地下建筑工程防水材料的性能研究

刘慕

（中国人民解放军31461部队，沈阳 110000）

1 引言

地下建筑工程在缓解土地资源压力和完善城市交通体系等方面发挥着十分重要的作用。 在地下建筑工程中，渗漏水问题十分常见。 地下建筑工程中渗漏水主要分为自然因素和人为因素两类，其中，自然因素包括短时间暴雨袭击、地质岩层垮塌、岩层运动、泥石流和地震等。 材料质量不合规也是造成地下建筑工程渗漏水的原因之一[1]。 在地下建筑工程防水工作中，细部构造防水十分重要，特别是变形缝防水。 然而，现阶段变形缝防水的构造设计和方案实施还存在较多的约束和限制，如防水材料试验模型操作复杂且变量较多、涉及变形缝膏状体材料的技术应用较少、 可以替代中埋止水带的构造应用技术较少等[2]。 此外，地下建筑工程防水中还存在其他一些问题，如防水材料和工程概况不匹配、防水层出现反复渗漏等[3]。基于这些问题，研究采用了一种新型的变形缝止水材料，对该材料的性能进行了试验设计， 也对其进行了更深入的构造防水设计和渗漏治理设计。

2 变形缝止水材料的性能试验设计

针对地下建筑工程的渗漏水问题， 研究选取了一种名叫Three Component Modified Polymer Flexible Sealing Material(MPF -SM)的材料。 MPF-SM 材料的最初形态是液态，通常在4 h 后凝固，1 d 后便能进行施工， 并且在1～3 d 内完成固化，之后便是弹性固态。 MPF-SM 材料的具体成分有聚醚多元醇、异氰酸酯、催化剂、偶联剂和扩链剂。 MPF-SM 材料可以呈膏状紧密地对变形缝进行填补，具有高恢复性、无污染、防水性、价格合适和延展性等优点。 MPF-SM 材料的原始状态和拉伸状态如图1 所示。

图1 MPF-SM材料的原始状态和拉伸状态

为了对止水材料的防水效果进行检验，研究进行了MPFSM 材料防水构造截面和防水性能试验，并对膏状体止水材料试验模型进行了设计。 在不同的试验中，变形缝的缝宽被设置为32 mm 和52 mm。 防水构造截面试验时涉及的截面类型有普通型和T 形，材料厚度皆为40 mm。 防水性能试验主要是对两种缝宽下的不渗水极限水压进行测试，材料厚度皆为60 mm，且需要用到左右固定试件。

防水构造截面试验分为两组，即在不同缝宽下不同防水构造截面的拉伸对比。不同防水构造截面性能好坏的判断依据是MPF-SM 材料出现了脱离试件或拉裂的情况，横向拉伸主要是通过槽钢和丝杠来完成。 此外，两组防水构造截面中MPF-SM材料皆为整缝填补， 且普通型的嵌缝深度为62 mm，T 形的嵌缝深度为42 mm，溢出12 mm，两侧分别延长22 mm。

针对MPF-SM 材料防水性能的试验， 研究将4 组固定试件分别用在不同的地方。 其中两组被固定在地坪，剩余的两组分别用于32 mm 和52 mm 的宽变形缝。 在对试件进行注水时，要确保时间间隔是一致的，之后再通过观察水压表的数据来判断MPF-SM 材料的承压情况。 试验模型如图2 所示。

图2 防水性能试验模型

建筑物在外界因素作用下常会产生变形， 导致开裂甚至破坏。 变形缝是针对这种情况而预留的构造缝。 在图2 中，变形缝是指左右两个试验构件中间的缝隙。 为了对试验中试件的变形缝进行防水构造设计， 研究在采用MPF-SM 材料的同时也使用了界面增强剂和泡沫板。 MPF-SM 材料主要分布在注水腔的顶部、侧部和底部，泡沫板主要围绕MPF-SM 材料。此外，MPF-SM 材料的厚度为62 mm，泡沫板的厚度为22 mm。在具体的MPF-SM 材料防水性能试验模型中， 左右固定试件会和单边侧翼固定在一起。 此外，为了模仿迎水面与背水面，注水腔会被设置在右固定试件中， 而相应的空腔则会被放置在左固定试件中。 注水腔上会有一个操作口用来施作MPFSM 材料，而在施作结束后需要对该操作口进行封闭，之后再在右固定试件上安置注水管和压力表。 压力表的测量范围为0～1.7 MPa，精度为0.05 MPa。 在向注水腔注水时，需要逐步增加水量，当水压值出现显著的变化时，即说明MPF-SM 材料出现了泄漏。 研究所采用的固定试件全部都是由钢筋混凝土构成。

3 变形缝止水材料的性能试验结果分析

在防水构造截面试验中，使用普通型和T 形截面的MPFSM 材料是从32 mm 缝宽进行拉伸的。 当缝宽拉伸到92 mm时，采用普通型截面的MPF-SM 材料被断开，而采用T 形截面的MPF-SM 材料完整无损，且和混凝土结构面粘连较紧。当从52 mm 缝宽进行拉伸时， 采用普通型截面的MPF-SM 材料在拉伸到132 mm 时就已然被拉断，而采用T 形截面的MPF-SM材料仍然完好，且和混凝土结构面粘连较紧。

可以看出， 采用T 形截面的MPF-SM 材料可以很好地粘连混凝土结构端面，在密封和防水上具有不错的效果。 此外，研究设计的MPF-SM 材料溢出可以在一定程度上减少变形缝在拉伸后出现掉落等情况。

