反应性丁基自粘橡胶防水系统在隧道防水工程中的应用

1.前言

  对地下工程的质量要求逐年提高，对防水材料的耐久性，功能性要求也非常高。社会经济的发展，防水材料也多样化，单纯满足所需性能的材料并不多，只能通过各种材料的复合得出的才能满足市场的要求。

在市场上常见的EPDM（三元乙丙）防水卷材在臭氧、紫外线、湿热的作用时，主键上不易发生断裂，所以它有优异的耐气候性，耐老化性，而且抗拉强度高、延伸率大，对基层伸缩或开裂的适应性强，重量轻，使用温度范围宽（在－40～+80℃范围内可以长期使用），是一种高性能防水材料。但在结构材料混凝土之间的粘结性上无法密切粘贴。^1）

EPDM卷材和反应性橡胶复合材料（反应性自粘材料），正好弥补EPDM卷材与混凝土之间的粘结性的缺陷。所谓反应性自粘橡胶就是非硫化橡胶。

2.非硫化橡胶的定义

  非硫化橡胶即为使橡胶成分中没有不饱和结合，不能硫化，并仍保持原状态。例如，多异乙烯的重合体，就是橡胶分子锁链中不含不安定要素的二重结合为特点。

  进一步解释，已硫化好的合成橡胶进行特殊加工处理，对经硫化之后产生的分子间架桥，进行部分切断，并保持与非硫化同样的状态。这种状态也可以称呼为非硫化，对未硫化橡胶硫化以前的状态加以区别。目前应用在防水材料中的非硫化橡胶就是丁基合成橡胶。^2）

3. 丁基橡胶特性

  在生产丁基合成橡胶时，经过特殊处理之后，丁基合成橡胶中产生羧基(− COOH)，这种羧基是丁基合成橡胶制造过程中橡胶分子氧化的产物。丁基合成橡胶中的羧基和普通硅酸盐水泥通过水的接触后发生离子反应（图1）。丁基合成橡胶其他的物理性能如下（表1）。丁基合成橡胶混合物与混凝土有粘结性，伴随水泥的硬化反应，确认了两者的粘结性能，并此粘结性应用在很多建筑、土木工程的防水领域上。^3）4）

background:rgb(255,255,255);mso-shading:rgb(255,255,255);" >EPDM卷材和反应性橡胶复合材料（反应性自粘材料），正好弥补EPDM卷材与混凝土之间的粘结性的缺陷。所谓反应性自粘橡胶就是非硫化橡胶。

　　图1.丁基合成橡胶和水泥反应机理

例如在建筑材料上，以三元乙丙（EPDM）为基材，表面复合丁基合成橡胶片材可以做成反应自粘型高分子防水卷材（卷材类防水材料），施工缝止水材料（反应自粘丁基橡胶腻子（钢片）止水带，伸缩缝接缝材料，伸缩缝缓冲材料，填充材料等。

4.反应自粘型高分子防水卷材

 以三元乙丙（EPDM）为基材表面复合丁基合成橡胶片材（图2），混凝土和丁基胶接触之后通过化学反应（离子结合）成为与结构变成一体的**性防水层。

其粘结强度达到0.9Mpa，有效地解决卷材的窜水问题，可称为皮肤式防水卷材。

图2.反应自粘高分子防水卷材的示意图

表1.丁基合成橡胶的物理性能

（1）与混凝土之间的粘接强度

双面自粘的反应自粘高分子防水卷材的俩侧面浇筑普通硅酸盐水泥：细砂＝1：3的水泥砂浆，养护28天之后，在拉伸试验仪器上做拉伸试验，检测卷材和水泥砂浆的粘接强度及卷材的破坏状况（图3，图4）（表2）。试验结果反应自粘高分子防水卷材与水泥砂浆通过化学反应（离子结合），卷材密贴在砂浆表面，它的粘接强度达到1.0Mpa。相当于98米高的水头压力，远远超过地下水压力。^5）

（2）防窜水特性

 尺寸300㎜×300㎜的反应自粘型高分子防水卷材上打5个直径12㎜圆孔。在防水卷材的反应橡胶面上浇筑100mm厚的水密性混凝土。混凝土充分养护之后(28天之后)，拆模，卷材和混凝土周边进行防水处理。试块准备之后，卷材上面安装水箱，给水箱里的水施加压力（水的颜色为红色）。

在压力5kg/cm²，168小时（7天）施加之后，按图5的虚线切割混凝土，目测卷材和混凝土之间是否走水现象。

  水箱里的水受压之后，水会从通过预先打好的5处圆孔驶向混凝土或卷材和混凝土的界面。通过目测，图6里没有发现红色的液体。这个说明反应自粘型高分子防水卷材一旦与混凝土接触之后通过化

