高寒区渠道新旧防渗体连接材料的优化选择

赵多明

（新疆额尔齐斯河投资开发（集团）有限公司，乌鲁木齐 830000）

1 引言

渠道防渗系统是保证渠道高效运行的重点，渠道防渗系统的主体是塑模或复合土工膜。经过多年温度、水体环境的耦合作用，会导致塑模或复合土工膜破损，防渗体渗漏。在渠道升级改造过程中，旧防渗体与新防渗体连接常采用热熔焊接。但是，由于膜的厚度、损坏程度不同，加上环境气温的影响，热熔焊接容易产生未焊透或过焊缺陷，因此，为了避免缺陷的产生，结合工程应用实际，本文选择万能胶、沥青、KS 胶以及套筒4 种连接材料进行物理力学特性、渗透性以及低温耐久性试验，通过对比试验结果，选取最优的新旧防渗体连接材料用于渠道升级改造。

2 试验材料

2.1 防渗体原材

为判断在采取不同的连接工艺时，黏结性能相对防渗体原材的性能优劣，选取10 组样品对防渗体原材进行拉伸、撕裂、顶破试验。试验结果表明：母材厚度在0.60～0.80 mm，拉断时拉力在30～50 N，纵、横向拉伸强度在6.0～8.0 N/mm，撕裂力在60～90 N，穿刺强度在0.2～0.3 kN，母材拉伸强度以纵、横向10 组数据的平均值来作为母材的实际拉伸强度。防渗体原材的具体技术性能指标见表1。

表1 防渗体原材技术性能指标

2.2 试验胶体及材料

试验用KS 胶，万能胶、沥青以及卷筒如图1 所示。

图1 试验胶体及材料

3 试验方法

3.1 黏结方式试验

由于新旧防渗体的性能差异大，热熔焊接机不适用于新旧膜的黏结，只能采取胶粘，因此，试验采用了万能胶、KS 胶、沥青以及卷筒4 种方式进行试验优选。黏结方式分别进行了膜-膜、膜-布、布-布3 种黏结方式[1]。按照规范要求，采用相同的搭接长度，保证相同的环境温度，黏结之后静置1 d 后进行拉伸试验及耐静水压渗透试验。

3.2 黏结性能试验

分别用热熔KS 胶，万能胶、沥青黏结好新旧防渗膜，加上卷筒一共4 种方式，参照SL/T 225—1998《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》[2]，取相同规格的样品进行拉伸试验，每种黏结方式同时进行5 组试验，一共20 组样品。

为进一步考察测试连接材料在水环境中抵御开胶水渗透的能力，组织开展了浸水试验，试验过程中将样品在水中浸泡48 h 后观察接缝的外观，观察样品接缝处是否开胶。并参照GB/T 17642—2008《土工合成材料非织造布复合土工膜》[3]中的相关要求，对连接样品抵御水压的能力进行了测试，水压统一设置为1.0 MPa，在1 h 内观察样品是否透水。

同时为探究样品低温时的性能，参照GB 18173.1—2012《高分子防水材料 第1 部分：片材》[4]中的测试方法，对连接样品抵御低温的能力进行了测试。分别在-20 ℃、-15 ℃、-10 ℃、-5 ℃、0 ℃、20 ℃时，测试防渗体拉伸强度和伸长率的变化，并进行了-30 ℃时的低温弯折试验。

4 试验结果

4.1 黏结方式的选取

试验结果表明，膜-膜、膜-布、布-布3 种黏结方式拉伸强度均能达到试验要求；膜-布、布-布黏结的样品在耐静水压渗透试验中均透水，这主要是由于布是非防水材料造成的，即使用胶使布和膜黏结在一起，拉伸强度达到要求，但是也不能保证渗透性能合格；只有膜-膜黏结时，两侧的膜均为防渗材料，黏结之后能很好地起到防渗效果。因此，在比较黏结材料黏结性能的试验中，均采用了膜-膜的黏结方式。

4.2 黏结性能试验结果

通过拉伸试验可知：（1）KS 胶黏结的样品拉伸试验，5 组均从母材上断裂而不是断在接头接缝处，接头接缝效应达到171%；（2）沥青黏结的5 组试样均从接头接缝处拉开，接头接缝效应达到83%，强度没有达到母材强度；（3）万能胶黏结的试样其中3 组断在母材上，2 组从接头接缝处拉开，接头接缝效应达到167%；（4）卷筒连接的拉伸均从卷筒中拉出，强度也远低于母材强度，接头接缝效应只有10%。

浸水试验显示沥青黏结的样品在浸水48 h 后开胶，并且很容易撕开，而KS 胶黏结和万能胶黏结的样品完好，如图2 所示。而耐静水压渗透试验结果表明，几种试验样品均未透水。

图2 沥青黏结样品浸水试验结果

低温拉伸试验结果表明：（1）在-5 ℃、0 ℃、20 ℃时，试样拉伸强度和伸长率变化不大；（2）在-10 ℃、-15 ℃、-20 ℃时，拉伸强度随温度降低强；（3）同时，沥青胶黏结的样品在-30 ℃情况下弯折碎裂；（4）而KS 胶和万能胶黏结的样品接缝完好没有碎裂，如图3 所示。

图3 低温弯折试验结果（-30 ℃）

5 结论

通过对试验结果汇总分析(见表2），可以看出：

表2 试验结果汇总表

1）接头/接缝强度和接头/接缝效应均为KS 胶＞万能胶＞沥青＞管卷式，表明KS 胶的连接强度最高；

2）渗透试验均在1.0 MPa 不透水，但浸水试验中KS 胶完成，沥青分离；

3）低温弯折试验，KS 胶无裂纹性能最好，沥青碎裂，万能胶脱胶，说明耐低温性KS 胶均优于沥青和万能胶。综合评定：KS 胶在接头/接缝效应、浸水试验、低温弯折、渗透试验均较其他3 种材料优异，适合工程应用。这里要特别说明，虽然试验卷筒连接时抗拉强度偏低，但是它的渗透试验结果是令人满意的，尤其当防渗膜潮湿时不会影响卷筒的施工，因此，可以适应潮湿环境。