新型GB止水防水材料及其在水利工程中的应用[1].pdf

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1、第 4卷第 1期防 渗 技 术Vol.4No.11998 年3 月Technique of Seepage PreventionMar.1998专题论述新型 GB 止水防水材料及其在水利工程中的应用鲁一晖贾金生于骁中陈肖蕾郝巨涛(中国水利水电科学研究院结构材料所)摘要简要论述了 GB 止水材料十多年来的应用情况,提出了水工建筑物柔性嵌缝材料的性能测试方法,对 GB 第二代止水系列产品的耐久性问题作了全面研究和测试,结合面板坝和其它水工建筑物的特点,提出了DK93 全封闭型橡胶止水带,DK94 止水带现场硫化接头仪及DK95 表层止水复合板和 DK96 表层止水复合板等新型产品,大量工程应用表明

2、,这些产品施工简便,价格便宜,止水效果好,便于推广应用。1GB 第二代止水系列产品及其适用性GB 及 GB 第二代产品均属橡胶类产品,并可以通过物理化学方法与橡胶,PVC 等复合为一体,具有良好的耐水性、耐化学性及耐老化性,极易加工成工程所需的各种形状,可广泛用于钢筋混凝土面板堆石坝、桥梁、地下工程、隧洞、给排水以及工业民用建筑物伸缩缝的止水材料,并且可以根据工程需要加工成不同尺寸的产品,且施工方便,价格便宜,便于运输,好保管,自 1982 年 GB 首次应用于浙江亭下水库大坝开始至今,先后在国内外近百座工程中大量应用,并陆续开发了GB 第二代系列产品,使这种应用更为广泛,GB 第二代系列产品

3、的特点及适用性简介如下。1.1DK93 全封闭型橡胶止水带DK93 全封闭型橡胶止水带是创新性产品。橡胶止水带比塑料止水带具有更好的耐寒性、变形性和抗老化性,但与塑料止水带、铜止水带相类似,易在混凝土与止水带之间形成渗漏通道。DK93 全封闭型橡胶止水带克服了铜止水、塑料止水及普通橡胶止水带的这一缺陷,避免了水通过混凝土与止水带之间发生绕渗的现象,提高了止水效果。结合十三陵工程曾做过模拟试验,证明水头达到 63m,面板接缝拉伸变位 30.8mm,剪切变位 37.5mm 时接缝不漏水,可见效果良好。该产品已大量用于十三陵、天荒坪、山西引黄入晋等面板坝和引水工程,DK93 全封闭型橡胶止水带见图

4、1。图 1DK93全封闭型橡胶止水带示意图1.2DK94 橡胶止水带现场硫化接头仪橡胶止水带因具有耐低温、耐老化、变形性能好而在水利工程中大量应用。尤其是钢筋混凝土面板坝,但止水带的接头一直是比较大 的隐患问题,为此我 们研制开 发了DK94 橡胶止水带现场硫化接头仪,见图2。该仪器具有体积小、重量轻、控制操作为数字 显 示,简 单 方 便,接 头 强 度 可 达 到70kg/cm2至 100kg/cm2,克服了一般方法处理的接头抗拉强度不足 30kg/cm2的缺陷。该产品已在十三陵、天荒坪、山西引黄入晋等工程中应用。图 2DK94橡胶止水带现场硫化接头仪1.3DK95 表层止水复合板三元乙丙

5、胶板是面板坝常用的表层盖板,具有良好的耐老化、耐高低温性能,指标为硬度 655,抗拉强度一般在 10MPa 左右,老化 系数 0.80,断裂 伸长 率 一般 为450%,厚度一般为5mm6mm。三元乙丙胶板由于自身刚度、硬度较大,很难与接缝处面板牢固粘接,因此影响面板坝表层止水效果,为此,我们利用 GB第二代产品的优良性能,在工厂进行复合,形成了新的产品即 DK95 表层止水复合板,并在十三陵工程中施工应用,共用了 2 万多米,仿真模拟试验表明,DK95 复合板可以适合面板坝接缝止水要求,可以单独作为表层止水,并可用于渡槽等建筑物表层裂缝处理。1.4DK96 表层止水复合板PVC 土工膜防水卷

