論隧道防水與材料選用

2019-11-18

要：本文分析了高分子自粘卷材采用預鋪反粘工法給隧道防水帶來的本質的變化；分析了瀝青如何在砂漿中作起到了防水防腐的雙重功效。

一、引言

在我國基礎設施建設中地鐵隧道、高鐵隧道、南水北調隧道、高速公路隧道遍布全國各地，隨著一帶一路的步伐我國的隧道工程也走出了國門。隧道防水技術的研究也在向深度和廣度發展。

隧道的修建方式分為盾構法、礦山法以及沉管法，其施工方式的差異決定其防水技術方案的不同，如盾構隧道防水分為五個部分：管片自防水、管片接縫防水、管片外防水、隧道接口防水、聯絡通道防水；沉管隧道其防水技術重點則是沉管本身的防水，以及管段接頭的防水；我們今天討論礦山隧道防水。

二、隧道施工防水卷材（片材）的選用

1、防水片材

《地下工程防水技術規范》對于防水混凝土結構4.1.7（2）中這樣描述“裂縫寬度不得大于0.2mm，并不得貫通”。這樣的微裂縫對防水有多大影響呢？我們知道在肉眼可見的裂縫范圍0.005mm內，水分子可以任意穿梭。由此可見防水層在地下建筑物主體結構以外的構造層次中，其作用之重要是首位的。隧道工程設計使用年限一般為70-100年。在不受大氣、臭氧、紫外線侵蝕的情況下在水中不降解是高分子片材(如HDPE、EVA、PVC)耐久、防腐性能的體現。這也是我國隧道防水選用高分子片材的原因之一。

一般常見的防水系統組成為：二次襯砌與初期支護之間鋪設一層1.2mm厚高分子防水板+無紡布；模筑襯砌采用C30混凝土，抗滲強度不小于S8；施工縫、變形縫分別設置帶注漿管止水條、橡膠止水帶進行止水。

采用高分子片材做隧道全外包防水的缺陷是什么？　

如鋪設圖所見：防水片材與二次襯砌混凝土之間無任何粘合的條件，這就形成了互無關系的“空鋪”。當高分子片材防水層任何一個局部破損或接縫不密實而造成的漏水，都會導致蔓延到主結構的每一個地方，導致結構的薄弱環節成為水的通道而造成“異地”漏水，無法得知原漏水點在哪？結果就是：整個工程被一個點的漏水所傷害。顯然這樣的防水是失敗的。

2、預鋪反粘高分子自粘膠膜防水卷材

在CECS 370：2014《隧道工程防水技術規范》5.2.9節有這樣一段話：在隧道工程中應優先選用能與現澆混凝土直接粘結，且有良好施工性能的預鋪防水卷材，其性能指標應符合現行國家標準《預鋪/濕鋪防水卷材》GB/T23457（1）規定。

在GB50108—2008《地下防水技術規范》第118頁第3部分對高分子自粘膠膜防水卷材這樣描述“該卷材系在一定厚度的高密度聚乙烯膜面上涂覆一層高分子膠料復合制成的一種自粘性防水卷材，歸類于高分子防水卷材復合片中樹脂類品種（FS2），其特點是具有較高的斷裂拉伸強度和撕裂強度，膠膜的耐水性好，一、二級的防水工程單層使用也能達到防水要求，采用預鋪反粘法施工，由卷材表面與結構混凝土發生粘結作用。”

高分子自粘膠膜防水卷材產品結構圖

各結構層特點：

--高分子層：提供了高強力、高延伸、抗沖擊、抗霉菌、使用壽命長的性能；

--自粘層：熱熔膠在混凝土澆筑時受壓合、水化熱雙重作用而誘發出粘性，與混凝土牢牢粘結在一起，卷材如同混凝土的皮膚，防水層與主體結構間不竄水、不滲水。

--防粘層：保護處于粘彈態的熱熔膠層不被環境所傷害，使其在混凝土澆筑時發揮良好的粘結力，同時為工人提供施工方便。

2.1材料性能：

產品執行GB/T 23457-2017《預鋪防水卷材》國家標準中P類要求（表2-1）。

2.2可焊接預鋪反粘卷材在隧道防水中的應用

2.2.1 背部（焊接）吊帶卷材的施工

該產品的特點所有吊帶都在工廠預制而成，極大程度的保證了卷材焊點的安全。現場吊鋪過程卷材整體沒有受到一個釘孔傷害，保證了防水層的完整性，提高了防水的安全性。

卷材準備：

經過對砂面卷材自重、焊接點的強度等數值的計算，確定焊帶的數量，并將條形帶均勻分布在卷材背面（2）。

基層處理：

先切除初期支護表面的外露錨桿頭，并用聚合物防水砂漿將其包裹，對于凸凹不平處用防水砂漿抹平后，通過防水作業臺架從拱部向兩側依次用水泥釘將高分子墊片（3）固定無紡布。