学反应粘结牢靠，水无法卷材和混凝土界面窜水。

（3）其他特性

①对混凝土裂缝追随性好，当混凝土出现裂缝时，外包防水功能不会受到破坏。

②特别适用于地铁工程，由于卷材与混凝土结合成一体，当沉降引起的地下箱体位移时，外包防水层随箱体同时移动，绝不会出现外包防水层渗漏。

③材料柔软，施工方便阴阳角等特殊部位处理可多样化，在施工中一旦卷材被穿孔破损可以用同类材料修补，且易于操作，其修补处同样坚固耐久。

④适应性强，不受气候、温度影响，不受灰尘、水、汽、油污等因素影响，卷材与生混凝土仍进行反应，保证有效粘接，可以减少工序，节省工期。

⑤抗酸、碱，耐腐蚀性能好，适用于水质恶劣环境。

⑥便于储存，不受自然环境影响。

5. 反应自粘型高分子防水卷材在电缆隧道里的应用

反应自粘型高分子防水卷材的施工工艺比较适应于预铺反粘式。此工艺目前大量应用在城市地铁，电缆管网，大型地下工程等。下面介绍一下反应自粘型高分子防水卷材在某电缆隧道工程上应用（图7）。

破坏部位

1.0

内聚破坏
（卷材破坏）

图3.卷材与水泥砂浆粘结试验示意图

图4.卷材破坏部位示意图

表2.卷材和水泥砂浆粘结试验结果

（1）隧道基面要求

①衬砌结构不得有漏水现象，无明水（即不形成水流）；②基面应牢固、平整、清洁，有凹凸物应清除抹平；③对喷射混凝土的基面采用砂浆找平 (照片3) 。

（2）拱顶部预铺

①将卷材采用机械固定的方法固定于顶板拱顶。机械固定材料采用丁基橡胶腻子垫片加钉子固定于顶板拱顶，间距300-500mm。钉子部位采用B-5000专用腻子胶及腻子带做钉子处理。②保证与立墙卷材留有不小于100mm的搭接。(照片4,照片5)

（3）侧墙预铺

①反应面(有隔离膜)向里，采用机械固定法铺于侧墙上。采用压条固定，压条及钉子部位处理方法如上述。②预铺卷材固定点一般选在自粘搭接边缘处，用丁基橡胶腻子垫片加钉子固定，此处在进行搭接时卷材会把钉帽覆盖。③搭接总宽度≥100mm。

（4）底板预铺

①底板采用横向预铺，转角处增加铺设附加层（建议按国标的有关要求，铺设400mm至600mm宽的附加层）。 反应层朝向操作人员。②搭接宽度≥100mm，撕开隔离膜后涂刷专用胶进行搭接。搭接之后，再采用反应丁基橡胶腻子带进行搭接缝封口。

（5）铺设钢筋及防水层修补

卷材设完毕，在采取放置钢筋时文明施工、点焊时局部抛洒少量水及少量细沙、改进注浆管的支撑等保护卷材不被破坏的措施后，可以不在卷材上做混凝土保护层。

在完成钢筋绑扎，支模板,至浇筑混凝土前应仔细检查防水卷材的外观，修复在施工中出现的破损：对较大的破损，用反应性自粘型胶带或用卷材修补，对较小的破损，可用反应性自粘型专用修补胶B-5000予以修补。施工过程中卷材表面虽然有很多灰尘,明水或异物，卷材与混凝土通过化学反应而粘接，不会影响卷材的防水功能。

（6）施工缝防水处理

  施工缝防水处理采用反应自粘丁基橡胶腻子（钢片）止水带（图 8）。通过丁基橡胶腻子里的中的羧基（-COOH），和水以及石灰发生负离子反应，形成羧基负离子化合物，然后与石灰中的金属酸化物（CaO）形成负离子结合(图9)。实质上是丁基橡在生石灰硬化时的负离子结合反应之后封堵了混凝土的二次浇筑而产生的缝，完好的解决了结构防水 (照片11) 。

6.结语

  以反应自粘丁基橡胶为主要成分的防水材料在建筑、土木工程领域能广泛应用，总之要**限度的发挥材料的特性，不仅在地下工程中有效的解决大面积的窜水问题，在结构防水处理上有新的突破。

【参考文献】

1）日本建筑学会编，建筑工程标准规范书，同解说。

2）Anovrry, Reclaimed Rubber (1962).

3）R.J.Ceresa, Reclaimed Rubber, 5(1962).

4) 日本橡胶协会编，再生橡胶，67～69 （1974）

5) 越知，北野，新保，日本粘结协会，13(1977).

【专利名称】

1） 一种自粘反应性三元乙丙橡胶复合防水卷材及其生产方法（专利201510167072.X）

2）一种自粘反应性遇水膨胀防水密封材料及其生产方法（专利号：201510167073.4）