6、材是聚乙烯经过氯化改性制成的新型树脂一氯化聚乙烯树脂,具有良好的耐候性、耐臭性、耐热老化性,还有良好的耐油性及阻燃性,一般抗拉强度在10MPa以上,断裂伸长率 220%,一般为进口生产线生产,质量稳定可靠,且价格便宜。2防渗技术第 4 卷40cm 宽,1.2mm 厚,每延长米仅 14 元左右。结合十三陵西北坡周边缝局部被冰撞坏的情况,我们解决了 PVC 土工膜与 GB 第二代产品的复合问题,形成了 DK96 表层止水复合板,成功地修复了周边缝,后又用于面板坝裂缝处理,效果良好,见图 3。DK96 复合板可用作面板坝表层盖板,可用于面板坝等水工建筑物的裂缝处理,具有简单易行、价格便宜的优点,目前

7、已用于小山、葛洲坝船闸和天生桥趾板上。图 3DK96与GB1止水板材联合处理面板裂缝示意图1.5GB1 止水板材GB1 止水板材是 GB第二代的代表产品之一,性能指标见表 4、表 5,与传统 GB 相比,进一步优化了配方,使加工、施工均较方便,可以做成宽幅卷材,有利于工程应用,便于工期紧时赶施工进度。GB1 止水板可以与 DK95、DK96 表层止水复合板联合应用,共同作为面板坝的表层止水或裂缝处理措施,见图 3。该产品可以做成 2mm 到 7mm厚的多种规格,宽度可以是 5cm40cm 的任何值。GB1 止水板自开发以来,已应用近 3万多米。1.6GB2 止水条GB2 止水条是 GB 第二代

8、的代表产品之一,性能指标见第三部分,该产品是针对引水工程和地下工程而开发的,比工程上常用的其它止水条具有明显的优越性,而且价格低得多,施工也简便。断面规格有 2cm3cm、4cm6cm、1cm4cm 等,并可按工程要求加工成任何形状。该产品自开发以来,已在引大入秦盘道岭隧洞伸缩缝修补(1500m)工程,引滦入津地下隧洞伸缩缝修补工程(近万米),引黄入晋工程(近 4 万米)等工程中大量应用,得到设计、施工等单位好评。1.7GB3 嵌缝材料GB3 嵌缝材料是针对面板坝止水特点开发的,目前正在大量试验研究,该产品价格低,每吨不超过 1 万元,水压下流动性好,塑性好,作为嵌缝材料,预计将在面板坝中得到

9、广泛应用。2GB 第二代止水条系列产品力学性能及耐久性试验结果2.1GB第二代产品性能指标2.2GB1 止水板常温及低温力学性能测试结果GB1 止水板测试结果见表 2、表 3。3第 1期鲁一晖等新型GB止水防水材料及其在水利工程中的应用表 1GB 胶性能指标数据测试项目控制指标备注耐水耐化学性水3%饱和氢氧化钙溶液3%10%氯化钠溶液3%GB材料在三种溶液中浸五个月后重量变化百分率抗拉伸性能常温抗拉强度(MPa)0.05断裂伸长率 800%-30抗拉强度(MPa)0.7断裂伸长率 800%比重 1.15自然老化在自然条件下暴露一年不变质环境保护属橡胶类产品无毒、无污染流淌性能60、75 倾角、

10、48 小时不流淌表 2GB1止水板常温抗拉强度、断裂伸长率测试结果编号GB 胶截面积(cm2)工作标距(mm)变形量(mm)初始值 最终值最大荷载值(N)抗拉强度fl(MPa)fl(MPa)断裂伸长率?(%)?(%)备注15.04.54305121430.06424.94.14926001300.06535.04.34226001250.0580.062 1191 1220 1424 1278GB胶因自重断裂到试验机量程后,GB胶因自重断裂。到试验机量程后,GB胶因自重断裂。试验温度:201。表 3GB1 止水板-30抗拉强度、断裂伸长率测试结果编号GB 胶截面积(cm2)工作标距(mm)变形

11、量(mm)初始值 最终值最大荷载值(N)抗拉强度fl(MPa)fl(MPa)断裂伸长率?(%)?(%)备注15.04.542058021311.0225.04.447060018030.8234.94.740060022000.960.93 1381 1277 1500 1386拉伸过程中试件脱开模具,GB 胶未断。到试验机量程,GB胶未断。到试验机量程,GB胶未断。试验温度:-30。4防渗技术第 4 卷2.3GB2 止水条常温及低温力学性能测试结果GB2 止水条测试结果见表 4、表 5。表 4GB2止水条常温抗拉强度、断裂伸长率测试结果编号GB 胶截面积(cm2)工作标距(mm)变形量(mm

