塔里木河流域治理项目混凝土板渠道填缝材料的应用.pdf

2 0 1 5年第 5期 水利规划与设计 设 计施 工 DOI ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 2 2 4 6 9 2 0 1 5 0 5 0 2 9 塔里木 河流域治理 项 目混凝土板 渠道填缝材料的应用 喻少平 ( 喀什叶尔羌河勘测设计 院 ，新 疆 喀什 8 4 4 7 0 0 ) 摘要 ：本文通过 对塔 河治理 项 目中混凝土板防渗 渠道 工程 伸缩缝采 用不 同的嵌 缝材料 应 用、运行 效 果进行 分析 。 总结出不同嵌缝 材料 的使 用情况对塔河流域 的同类渠道具 有指导意义。 关键词 ：伸 缩缝 ；嵌缝材料 ；聚氨 酯 ；沥青砂浆 ；聚氨酯砂浆 中图分类号 ：T V 4 3 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 6 7 2 2 4 6 9 ( 2 0 1 5 ) 0 5 0 0 9 2 0 3 1 引 言 根据防渗渠道设计规范要求，刚性材料防渗层 和膜料 防渗 的 刚性材 料保 护层 均应 设 置 伸缩 缝 ，以 适 应气 候变 化 和地 基 变 形 而 引起 的 防渗 层 ( 或保 护 层 ) 的变 形 要 求 。伸 缩 缝 的 形 式 根据 渠 道 规 模 、对 防渗效果的要求 、渠基有无冻胀性、湿陷性 、施工 条件和运行条件等 因素进行设 计。在实际工程 中， 对预制板衬砌的小断面渠道 ，一般用低标号水泥砂 浆填平伸缩缝 ，以求节省费用。对于现浇混凝土板 衬 砌 的渠 道 ，依 据 规 范按 照 一 定 间距 设 置 伸 缩 缝 ， 缝 宽 23 c m。塔 河 治 理工 程 混 凝 土 板 渠 道应 用 过 多种填缝材料 ，不同材料各有优劣 ，下面对其进行 简要 分析 。 2 填缝材料应用情 况 2 1 沥青砂浆填缝 沥青砂浆填缝 曾在叶城县夏马力渠道的伸缩缝 设计 中应 用 。夏 马力 渠 道设 计 流量 5 m s ，渠 道 底 宽 2 m，板 厚 8 c m，分缝 为矩 形 缝 型 式 ，缝 宽 2 c m， 缝深 8 c m，采 用 沥 青 砂 浆 全 缝 填 筑 ，配 合 比 为 沥 青 ：水泥 ：砂 =1 ： 1 ： 4 ( 重量 比) 。填缝可 以直接满 填 ，也 可 以为 了节省投 资嵌 填 背衬 材 料 ，其结 构 型 式 如 图 1 所 示 。背 衬 材 料 是 填 在 密 封 材 料 底 部 的 ， 其 主要 作 用 有 两 点 ：一 是 控 制 嵌 填 密 封 材 料 的深 度 ，以节约用材 ，二是使 密封材 料与底 部基 层脱 开 ，从而密封材料有较大的 自由伸缩度 ，提高变形 能 力 。背衬 材料 一般 采用 聚 乙烯 泡沫 塑 料条 ，俗称 9 2 苯板 ，或 者是 闭孔 板 。沥青 砂浆 填缝 具 有 造 价低 廉 的特 点 。 沥青砂浆 闭孔板 ( 苯板 ) I I - 焉l l 、 _ - - 暑 沥青砂浆 I I “ l _ ： ； 图 1 沥 青 砂 浆 填 缝 结 构 型 式 示意 图 通 过对 建成后 的渠道 进行 观察 发 现 ，填 缝 材 料 有 裂缝 、鼓 胀现 象 ，部分 断裂 脱 落 。