遇水膨胀类止水材料的性能及其应用技术

遇水膨胀类止水材料的性能及其应用技术

朱祖熹陆明

[提要] 本文对遇水膨胀类止水材料的分类、命名、性能指标的确定进行了探索，对各类材料的应用技术予以介绍与研讨。

[关键词] 遇水膨胀性能止水材料应用技术

[Abstract] The classification nomenclature and performance index concerning water expansible water一stopping materials are discussed in this paper. In addition, their applications are introduced and studied as well.

Hydroexpansivity Water－stopping [Key words]

material Application technique

遇水膨胀类止水材料己越来越广泛地应用于地下工程中，然而工程实践的结果却不尽相同，甚至差别很大，究其原因是如何根据地下工程的特点，在工程的设计、施工中正确选择、合理应用遇水膨胀类止水材料的问题尚未完善解决。本文结合这几年在上海地铁一号线、二号线车站与区间隧道以及其它地下工程中的设计、试验与施工实践，联系所接触到的国内外数十种有关产品，将上述问题逐一研讨，并求教于专家与同行。

1 遇水膨胀类止水材料的分类与性能指标

1. 1分类

关于遇水膨胀类止水材料的分类，国内外尚未系统地区分过。我们可以按多种方式加以分类，如按材料中的遇水膨胀剂(或树脂)分，则有改性高钠基膨润土粒、丙烯酸钠(包括亲水性高分子化合物和交联丙烯酸钠复合的树脂)、聚乙烯醇、亲水性聚氨酯预聚体(由环氧乙烷或四氢呋喃水溶性聚醚与异氰酸酯反应所得)以及改性物等；也可按膨胀倍率分，则有低(50%~200%)、中(200%~350%)、高(350%以上)等倍率；按膨胀速率分，则有速膨胀型、缓膨胀型；也有按材料膨胀后的形态为离散型与非离散型。此外，也可按膨胀止水材料的规格型式分为：纸板(见图1)、毡状膜板、复合防水膜板、硫化膨胀橡胶类密封垫(包括与非膨胀橡胶复合型，见图2)、止水条(或止水圈)；还有衬入不锈钢网线或加设(包入)合成纤维层止水条等定型类材料；腻子条(片)、灌注密封胶等非定型类材料。笔者认为工程设计和应用，在提出遇水膨胀类止水材料性能指标的同时，注明规格型式较为必要。

1. 2 性能指标与检测方法

如上所述，遇水膨胀类材料尚无分类的标准，对地下工程防水止水用的遇水膨胀类材料的技术性能指标及其测试方法也未很好确定，即缺少国家、地方、行业的标准，严格地说，对各种遇水膨胀类材料的命名也较棍乱。笔者认为，由于它们的规格型式和膨胀前后的形态迥异，各类膨胀止水材料规定的技术性能的项目与指标也应有大的差别，对此需认真区分。下面试分成几种：1. 2. 1 橡胶和橡胶腻子类止水密封条

1.2.1.1 橡胶类

对于遇水膨胀类硫化型橡胶，除了要求普通橡胶的技术性能指

标如硬度、伸长率、扯断强度、恒定拉伸(或压缩)永久变形、老化系数及防霉等级外，还应有吸水膨胀倍率和能反映膨胀橡胶耐久性的指标(如膨胀前后硬度、扯断强度、伸长率的变化率，膨胀后的溶出物以及膨胀一干缩多次反复循环后膨胀率的变化)，其中吸水膨胀倍率无疑是重要的。

(1) 吸水膨胀倍率

吸水膨胀倍率确切的含义是在静水中的体积膨胀率：

蒸馏水在常温下的相对体积质量是1，因此通常可以用静水质量膨胀率(此为俗称，科学地称应为“质量吸水率”，这里暂且随俗)来反映其膨胀倍率特性，但就测试方法而言，按静水体积膨胀率检测更为合理）。

国外也有直接将膨胀前后体积之比作为数值来反映体积膨胀率的，这显然是不确切的，与国标中橡胶吸水率的含义相悖，容易造成指标确定上的混乱，故不应采纳。

应该指出，膨胀材料，尤其高膨胀倍率的膨胀材料，在电解质中的膨胀率都低于在纯水中的，具体变化值随膨胀树脂与电解质的不同而有差异。若工程所处地下水含盐量高(如海水)和含碱量高(水泥浆)时，在提出设计指标时就应考虑相应介质下的膨胀率。从图3和图4中可以得出，一种膨润土类止水条与一种硫化膨胀橡胶止水条在人造海水和水泥浆中膨胀倍率与在纯水中的区别。这

是在设计与施工中应充分注意的一个问题。

蒸馏水在常温下的相对体积质量是1，因此通常可以用静水质量膨胀率(此为俗称，科学地称应为“质量吸水率”，这里暂且随俗)来反映其膨胀倍率特性，但就测试方法而言，按静水体积膨胀率检测更为合理）。

国外也有直接将膨胀前后体积之比作为数值来反映体积膨胀率的，这显然是不确切的，与国标中橡胶吸水率的含义相悖，容易造成指标确定上的混乱，故不应采纳。

应该指出，膨胀材料，尤其高膨胀倍率的膨胀材料，在电解质中的膨胀率都低于在纯水中的，具体变化值随膨胀树脂与电解质的不同而有差异。若工程所处地下水含盐量高(如海水)和含碱量高(水泥浆)时，在提出设计指标时就应考虑相应介质下的膨胀率。从图3和图4中可以得出，一种膨润土类止水条与一种硫化膨胀橡胶止水条在人造海水和水泥浆中膨胀倍率与在纯水中的区别。这是在设计与施工中应充分注意的一个问题。

（2）膨胀后几种性能指标的变化率

考虑到膨胀橡胶膨胀后的技术性能及其变化非常重要，普遍关注随时间的性能变化，以真实地反映其耐久性。

以阿累尼乌斯( Arrhenius)理论2)为依据，通过热老化试验推断的应力松弛变化特性，进而推断使用寿命，作为橡胶耐久性的检测方法是妥当的。然而对于遇水膨胀橡胶而言，用它来判断耐久性是不可信的，原因是遇水膨胀橡胶实际上从一开始(14d后)就处J几膨胀状态，在这种状态与工程条件下使用数十年与未膨胀状态下使用数十年就根本不同。因此，试验人员试图以检测膨胀前后的硬度、扯断强度、延伸率的变化率来确定其耐久性，为此也做了许多试验，但实践表明，此类检测尽管理论上是可取的，实际应用并可靠，其原因是：

①因为以相同膨胀倍率为前提检测的数据才可靠，方能作相互比照。但即使同一组试件，在相同天后的膨胀率并相同；且人为控制膨胀率极不容易（如测膨胀率200%时材料的硬度，很难恰巧