12、)初始值 最终值最大荷载值(N)抗拉强度fl(MPa)fl(MPa)断裂伸长率?(%)?(%)备注15.05.24106001680.06524.84.93306001700.07235.24.73406001630.0670.068 1463 1818 1765 1682到试验机量程后,GB 胶未断。到试验机量程后,GB 胶未断。到试验机量程后,GB 胶未断。试验温度:201。表 5GB2 止水条-30抗拉强度、断裂伸长率测试结果编号GB 胶截面积(cm2)工作标距(mm)变形量(mm)初始值 最终值最大荷载值(N)抗拉强度fl(MPa)fl(MPa)断裂伸长率?(%)?(%)备注14.84

13、.143044333601.7124.94.848049032381.3834.94.847050334051.451.511030 1021 1070 1040GB胶被拉断。试件脱离模具,GB 胶未断。试件脱离模具,GB 胶未断。试验温度:-30。2.4GB第二代产品四个月耐水耐化学性测试结果表 6GB 胶浸泡于蒸馏水中的测试结果序号增重率(%)第一个月第二个月第三个月第四个月1+0.28+0.34+0.36+0.522+0.22+0.29+0.32+0.463+0.22+0.28+0.30+0.434+0.23+0.29+0.35+0.555+0.23+0.29+0.33+0.45平均值+

14、0.24+0.30+0.33+0.485第 1期鲁一晖等新型GB止水防水材料及其在水利工程中的应用表 7GB 胶浸泡于十三陵水库中的测试结果序号增重率(%)第一个月第二个月第三个月第四个月1+0.23+0.35+0.44+0.522+0.26+0.38+0.48+0.583+0.35+0.48+0.59+0.724+0.30+0.44+0.54+0.685+0.27+0.38+0.46+0.58平均值+0.28+0.41+0.50+0.62表 8GB 胶浸泡于饱和 Ca(OH)2溶液中的测试结果序号增重率(%)第一个月第二个月第三个月第四个月1+0.19+0.37+0.50+0.672+0.2

15、1+0.43+0.65+0.883+0.19+0.37+0.51+0.704+0.19+0.35+0.47+0.605+0.21+0.40+0.53+0.69平均值+0.20+0.38+0.53+0.71表 9GB胶浸泡于 10%NaCl溶液中的测试结果序号增重率(%)第一个月第二个月第三个月第四个月1+0.20+0.35+0.34+0.922+0.21+0.34+0.31+0.753+0.20+0.30+0.28+0.864+0.20+0.32+0.29+0.685+0.20+0.31+0.33+0.68平均值+0.20+0.32+0.31+0.782.5GB 第二代产品与老混凝土的粘结强度

16、与止水模拟试验结果为使 GB起到可靠的止水作用,它必须与混凝土粘结牢固,在 GB产品受拉变形时,粘结面在各种情况下均不能脱开,试验和工程应用表明,GB 第二代产品与老混凝土的粘接是可靠的,粘接强度是足够的。测试试件见图 4。6防渗技术第 4 卷图 4GB 第二代产品与老混凝土的粘结强度测试试件300次冻融循坏后荷载与拉伸变位关系见图 5。图 5测试试件 300次冻融循环后荷载与拉伸变位关系GB1 产品与混凝土粘结后泡水三个月后荷载与拉伸变位关系见图 6。图 6GB1 产品与混凝土粘接后泡水三个月后荷载与拉伸变位关系7第 1期鲁一晖等新型GB止水防水材料及其在水利工程中的应用GB1 产品与混凝土

17、粘结后在-30情况下荷载与拉伸变位关系见图 7。图 7GB1 产品与混凝土粘接后在-30情况下荷载与拉伸变位关系综上所述,GB 第二代产品经耐水、耐化学、低温、泡水等各种试验和工程实践证明,作为止水材料是十分可靠的,在耐久性方面没有任何问题。3新型 GB 止水防水材料的工程应用实例下面介绍几个新型 GB止水材料的工程应用。3.1十三陵工程十三陵上池采用全池防渗,防渗面积17.5 万 m2,主坝轴线最大坝高 75m,池坡比为 11.5。上池工作水深 35m,正常运行时,水位日变幅一般为 20 多米。周边缝、伸缩缝有 2 万多米、最高气温为 40.3,最低气温-19.6,极限温差近 60。为做好接

