫度，黏結(jié)之后靜置1 d 后進(jìn)行拉伸試驗(yàn)及耐靜水壓滲透試驗(yàn)。

3.2 黏結(jié)性能試驗(yàn)

分別用熱熔KS 膠，萬(wàn)能膠、瀝青黏結(jié)好新舊防滲膜，加上卷筒一共4 種方式，參照SL/T 225—1998《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》[2]，取相同規(guī)格的樣品進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，每種黏結(jié)方式同時(shí)進(jìn)行5 組試驗(yàn)，一共20 組樣品。

為進(jìn)一步考察測(cè)試連接材料在水環(huán)境中抵御開膠水滲透的能力，組織開展了浸水試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中將樣品在水中浸泡48 h 后觀察接縫的外觀，觀察樣品接縫處是否開膠。并參照GB/T 17642—2008《土工合成材料非織造布復(fù)合土工膜》[3]中的相關(guān)要求，對(duì)連接樣品抵御水壓的能力進(jìn)行了測(cè)試，水壓統(tǒng)一設(shè)置為1.0 MPa，在1 h 內(nèi)觀察樣品是否透水。

同時(shí)為探究樣品低溫時(shí)的性能，參照GB 18173.1—2012《高分子防水材料 第1 部分：片材》[4]中的測(cè)試方法，對(duì)連接樣品抵御低溫的能力進(jìn)行了測(cè)試。分別在-20 ℃、-15 ℃、-10 ℃、-5 ℃、0 ℃、20 ℃時(shí)，測(cè)試防滲體拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的變化，并進(jìn)行了-30 ℃時(shí)的低溫彎折試驗(yàn)。

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 黏結(jié)方式的選取

試驗(yàn)結(jié)果表明，膜-膜、膜-布、布-布3 種黏結(jié)方式拉伸強(qiáng)度均能達(dá)到試驗(yàn)要求；膜-布、布-布黏結(jié)的樣品在耐靜水壓滲透試驗(yàn)中均透水，這主要是由于布是非防水材料造成的，即使用膠使布和膜黏結(jié)在一起，拉伸強(qiáng)度達(dá)到要求，但是也不能保證滲透性能合格；只有膜-膜黏結(jié)時(shí)，兩側(cè)的膜均為防滲材料，黏結(jié)之后能很好地起到防滲效果。因此，在比較黏結(jié)材料黏結(jié)性能的試驗(yàn)中，均采用了膜-膜的黏結(jié)方式。

4.2 黏結(jié)性能試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)拉伸試驗(yàn)可知：（1）KS 膠黏結(jié)的樣品拉伸試驗(yàn)，5 組均從母材上斷裂而不是斷在接頭接縫處，接頭接縫效應(yīng)達(dá)到171%；（2）瀝青黏結(jié)的5 組試樣均從接頭接縫處拉開，接頭接縫效應(yīng)達(dá)到83%，強(qiáng)度沒(méi)有達(dá)到母材強(qiáng)度；（3）萬(wàn)能膠黏結(jié)的試樣其中3 組斷在母材上，2 組從接頭接縫處拉開，接頭接縫效應(yīng)達(dá)到167%；（4）卷筒連接的拉伸均從卷筒中拉出，強(qiáng)度也遠(yuǎn)低于母材強(qiáng)度，接頭接縫效應(yīng)只有10%。

浸水試驗(yàn)顯示瀝青黏結(jié)的樣品在浸水48 h 后開膠，并且很容易撕開，而KS 膠黏結(jié)和萬(wàn)能膠黏結(jié)的樣品完好，如圖2 所示。而耐靜水壓滲透試驗(yàn)結(jié)果表明，幾種試驗(yàn)樣品均未透水。

圖2 瀝青黏結(jié)樣品浸水試驗(yàn)結(jié)果

低溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明：（1）在-5 ℃、0 ℃、20 ℃時(shí)，試樣拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率變化不大；（2）在-10 ℃、-15 ℃、-20 ℃時(shí)，拉伸強(qiáng)度隨溫度降低強(qiáng)；（3）同時(shí)，瀝青膠黏結(jié)的樣品在-30 ℃情況下彎折碎裂；（4）而KS 膠和萬(wàn)能膠黏結(jié)的樣品接縫完好沒(méi)有碎裂，如圖3 所示。

圖3 低溫彎折試驗(yàn)結(jié)果（-30 ℃）

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果匯總分析(見表2），可以看出：

表2 試驗(yàn)結(jié)果匯總表

1）接頭/接縫強(qiáng)度和接頭/接縫效應(yīng)均為KS 膠＞萬(wàn)能膠＞瀝青＞管卷式，表明KS 膠的連接強(qiáng)度最高；

2）滲透試驗(yàn)均在1.0 MPa 不透水，但浸水試驗(yàn)中KS 膠完成，瀝青分離；

3）低溫彎折試驗(yàn)，KS 膠無(wú)裂紋性能最好，瀝青碎裂，萬(wàn)能膠脫膠，說(shuō)明耐低溫性KS 膠均優(yōu)于瀝青和萬(wàn)能膠。綜合評(píng)定：KS 膠在接頭/接縫效應(yīng)、浸水試驗(yàn)、低溫彎折、滲透試驗(yàn)均較其他3 種材料優(yōu)異，適合工程應(yīng)用。這里要特別說(shuō)明，雖然試驗(yàn)卷筒連接時(shí)抗拉強(qiáng)度偏低，但是它的滲透試驗(yàn)結(jié)果是令人滿意的，尤其當(dāng)防滲膜潮濕時(shí)不會(huì)影響卷筒的施工，因此，可以適應(yīng)潮濕環(huán)境。