水工建筑物填缝材料止水性能试验研究

李翠玲，蒋冬阳，蒋学行，申红旗

（1.河南省水利科学研究院，河南 郑州 450003；2.河南省水利工程安全技术重点实验室，河南 郑州 450003；3.河南省科达水利勘测设计有限公司，河南 郑州 450003）

水工建筑物大都需要设置伸缩缝，如果防渗方法不当，伸缩缝处很容易出现渗漏现象。水利工程设计施工时，需要采取有效的止水措施。常用的方法有埋设止水带止水、表面填缝止水或二者相结合，实施多道止水[1-3]。

目前止水带设计与施工技术相对比较成熟，而看似简单的填缝止水技术往往被忽视。水工建筑物在施工和运行中，填缝止水材料容易破坏，止水失效，造成渗漏，危及建筑物安全。

混凝土面板伸缩缝进行填缝时，首先要考虑填缝材料的耐水性能否满足不同水压力的要求，其次要考虑填缝结构形式能否满足伸缩缝变形的需要。填缝材料性能能否满足水工建筑物止水要求，没有相关的理论依据，需要进行试验论证。

1 填缝材料止水性能测试装置的研发及止水性能测试

由于水工建筑物填缝材料止水性能测试没有合适的试验机具，需要研发一套模拟现场加压试验的相关测试装置。

研发的止水性能测试装置如图1所示，由压力罐（内径42 cm）、缓冲罐、抽水泵、水箱4部分组成。

图1 止水性能测试装置

试验用混凝土试块尺寸为8 cm×8 cm×22 cm，试验步骤如下：

（1）根据实验需求，选择合适的填缝材料，在2个混凝土试块之间填充填缝材料，等待填缝材料固化，备用[见图2（a）]。

（2）选择合适的宽度，把填充固化好填缝材料的2个试块安装到卡槽内[见图2（b）、（c）]，根据实验拉伸宽度的需求，决定是否调节填缝材料的宽度。

（3）选择2个尺寸规格相适配的封头，再把2个封头卡在2个试块之间缝隙的两端预留位置处。

（4）用KS胶液把土工膜粘接在混凝土试块上面，土工膜正对填缝材料的位置开设有长方形缺口[见图2（d）]。

（5）把处理好的混凝土试块放入铺上细砂的压力罐中，开始加压测试[见图2（e）、（f）]。

图2 填缝材料止水性能试验步骤

2 填缝材料止水性能试验研究

2.1 原材料及试验方法

聚氨酯密封胶：自制；聚硫密封胶：郑州国泰密封材料科技有限公司，其性能见表1。硬泡沫板硬度（60 HA），软泡沫板硬度（35 HA）。

表1 聚氨酯密封胶及硫密封胶的性能

拉力机：微机控制电子万能试验机WDW-10A。

聚氨酯密封胶性能参照JC/T 482—2003《聚氨酯建筑密封胶》进行测试；聚硫密封胶性能参照JC/T 483—2006《聚硫建筑密封胶》进行测试。

2.2 聚氨酯材料不同力学性能指标对填缝止水效果的影响

2.2.1 软硬聚乙烯泡沫材料支撑时不同拉伸宽度的止水效果

聚氨酯密封胶拉伸模量为0.3 MPa（23℃）、0.5 MPa（-20℃），软硬聚乙烯泡沫支撑时不同拉伸宽度止水效果见表2、表3。

从表2、表3可以看出，当填缝宽度均为2.0 cm，填缝深度分别为1.5、2.0 cm时，无论支撑是软泡沫还是硬泡沫聚乙烯，随着拉伸宽度的增大，聚氨酯填缝材料的抗渗压力降低，这是因为随着拉伸宽度的增加，材料发生了颈缩，中间厚度降低，所以抗渗能力下降。并且当填缝深度相同时，采用硬泡沫聚乙烯作为支撑材料时抗渗压力大于软泡沫支撑材料，拉伸不同的宽度时亦得出相同的结论，这是因为硬度大的聚乙烯泡沫板在承受较大的水头压力时不容易变形，起到了很好的支撑作用，而硬度小的聚乙烯泡沫板随着水压力的增大变形较大，填缝材料也随着会有很大的变形，所以抗渗能力降低。