分 析原 因主要 是 由于沥青为热塑性材料 ，粘度 、延度随温度变化 而 变化 ，在储 运 和使 用过 程 中受 到 空气 、阳光 、气 温 、雨 水 和冰冻 等气 候 因素 的交 替作 用 ，特 别 是 高 温 加热 及 与水洗 砂相 互作 用 等 的影 响 ， 内部 产 生 复 杂 的物 理化 学变 化 ，导致 沥青 砂 浆 塑性 降低 ，脆 性 增加 ，性能不断恶化，因而逐步丧失使用功能。另 外 ，沥 青 现场加 热 时温度 较难 控 制 ，且 加 热沥 青 污 染 也严 重 ，沥青 加 热时 间越 长 ，将 来 老 化程 度 也 越 严重 ，这 一工 序控制 不好 ，导致 沥青 砂 浆 填缝 存 在 施 工 质量 隐患 。 2 2焦油 塑料胶 泥 塔 河 治理 项 目部分 渠道 采用 了焦 油 塑 料胶 泥 填 缝 的方法 ，由于该 材料 加热 后 呈稀 糊 状 ，灌 注斜 坡 时 ，材料 会 流淌 出来 ，不 易将缝 灌 满 ，对 板 面污 染 大 ，因此 施 工 难 度 大 ，施 工 缓 慢 ，质 量 难 以控 制 。 作者简介 ：喻少平( 1 9 6 9年一 ) ，男 ，高级工程师。 设 计施 工 水利规划与设计 2 0 1 5年第5 期 在垂直面和斜面上 由于温度稍高会 软化流失 ，材料 浪费也 大 ，故 没有 大范 围应 用 。由 于塑料 胶 泥 填 时 温度过高会造成背衬 材料变形 ，一般不 设背衬材 料 ，其结构型式如图 2所示。 焦油塑料胶泥 图 2焦 油 塑 料 胶 泥 填 缝 结 构 型 式 示 意 图 2 3 聚 氨酯 随着止水 填缝材料 的发展 ，塔河治 理项 目 自 2 0 0 7年大量 使用 了聚氨酯作 为填缝 材料 ，聚氨酯 填缝 几 乎成 了混 凝土板 渠 道设计 的标 准设 计 ， 目前 水利工程中采用的聚氨酯密封膏是以带有异氰酸酯 (一N o c ) 的化合物为主剂 ( 称为 A液 ) 和以胺类 为原 材 料 的固化 剂 ( 称 为 B液 ) 所 构 成 的 双 组 分 反 应 型 嵌 缝材 料 。 叶 城县 乌吉 热克 支渠 节水 改造 工程 等 一 大批 分 缝材料选用 了聚氨酯填缝 ，其 结构型式 如 图 3所 示 。聚氨酯密封膏具有常温作业 、可灌性好 、施工 方便 、高温不溢出 、低温不脆裂、止水效果好等优 点 。材 料 的物理 力学 指标 见表 1 。 表 1 聚氨酯防水材料的主要技术指标 序号 项 目 指标 1 拉伸强度( MP a ) 1 6 5 2 断裂伸长率( ) 3 5 0 3 低温柔性(一3 0 C) 无裂纹 4 不透水性( 0 3 Mp a m i n ) 无 渗漏 5 固含量( ) 9 4 6 适用时间 2 0 mi n粘度不大于 1 0 5 MP a 7 表干时间( h ) 4 8 实干时间( h ) 1 2 聚氨 酯 聚氨酯 图 3聚氨酯填缝 结构 型式 示意 图 施工及使用中要注意的主要的问题是在施工之 前 ，应用 简单 的方 法进 行粘 结试 验 ，以检查 密 封材 料及基层处理剂是否满足需求。试验时，以实际粘 结体或饰面试 件作粘结体 ，先 在其表 面贴塑料膜 条 ，再在 塑料 膜条 上涂 基层 处理 剂 ，然 后在 已涂基 层处 理剂 的塑料膜 条上 ，粘 贴条 状密 封 材料 ，置 于 现场 固化 。待 固化 后 ，用手 将密 封材 料 条揭 起 ，当 密封条拉伸直到破坏时，粘结面上仍 留有破坏的密 封材 料 时 ，则 可认 为 密封材 料 与基层 处 理剂 粘 结性 能合格。材料合格后使用基层处 理剂对嵌缝涂刷 。 使 用基层 处 理剂 的 目的是提 高 密封材 料 与粘 结 体 之 间的粘结 性 ，对 表面 疏松 、强度 低 的粘 结 体 ，基层 处理剂渗透进去 ，还可提高基层强度 ，并可防止水 泥 砂浆 中的碱性 成分 的析 出 。