18、缝止水,设计、施工、科研等单位做了大量工作,底部采用铜止水,中部采用 DK93 全封闭型橡胶止水带,表层嵌缝采用 GB3 密封胶,表层止水采用 DK95 复合板,最外部采用不锈钢盖板做保护以防止冰撞击破坏。试验研究 表明,这 种形式的表 层止水结 构在0.40MPa水压作用下,同时接缝发生 5mm开度的情况下可以起到止水的作用。十三陵工程 1995 年 8 月竣工蓄水,1996 年春节前后,曾因冰撞击导致西北坡局部周边缝破坏发生漏水,1996 年 3 月对总计 46m 长的面板自身裂缝采用 GB1 板与 DK96 表层止水复合板相结合的修补方案,方案中 GB1板规格为 5mm 厚,20cm 宽

19、,效果很好。上池目前已经过两个冬季运行考验,除进水口(原用塑料止水带止水并且施工时曾发生过着火事故)局部有渗漏水(目前只有 3L/s,远小于设计允许值)外,800 多个排水管均测不到渗漏点,观测廊道绝大部分是干的,1997 年 7月测得上池总漏水量仅为 3L/s,防渗止水效果是十分理想的。3.2引滦入津暗渠工程引滦入津线路在尔王庄以下为明、暗渠输水,其中暗渠长 26km,按二级水工建筑物设计,选用双孔 3.35m3.35m 钢筋混凝土8防渗技术第 4 卷箱 涵,设 计 流量 19.1m3/s,混 凝 土 壁 厚0.4m。暗渠箱涵每节长度为 20m25m,节间连接部位设有结构伸缩缝。缝中设中部塑

20、料止水带和临水表面粘贴橡胶止水板两道止水。双孔涵管的中间隔墙仅设置沥青木丝板填料。整个暗渠经 12 年运行,部分地段渗漏严重,输水糙率系数过大,严重影响了供水的可靠性。经过对六家施工单位所做的现场施工试验的综合评定,工程最后选定了中国水科院结构所的以 GB 第二代止水条进行嵌缝处理为主的施工方案。引滦暗渠采用分段修补,一段修补好后立即投入输水运行。经工程管理处监测输水效果良好,漏水量明显减小,保证了输水渠道的正常使用。3.3引大入秦总干渠盘道岭隧洞甘肃省引大入秦总干渠盘道岭隧洞16.72km,含水地区约 5.37km,隧洞二次衬砌混凝土的环向施工缝嵌填处理是工程遗留项目,经过调查发现部分洞段环

21、向施工缝有明显漏水、渗水现象。根据指挥部设计要求,采取沿缝凿槽,槽内嵌填 GB 胶止水材料,以达到防渗止水的设计要求。首先,采用混凝土切割机和日立电锤开凿 V 型槽,施工缝要卧于 V 型槽的底部不得偏向一侧,V 型槽的尺寸为宽深=7cm6.5cm,开槽后用清洁的压力水冲净槽面。清洗干净后首先涂刷两层新老混凝土接合剂。最后嵌填 GB胶嵌缝止水材料,然后是高标号水泥砂浆找平层。3.4西北口混凝土面板坝主要用作面板坝周边缝嵌缝止水,曾应用于西北口混凝土面板坝周边缝。西北口混凝土面板坝位于湖北宜昌黄柏河上,坝高95m,面板面积为 27900m2,坝坡为 11.4。缝宽 12mm,缝中填以沥青浸渍木板,

22、顶部为用薄钢板遮盖的 GB3 嵌缝止水材料。中部为“J”型塑料止水带,底部为 F 型铜止水。大坝自 1990 年开始蓄水以后,面板接缝工作正常。A New GB Sealant and WaterproofingMaterial and Its Application in WaterConservaney ProjectLu YihuiJia JinshengYu XiaozhongChen XiaoleiHao JutaoAbstract Through expounding the application of GB sealant in the past ten years,a way

23、 totest the function of joint filling material used in hydraulic structure is stated,and the dura-bility of GB series products of the second generation was studied and tested in a full scale.According to the charactoristics of concrete face dam and other hydraulic structure,somenew products are prod

24、uced,such as DK-93 wholly sealed sealing rubber strip,vulcaniza-tion of joint equipment with DK-94 sealing strip,DK-95 and DK-96 seal complicatedplate of surface stratum.T hese new products have been proved to have the following bene-fits:easy construction,low price,good effect of sealing water and be easy of application anddissemination.9第 1期鲁一晖等新型GB止水防水材料及其在水利工程中的应用