卷材鋪設：

用射釘槍依次將卷材背部焊接的條形帶固定在預先安置的墊片上。

鋼筋綁扎：

鋼筋綁扎過程避免鋼筋頭對防水卷材的劃傷、撞傷。

混凝土澆筑：

混凝土的密實情況決定卷材和混凝土界面的壓合力，混凝土給卷材的壓合力均勻時，卷材和混凝土結為一體，當外破壞力大于卷材膠層內聚力時，膠層從中間被分開而結構仍然被膠層所裹覆。效果如下圖所示：

三、TWE200聚合物水泥砂漿

3.1地下水質分析

根據GB50487-2008《水利水電工程地質勘察規范》，PH值小于6即為對混凝土有腐蝕，在我國許多地下都具有腐蝕性，也就是說各種地下建筑物都需要長期受到地下水的侵蝕。常見地下水中含有CL-，CO2，SO4-2或H+等大量離子（不包含特殊環境區），當達到一定濃度時，水中的離子會腐蝕混凝土并通過混凝土的毛細孔損壞鋼筋，影響工程的安全壽命。

《隧道工程防水技術規范》5.4.4節：隧道內所有集水井、橫截溝、排水溝（槽）等結構底板、側墻內側均應涂抹聚合物水泥防水砂漿，厚度宜為10mm—20mm；聚合物水泥防水砂漿應符合現行行業標準《聚合物水泥防水砂漿》JC/T984要求。聚合物防水砂漿能否在具備防水功能的同時也具備耐多種腐蝕介質的能力？

3.2 TWE200聚合物水泥防水砂漿

JC/T984—2011《聚合物水泥防水砂漿》對防水砂漿的物理性能提出了11項要求，這其中并沒有涉及防腐性能指標。如何解決砂漿的雙重功效？在我國的高等學府的研究室、科研單位、專業防水廠家進行了系統的研究。

TWE200聚合物水泥防水砂漿做到了防水防腐雙功能。該砂漿是由水泥、乳化瀝青（粉）、細骨料、外加劑等原料組成。經水泥水化硬化與瀝青破乳交接而形成的新型有機無機復合材料。清華大學土木工程系工程安全與耐久教育部重點實驗室楊進波等教授研究表明：瀝青與水泥之間沒有化學反應，水泥水化產物中沒有新的礦物生成。水泥瀝青膠凝材料的水化硬化過程起始于水泥的水化反應；當水泥的水化反應進入加速期，水化放熱速率接近較大時，瀝青開始破乳成膜。大量的水泥水化產物和包覆在其表面的連續瀝青膜形成硬化漿體骨架。按JC/T984-2011標準，進行物理性能檢測見（表3-1）

3-1 TWE聚合物水泥防水砂漿性能

根據Q/12 JC3266-2018《混凝土防護用瀝青改性水泥砂漿》標準要求，瀝青水泥砂漿性能如（3-2表）所示：

3.2、1薄涂層防腐性能（表3-2）

Q/12 JC 3266-2018

表1物理性能

QQ截圖20200108105300.jpg

3-2 TWE聚合物水泥防水砂漿薄涂層性能表

性能指標說明了由水泥水化產物和包覆在其表面的連續瀝青膜形成硬化漿體骨架后對收縮率、吸水率、氯離子滲透性都有了質的提升。在骨料和水泥之間形成的界面過渡區是結構薄若部分，由于瀝青的成膜過程有效的提升了界面結構的致密性。瀝青起到了膠結、填充的作用，瀝青與水泥砂漿形成雙網互相貫穿，在整個基體中形成一個堅韌，致密的薄膜狀網絡結構，切斷了水和有害離子的通道，提高了防水和防腐蝕能力。

瀝青砂漿的應用實現了防水防腐一體化，為隧道工程的使用年限提供了更高的保證。清華大學孔祥明等教授這樣評價瀝青對防水防腐防碳化作用 “采用乳化瀝青代替聚合物乳液或膠粉，用于制備改性水泥砂漿和混凝土，提高了砂漿和混凝土的多種性能，在建筑外墻保溫領域及防水領域應用效果明顯。所制得的防水混凝土與未添加乳化瀝青和成膜性聚合物的混凝土相比，其吸水率降低20%以上，抗氯離子滲透性提高30%以上，抗碳化性能提高15%以上（5）。”

四、隧道結構防水的幾點建議

1、針對隧道工程區域的不確定性，對防水設計進行細分。考慮適合耐寒、耐腐蝕等特殊地理位置的防水方案。

2、將初支表面用瀝青砂漿抹平,在減少凹凸不平對防水卷材的破壞的同時防止腐蝕性水進入。

3、變形縫的處理要關注混凝土與止水帶收縮系數不同造成的止水帶和混凝土之間的縫隙。

4、選用的材料要考慮施工現場的可操作性。

注釋：

（1）本標準已修訂為《預鋪防水卷材》GB/T23457--2017。

（2）焊帶的排列根據施工現場情況、卷材的自重、焊點的強度決定。

（3）高分子墊片的排布與卷材的焊帶間隔一致。

（4）其中氯離子滲透性測試：按照DL/T5126-2001中6.8的規定進行，其中制備砂漿試件尺寸0.7mmX70.7mm，試件在標準試驗條件下養護，在氯化鈉溶液中浸泡天數為7d。

（5）引自專利申請號200810103808.7《一種用乳化瀝青改性的砂漿和混凝土》。

參考文獻：