工程 采用 的基层 处 理 剂 为一 般 为二 甲苯 。基层 处理 剂干燥 后 应 立 即嵌 填 密 封材 料 ，干燥 时 间一般 为 2 0 6 0 m i n 。 聚氨酯 作 填缝 时，嵌 缝 的宽度 控 制 为 2 0 4 0 m m，深度为宽度的 0 50 7倍。施工时必须把 甲、乙组分按规定配合 比准确计量 ，并充分搅拌均 匀后才 能使用。配料时 ，甲、乙组分应 按重 量 比 1 ： 3 准确 称 量 ，然 后 倒 人 容 器 内进 行 搅 拌 。人 工 搅 拌时用腻子刀充分混合均匀 ，搅拌过程中，应 防止 空气混入。采用机械搅拌应选用功率大 、旋转速度 慢 的机 械 ，以免 卷 入空气 。搅 拌直 至 色泽 均 匀一 致 为度 。为 节省投 资 常填 背衬 材料 ，背 衬材 料 是填 在 密封 材料 底部 的 。背衬材 料 一般采 用 聚 乙烯 泡沫 塑 料条。在填塞时 ，圆形的背衬材料其直径应大于接 缝宽 度 1 2 ram左 右 ，由于 接缝 尺 寸施 工 时难 免 有 一 些误 差 ，不 可 能 完 全 与 要 求 的形 状 相 一 致 。 因 此 ，在选 用背 衬 材 料 时 ，要 备 用 多 种 规 格 的 背 衬 条 ，供施工时选用。 2 4聚氨 酯砂 浆 聚氨 酯 防水 涂 料 由 A组 分 主剂 和 B组 分 副 剂 组成 。聚 氨 酯 A 组 与 B组 按 重 量 1 ： 2 比例 精 确 计 量 ，在拌料桶 中充分搅拌均匀 ，将拌好 的聚氨酯和 干砂按重量比 4 ： 6比例配合 ，并充分搅拌均匀后 即 可使 用 。填缝 结构 型式 如 图 4所示 。 图 4 聚氨酯砂 浆填缝结构型式示意 图 93 商 强 耘 2 0 1 5年第 5期 水利规划与设计 设 计施 工 该材 料柔 性 变形 和粘结 能力 强 ，与混 凝 土板 粘 结牢 固。沥青砂浆虽然造价低 ，但延伸度小 、脆性 大 ，在负 温下 极 易与混 凝 土板拉 开 和 断裂 。聚氨 酯 砂 浆虽 然造 价 略 高 ，但 能 常温 操 作 、高 温 不 发 粘 、 低温不发脆 、粘结强度大 ，具有较好 的密封性 ( 防 止粉细砂进人缝 内) 、防水性 、可灌性 ，耐热、耐 寒 、耐 老化 ，在 严寒 和高 热地 区均 可使 用 ，且 无毒 无 污染 ，绿 色环 保 ，有利 于 水质 和 环境 保护 。经综 合 比较 ，聚氨酯 砂 浆具有 很 高 的性 价 比 ，工 程 效 益 明显 。 由于其造 价 相对 聚氨 酯更 低 ，聚 氨酯 砂 浆填 缝 已成 为 最常 用 的填缝 材料 。 3 结 语 一 些 发达 国家非 常重视 伸缩 缝 的 质量 ，有 些 工 程伸 缩缝 的造 价 甚 至 超 过 了 渠 道 工 程本 身 的 造 价 。 目前美国多采用弹性人造橡胶 、聚氯乙烯止水带作 伸缩缝止水材料 ，日本多采用止水板 、弹性密封胶 等作为填缝材料 。衬砌渠道伸缩缝 中用填缝密封止 水材料除了要求具有一定 的防渗性能外 ，还必须具 有较好 的 耐热性 和抗 冻性 ，以保证 其 在 高 温 时不 流 淌或 被挤 出 ，低 温 时不 开裂 ，另 外还 必 须 与混 凝 土 基面 有 良好 的粘结 ，以保 证 在变 形 时粘 结 面不 被 拉 开。通过不断的工程实践 ，塔河流域防渗渠道采用 以聚氨 酯 砂 浆 嵌 缝 密 封 止 水 ， 闭 孔 板 作 为 基 底 材 料 。 