表2 填缝深度1.5 cm时不同拉伸宽度的止水效果

2.2.2 软硬聚乙烯泡沫材料支撑时不同填缝深度的止水效果

聚氨酯密封胶拉伸模量为0.3 MPa（23℃）、0.5 MPa（-20℃），软硬泡沫支撑时不同填缝深度的止水效果见表4。

表4 软硬泡沫支撑时不同填缝深度的止水效果

从表4可以看出，填缝宽度为2.0 cm，拉伸宽度为0时，无论软、硬泡沫聚乙烯作支撑材料，当填缝材料性能相同，随着填缝深度的增加，材料的抗渗压力增大，这是因为随着填缝深度的增加，渗径增大，在承受相同的压力下材料的变形也较小，所以填缝止水效果较好。

2.2.3 软硬聚乙烯泡沫材料支撑时不同填缝宽度的止水效果

聚氨酯密封胶拉伸模量为0.3 MPa（23℃）、0.5 MPa（-20℃），软硬泡沫支撑时不同填缝宽度的止水效果见表5。

表5 软硬泡沫支撑时不同填缝宽度的止水效果

从表5可以看出，当填缝深度为2.0 cm，拉伸宽度为0，硬泡沫支撑时，填缝宽度为1.5、2.0、2.5和3.0 cm加压至0.8 MPa都不漏水，软泡沫聚乙烯支撑时随着填缝宽度的增加抗渗压力略有下降，这主要是因为软泡沫随着水压的增加变形较大，因此密封胶的变形也较大，所以就容易产生破坏，从而导致渗漏现象的发生。

2.2.4 软硬聚乙烯泡沫材料支撑时不同拉伸宽度的止水效果

聚氨酯密封胶拉伸模量为0.6 MPa（23℃）、0.7 MPa（-20℃）%时不同拉伸宽度止水效果见表6。

表6 填缝深度1.5 cm不同拉伸宽度的止水效果

从表6可以看出，当填缝宽度为2.0 cm，填缝深度为1.5 cm时，无论软硬泡沫支撑，拉伸宽度为0、30%和60%时都能承受0.8 MPa的水压而不渗漏，说明密封胶的力学性能越高，耐静水压越好，可见密封胶的力学性能对填缝止水效果有至关重要的影响。

2.3 聚硫密封胶不同止水形式对填缝止水效果的影响

2.3.1 软硬泡沫支撑时聚硫密封胶不同拉伸宽度止水效果试验（见表7）

表7 填缝深度2.0 cm时不同拉伸宽度的止水效果

从表7可以看出，填缝宽度为2.0 cm，填缝深度为2.0 cm时，与聚氨酯密封胶的结论一致，无论支撑是软泡沫还是硬泡沫，随着拉伸宽度的增大，聚硫密封胶的抗渗压力降低；当填缝深度相同时，采用硬泡沫聚乙烯作为支撑材料时抗渗压力大于软泡沫支撑材料。

2.3.2 软硬泡沫支撑时聚硫密封胶不同填缝深度止水效果研究（见表8）

表8 不同填缝深度止水效果对比研究

从表8可以看出，填缝宽度为2.0 cm时，与聚氨酯密封胶的结论一致，无论软、硬泡沫做支撑材料，随着填缝深度的增加，材料的抗渗压力增大，并且拉伸相同的宽度时，亦得出同样的结论。

3 结 论

（1）当填缝深度相同，支撑泡沫也相同时，随着拉伸宽度的增大，聚氨酯填缝材料的抗渗压力降低，这是因为随着拉伸宽度的增加，材料发生了颈缩，中间厚度降低，所以抗渗能力下降。

（2）当填缝深度相同，采用硬泡沫作为支撑材料时抗渗压力大于软泡沫支撑材料，拉伸不同的宽度时亦得出相同的结论，这是因为硬度大的聚乙烯泡沫板在承受较大的水头压力时不容易变形，起到了很好的支撑作用，而硬度小的聚乙烯泡沫板随着水压力的增大变形较大，填缝材料也随着会有较大的变形，所以抗渗性能降低。

（3）当填缝材料性能相同，拉伸相同的宽度时，随着填缝深度的增加，材料的抗渗压力增大，这是因为随着填缝深度的增加，渗径增大，所以填缝止水效果较好。

（4）支撑材料力学性能指标越高，填缝止水性能越好。

（5）水利工程施工时，可以根据所需要承受的水压力，选择合适的止水材料及结构，为水利工程建设设计、施工和维护提供科学依据，为研究开发高性能水工建筑物专用填缝材料提供手段。