遇水膨胀橡胶止水材料的性能及其使用方法

遇水膨胀橡胶止水材料的性能及其使用方法

一、遇水膨胀橡胶止水材料的应用

橡胶类材料的应用

遇水膨胀橡胶和橡胶腻子的区别，在于前者已经硫化处理，而后者未经硫化处理。

膨胀橡胶的应用

膨胀橡胶按其体积膨胀率有低、中、高之分。中、低膨胀率橡胶应用范围较广，其膨胀率虽不高，但因膨胀后的扯断强度、伸长率等技术参数相对变化较小，且外形保持良好，故适用于制作各种形状的橡胶产品，可应用于多种场合，使用限制条件较少。高膨胀率橡胶因其膨胀倍率要求较高，故橡胶中的添加料较多，有的扯断强度高了，但延伸率与压缩回弹等性能参数明显下降，适用于对橡胶本体拉伸无较高要求，但初期膨胀能力需较大的场合，如在延安东路复线隧道中管片注浆孔密封用的塞子，即采用了高膨胀率橡胶。国外有报道6倍膨胀率的橡胶密封垫，用于埋深较深的地下工程，如英法海峡隧道。台湾地铁工程中也有采用高膨胀的橡胶密封垫的实例。笔者认为，高膨胀率橡胶必须在充分确认其耐久性的基础上方可使用。另外，在不同的接缝张开情况下，相应选取不同膨胀率的橡胶十分重要。在计算接缝张开一定量的水密性时，必须留有较大的余量，即须保持较大的压密量、充足的膨胀密封反力才可做到防水、止水。

膨胀橡胶大量应用于盾构法区间隧道管片上所设置的弹性密封垫表面。以往弹性密封垫主要通过其独特的断面构造形式，经管片面与面的压紧，把弹性密封垫压入管片上所开设的沟槽内，使其产生相应的回弹力来达到密闭止水的目的。通常弹性密封垫的材质为氯丁橡胶，随着地铁区间隧道防水要求不断提高，近年来大量采用了在弹性密封垫表面加覆膨胀橡胶的方法，即在橡胶产品生产过程中，氯丁橡胶与膨胀橡胶经过相同的工艺流程，即硫化挤出成型。这样，使弹性密封垫拥有了压密止水、膨胀止水双重功效，保证了弹性密封垫即使在管片面与面之间产生较大接缝张开量，依靠橡胶压密无法完全止水(包括长期压缩下的密封垫应力松弛)的情况下，膨胀橡胶遇水产生体积膨胀，从而达到止水的目的。

目前采用的盾构隧道管片接缝弹性密封垫断面构造形式如图10所示。A型密封垫为梯形构造，其底部易与沟槽匹配固定。B型、C型密封垫为梳形构造，其区别在于膨胀橡胶复合方式不同。C型膨胀橡胶为全平面式复合，其初期膨胀力较大，对管片拼装后就有渗水现象的接缝较适合。B型密封垫是在C型基础上改进而成的，其膨胀橡胶以嵌入方式与氯丁橡胶复合，当其遇水开始膨胀时，因其两侧氯丁橡胶的牵制作用，初期膨胀能力不大，膨胀力的释放较缓慢。国外有试验表明，在充分压缩状态下膨胀力的升高缓慢，其峰值要在数月乃至近1年后达到，其后期膨胀力的发挥较理想，保证了结构沉降变形造成接缝张开后仍有良好的止水效果。

同时，全部以膨胀橡胶制成的弹性密封垫也有较多的应用实例，如广州地铁区间隧道、上海的多条电缆隧道等。此种密封垫断面尺寸相对较小，除了降低造价外，也无管片角部受剪切力过大而被损坏之虞，又由于膨胀能力大，尤其是后期膨胀能力对管片接缝止水产生明显的效果(图11)。

顶管施工在许多地区有较广泛的应用，而管节的钢套环与管节混凝土间的密封防水至关重要。采取沿钢套环基面焊两根一定间距的圆钢，圆钢间设置一断面为矩形的膨胀橡胶条(圆钢起了定位与控制膨胀双重作用)，这样钢套环与混凝土间的接缝防水就有了可靠的保证(图12)。

螺栓的密封圈近年来也采用膨胀橡胶作为主要制作材料。通过螺栓的拧紧，使密封圈与呈梯形的螺孔端口紧密相贴，当水沿螺孔渗出，与膨胀橡胶发生反应，橡胶膨胀即可止水。模板拉杆上的止水圈，以膨胀橡胶圈替代传统的止水钢板，省却了焊接工艺，给施工带来便利。

无论施工缝还是变形缝，一般均采用止水带作为接缝主要防水材料之一，它通过与混凝土的紧密结合，以延长渗水路径的方式来起到止水效果。生产商已开发了一种新型止水带，即在止水带的齿牙上复合膨胀橡胶，使水沿止水带周边流动时，因膨胀橡胶遇水膨胀，堵塞渗水通道，从而使单一的防水材料演变出双重止水、防水的功效(图13)。但由于预膨胀问题，复合加工制作及细微空隙难胀实等问题的存在，对其应用前景尚需考察。

在变形缝的防水设计中，也有采用膨胀橡胶与氯丁橡胶组成的复合橡胶作为防水材料。此时一般与其它防水材料(如密封膏等)结合使用，以达到多道设防、综合止水的目的。通常取一断面为矩形、宽度略大于变形缝缝宽的复合橡胶条设置于缝的内侧，既可以作为主要防水线，也可作为止水带的辅助防水设施，待二次混凝土浇捣后，使其两侧面的膨胀橡胶处于受压状态，若遇水即膨胀堵塞变形缝中的渗水通道(对于这种做法的功效，防水界的看法尚有差别，现列上，聊备一格)。变形缝出现渗漏时，同样，在注浆堵水的同时采用复合橡胶条作为主要止水材料，是补充措施之一。在沿渗漏处凿开的槽口底部紧贴基面设置橡胶条，然后以氯丁水泥砂浆封填槽口，这样使橡胶条处地一紧密有限的空间内，可充分发挥其膨胀止水的功效，又不至于将封缝的氯丁胶乳水泥砂浆顶出(图14)。其局限是变形缝缝隙应较规则，且原PE板容易剔除才行。故此方法需视条件实施。