参 考 文献 1 王世玉等防渗渠道伸缩 缝填 缝材料 选择 J 水利 建设 与管 理 ， 2 0 0 6 ( 0 9 ) 2 黄金胜 ，王卫寒冷地 区混凝土 防渗渠道伸 缩缝材 料选择 与工 艺 J 中国农村水利水 电 ， 2 0 0 1 ( 0 7 ) 3 匡成荣 ，沈波 混凝土 防渗渠道伸缩缝填料 及其施工工 艺 J 中国农村水利水 电，1 9 9 9 ( 0 4 ) 4李敬玮 ，韩本正新 型防渗渠道伸缩缝填缝材料 J 水利与建 筑工程学报 ， 2 0 0 5 ( 0 6) ( 上 接第 6 6页 ) 3 3 绝缘密封面止水 问题 的解决措施 密 封 面采 用 通 常 的 P C C P承插 式 接 口进 行 止水 ( 如 图 4所 示 ) ，通常 的 P C C P承插 式 接 口经 试 验 验 证 ，可承受 3 O MP a以上 的水压力，绝缘接头与通 常的 P C C P接 口相 比增加 了绝缘层 ，绝缘层附着在 承 口钢环 上 ，承 口钢环 经喷 砂 除锈 打 毛 ，锚 纹 深 度 要求在 6 0 m以上 ，保证绝缘层与承 V I 钢环结合 良 好 ，水密性能可以保证 。需要进行试验验证 的是采 用不 同性 质 、厚度 的绝 缘层 在水 压力 作 用 下绝 缘 电 阻是否能满足 电导通绝缘要求。 图 4绝 缘接头接 口密封示意图 4 应用效果 本成果已经在大伙房输水二期工程分支管线上 得到 了应 用 ，彻 底 解 决 了 P C C P管 道 阴极 保 护 的绝 缘件 的绝 缘 、密 封及 安 装 问题 。应 用验 证 本 成果 成 熟可靠 ，具有先进性、实用性和易于推广性的特点 ， 9 4 填补了国内该领域应用技术空 白，还将 在辽宁省重 点输水工程 3 0 8 k m的 P C C P输水管线上进行应用 。 5 结 论 通 过采 用 大 口径 P C C P管 线 承 插 式 绝 缘 接 头 ， 不但改善 了接 口的密封性 能 、绝缘性 能、耐 久性 能 ，而且 生 产 制 造 简 单 ，省 去 绝 缘 法 兰 及 附 属 设 施 ，提 高 了生产 和安 装功 效 ，大 幅度 的 降低 了工程 造 价 。另外 由于 绝缘 和 密封性 能 的提 高 ，大 幅度 的 减少了运行期间的维护工作 ，提高了供水质量。 本研究成果的应用与推广在显著提高 P C C P输 水 管 道工程 耐 久性 、满 足大 型工 程连 续 施 工 的要 求 以及 节约工 程 造价 等方 面做 出 了 巨大 的贡 献 ，具 有 较 大 的 间接经 济效 益 。 参 考文 献 1 乔裕民，侯仰增 ， 毕士君 ， 金晓鸿 P C C P管道外 防腐涂料消耗量 计算方法 的探讨 J 水利规划与设计 ， 2 o 1 3 ( 0 4 ) ： 5 9 6 1+ 7 7 2 赵新生 ，闫胜利 ， 付光峰接 地装置的腐蚀与 防腐措 施 J 水 利技术监督 。 2 0 0 5 ( 0 4) ： 8 1 - 8 3 3 江宁 ， 王 占华 ，张小 阳 ， 胡木生水工金属结构防腐蚀技术及行 业质量管理 发 展概 况 J 水 利技 术 监督 ， 2 O l O( 0 6 )：3 4 3 5 +7 6 4董建忠 ，赵志诚 ，叶卫合球 墨铸 铁管在 南水北 调配套 工程 中 的应 用 J 水利规划 与设计 ， 2 o 1 4 ( 0 8 ) ： 4 0 4 4 5 吴换营大流量 长距离输水工程 中大 口径管涵 的评析 J 水利 规划 与设计 ，2 0 0 7 ( 0 6 ) ： 5 9 6 2