在MPF-SM 材料防水性能的试验中，MPF-SM 材料变形缝缝宽为32 mm 和52 mm。试验耗时2 d。为了防止试块因水压产生位移而导致变形缝发生变化， 试验利用丝杠和槽钢来构造压紧装置来限制变形缝发生变化。 试验1 的变形缝缝宽为32 mm。 当腔内水压为0.1MPa 和0.2 MPa 时，变形缝缝宽没有发生改变，且左右固定试件也没有出现渗漏和移动。 当腔内水压为0.3 MPa 时，尽管变形缝缝宽没有发生改变，但是右固定试件的密封出现了滴漏。 对0.3 MPa 水压进行保压，时间大于2 h 后，发现左右固定试件没有出现渗漏。 当腔内水压为0.35 MPa 和0.4 MPa 时，变形缝缝宽都发生了改变，分别扩大了5 mm 和30 mm。 此外，当腔内水压为0.4 MPa 时，发生了渗水。 试验2 的变形缝缝宽为52 mm。 当腔内水压为0.1MPa和0.2 MPa 时， 变形缝缝宽皆未改变， 且防水材料也皆未渗漏。 当压力从0.3 MPa 降低到0.25 MPa 时，密封盖左下角出现了漏水。 之后重新将腔内水压加压到0.3 MPa。 当腔内水压分别为0.3 MPa 和0.35 MPa 时，变形缝缝宽未发生改变，且防水材料也没有漏水， 但是当水压为0.3 MPa 时压力已经很难再打入了。当腔内水压为0.4 MPa 时，对其进行超过2 h 的保压，此时变形缝缝宽未出现变化，但是防水材料出现了漏水。

可以看出，当MPF-SM 材料变形缝缝宽为32 mm 和52 mm时，一道防水层能承受的最大水压皆为0.4 MPa。 变形缝都没有出现漏水情况， 并且至少可以维持2 h。 这都说明了MPFSM 材料具有良好的防水性。

4 地下建筑工程变形缝MPF-SM材料构造设计和渗漏治理

MPF-SM 材料可应用在地下建筑工程的结构顶板、 底板和侧墙的变形缝， 而不同的位置也有不同的防水构造和渗漏治理设计。 对于结构顶板变形缝的背水面，研究在其上方放置了MPF-SM 材料。 结构顶板变形缝的防水需要有2～3 道的防水设计，因此，研究分别设计了2 道和3 道的防水构造。 其中，2 道防水设计除了主要含有MPF-SM 材料， 还含有中埋式止水带。 结构顶板变形缝背水面基于MPF-SM 材料的具体构造如图3 所示。

图3 结构顶板变形缝背水面基于MPF-SM材料的具体构造

从图3 可以看出， 该构造主要涉及填缝衬垫材料、MPFSM 材料、钢筋混凝土顶板、填缝材料和中埋式橡胶止水带。 当环境温度过高时，应该采用中埋式金属止水带。 3 道防水设计除了含有2 道防水设计的内容， 还涉及变形缝迎水面的防水材料，如在迎水面的外贴止水带或防水卷材。 在渗漏治理上，对于两道防水设计，第一步要做的是删除部分材料，像早已断开的中埋止水带和原始的填缝材料等。 第二步是放入材料进行堵漏，第三步是替换填缝衬垫材料，第四步是注入MPF-SM材料。 对于3 道防水设计，大致步骤和两道防水设计一致，只是不需要对填缝衬垫材料进行替换， 并且还需要删除早已断开的外贴止水带。 为了提升变形缝的防水能力，研究在结构顶板变形缝的迎水面和背水面都用MPF-SM 材料来进行防水。在结构底板和侧墙变形缝的防水设计上， 该二者背水面的2道和3 道防水设计和结构顶板变形缝背水面的防水设计是一致的。 在渗漏治理上，该二者背水面2 道和3 道防水设计的渗漏治理和结构顶板变形缝背水面的渗漏治理是相同的。 结构底板和侧墙变形缝的迎水面和背水面都采用了MPF-SM 材料。 研究设计的2 道防水构造可用在不同类别小于或等于二级防水等级的地下建筑工程， 而3 道防水构造可用在一级和二级。

5 结论

为了解决地下建筑工程变形缝的渗漏水问题， 研究设计了一种MPF-SM 材料， 并在该材料的基础上对变形缝防水构造和渗漏治理进行了设计。 研究结果显示， 当缝宽为32 mm时， 采用普通型防水构造截面的MPF-SM 材料被拉伸到92 mm 时出现了断开，而此时采用T 形防水构造截面的MPFSM 材料没有出现开裂。 当缝宽为52 mm 时，采用普通型防水构造截面的MPF-SM 材料被拉伸到132 mm 时便被拉断，而此时采用T 形防水构造截面的MPF-SM 材料仍然完好。因此，采用T 形防水构造截面的MPF-SM 材料具有更好的粘接性和防水性。 在变形缝缝宽为32 mm 和52 mm 且腔内水压范围在0.1～0.4 MPa 时，变形缝都没有出现漏水情况，并且至少可以维持2 h，MPF-SM 材料具有良好的防水性。 由于时间的限制，MPF-SM 材料还没有被广泛应用， 还处于初步研究阶段。MPF-SM 材料在防水施工方案上还可以进行深入， 需要考虑到其他因素对防水性能指标的影响。