2. 1. 2橡胶腻于的应用

盾构法区间隧道管片间的嵌缝材料以橡胶腻子为主。腻子条设置于呈“Z”字型的塑料控膨材料上，左右两条腻子条与嵌缝槽的侧面紧密相贴，嵌缝槽口以氯丁水泥砂浆封闭，即构成一完整的嵌缝防水体系。

同时，橡胶腻子也可作为拉杆、螺栓的密封圈或施工缝止水条。

近年来，台湾等地生产商开发出新型的嵌缝用单组分密封胶类遇水膨胀腻子产品，其主要成分多为聚氨酯型，可在潮湿面施工。在采用嵌缝枪将其注入嵌缝槽后，腻子与空气中的潮汽接触变为软橡胶般的弹性体材料，然后用增韧型环氧胶泥或氯丁泥砂浆封闭嵌缝槽口。若地下水沿管片接缝渗入嵌缝槽内，腻子遇水会迅速膨胀，封闭渗水通道，从而保证嵌缝槽无渗漏(图15)。由于采用嵌缝枪灌注作业，此材料尤其适用于外形构造复杂、作业困难的场合，替代膨润土止水条作为施工缝防水材料。

2. 2膨润土类止水条、膜的应用

2. 2. 1膨润土止水条

膨润土止水条一般称为遇水膨胀腻子条，是以膨润土为主要原料的防水材料，与膨胀橡胶相比，其拥有良好的柔韧性，可随基面的起伏而设置，能始终保持与基面紧密相贴，主要应用于施工缝处。施工缝又可分为两种情况，一种可设置预留槽，另一种无法设置预留槽。如选用断面尺寸为300mm ×12 mm的遇水膨胀腻子条设置于预留槽处，腻子条的大部分体积处于槽内，这样可保证二次混凝土浇捣时，腻子条不会被冲至槽外，同时又可满足膨胀止水的要求。在施工中，预留槽的成槽方法为：在首次混凝土浇捣前，将涂有脱模剂的硬木条或塑料条设置于成槽位置，然后浇捣混凝土，待混凝土初凝时，将条子剔出即形成预留槽。然后在二次混凝土浇捣前，腻子条辅以粘接剂粘合于预留槽内，再进行混凝土施工。不设预留槽而找平粘结处的缝面，以固定腻子条，不是一个好办法。因为，找平层会形成假缝，渗漏水有从原缝与找平层接合面流出的可能。

水平施工缝设置预留槽后，因其位置水平，易造成槽内积水。故在施工缝凿毛时，应避开沟槽，在其两边凿毛，使沟槽突出于凿毛面，这样可较大程度地减小槽内积水的可能，以免遇水膨胀腻子条预先膨胀(图16)。

若结构表面事先未预留沟槽，需采取以木塞和粘接剂相结合的方法来固定腻子条。首先在原结构表面每30 cm钻一孔，然后击入木塞，木塞而与混凝土面保持齐平，接着把涂有粘接剂的腻子条用钉子固定于木塞上，同时紧压腻子条，使其与混凝土而紧密相贴未预留沟槽情况下，水平面的腻子条设置相对较容易，故仍采用300 mm × 12 mm的断面形式。而垂直面腻子条的固定较难，加上其自重的原因，施工时易产生垂挂现象，特别在盛暑高温天气，更易产生下坠，故此处腻子条的断面形式采用300mm×6mm(见图17)。因此，目前在有些工程中采用300 mm X 20 mm、甚至50mmX30mm的断面是不够合理的。总之，腻子条断面尺寸不宜太大，扁而薄的截面不仅利于固定，不易被混凝土浇捣所冲落，且膨胀密封止水其尺寸也已足够。

据施工现场反映，垂直面的腻子条难以粘接固定。经分析，是由粘接剂的使用不当所致的。一般而言，粘接剂涂抹至腻子条粘接面后，须等到粘接剂以乎触摸无粘乎感觉时，才可将腻子条与基面粘合。若不然，粘接效果将大打折扣。

另外，某些施工缝过早设置腻子条，使腻子条暴露时间过长，预先膨胀的可能性增大，从而导致后期膨胀能力的不足，因此腻子条的设置时间应尽量与二次混凝土浇捣时间接近，这在施工中也应充分强调。此外，涂抹或浸渍缓膨胀剂于其表面也是常用的方法(后有介绍)。

目前，国外研制出了缓膨胀型的遇水膨胀腻子条。此种腻子条在生产过程中即加入了缓膨胀成分。其遇水后，也开始膨胀，但最初膨胀能力有限，一般在2周内只达到其最大膨胀率的50%左右，从而为后期膨胀提供了一定的空间。同时，此种腻子条膨胀后呈离散状态，离散后的颗粒会钻入渗水的缝隙中，起到止水堵水的作用。缓膨胀型腻子条施工方便，无需辅以其它配套产品，且不存在如非缓膨胀型腻子条因施工时外形变化，而使缓膨胀剂涂层受到破坏的问题。因此，其在今后的施工应用中会有更大的发展。

穿墙管与混凝土间的接缝也是易形成渗水通道的地方，因此，管道的圆形基面，采用可与基面紧密相贴、柔韧性好的遇水膨胀腻子条是较好的选择(图18)。

BW膨润土防水膜