CPS 反應粘防水材料在變電站屋面防水工程中的應用

孫長昊，李朋亞，何小強，馬啟亮，張會芳，倪亮賢

（1.甘肅電通電力工程設計咨詢有限公司，蘭州730046 2.甘肅鼎輝建筑防水技術有限公司，蘭州730040）

1 變電站屋面防水技術發展

1.1 國內外防水材料發展

從十九世紀末開始的近百年間，屋面防水材料主要以疊層石油瀝青或焦油油氈為主，二十一世紀初在防水設計中仍占有一席之地；二十世紀六七十年代，隨著科技創新和工業制造生產能力提高、各行業環保意識的增強，催化劑技術取得了極大的創新和突破，傳統的石油瀝青防水卷材應用急劇下降，玻纖胎或化纖胎以及高分子聚合物改性的瀝青油氈大量研發和應用。自此，SBS 改性瀝青防水材料、APP 改性瀝青防水材料、TPO 改性瀝青防水材料、三元乙丙橡膠卷材等新型防水卷材迅速推廣應用。

20 世紀中期我國逐步開展防水材料的研制和發展，隨著材料性能、生產工藝等研究成果的不斷實現和應用，防水材料性能、防水卷材技術及工藝不斷改良，主要有以下階段：

首先，20 世紀中期，我國建立了第一個紙胎瀝青油氈工廠，主要以苯乙烯焦油防水材料、乳化瀝青防水材料等為主，其質量性能不穩定，對環境和人員危害較大。其次，60 年代后，60 年代中期出現了氯丁橡膠—青防水材料?；趯Νh境的保護等因素，70 年代出現了再生橡膠—青防水材料。最后，80 年代以來，高聚物改性瀝青防水材料和合成高分子防水材料大量發展和推廣。目前，我國防水材料發展主要有：以石油瀝青為主、以高聚物材料作為改性介質，原料來源廣泛，成本較低；以合成高分子材料為主的防水材料，性能優越，但價格較高。

1.2 自粘式防水材料發展

傳統瀝青防水卷材在工程應用中存在的通病—即不能實現單點防水。當卷材與基層出現不協調變形時，極易因應力分布不均而被撕裂、空鼓造成竄水，長時間發展很難查找滲漏點，難以根治漏水損害?；谶@些工程痛點，國外防水行業首先提出了結構層與防水層附著式滿粘的理念，即“皮膚式防水”理念。自此，防水材料的研究重點便落在了防水材料與混凝土結構層或專用粘結料之間的協同作用、附著機理上。

自粘防水卷材最早在國外研制推行，比如法國研制的SBS 自粘改性瀝青防水卷材、意大利研制的APP 自粘改性瀝青防水卷材、德國研制PVC 自粘防水卷材等。我國于二十世紀九十年代引入自粘卷材，并大力發展，研制出了符合我國工程建設用自粘防水卷材。張秀香等通過復合自粘三元乙丙（EPDM）橡膠防水卷材和復合自粘氯化聚乙烯橡膠共混得到了一種復合型的自粘橡膠瀝青防水卷材；王洪立等[3]研發了一種通過增強膠粘層與基材之間咬合粘結性的新型自粘防水卷材。

隨著使用要求提高和研發技術發展，自粘防水卷材研究重點逐漸轉向對卷材與結構基面的反應粘結。該類卷材較傳統自粘防水卷材發生了巨大變化，其主要特點是卷材與現澆混凝土發生化學反應及離子結合，形成一層致密、不透水的反應層，水密性好，不竄水、不受施工條件限制。反應型自粘防水卷材在國外大量發展，如美國“Preprufe”預鋪防水卷材、格雷斯反應型自粘膠膜高分子防水卷材。

吉田建設（天津）科技發展有限公司與日本早川橡膠公司合作研制出反應型自粘橡膠防水卷材；袁軍等[5]研制出了一種高分子自粘防水卷材，并實現了產業化。西牛皮防水科技有限公司研制出一種具有化學反應活性的功能型防水卷材—PS 反應粘結型防水卷材。

1.3 變電站屋面防水技術

變電站建筑因其電氣工藝設備的特殊性，設有重要電氣設備房間的屋面滲漏會極大地影響電氣設備安全。《變電站建筑結構設計技術規程》（DL/T 5457-2012）規定，“屋面防水設計應符合現行國家標準《屋面工程技術規范》GB 50345 的有關規定。主控通信樓、配電裝置樓（室）、繼電器室等生產建筑物，應采用Ⅱ級屋面防水等級（兩道防水設防）”?，F行屋面工程技術規范（GB 50345-2012）中規定設防要求為兩道防水設防的重要建筑屋面防水等級為Ⅰ級，因此變電站建筑物的屋面防水等級應按Ⅰ級防水等級設防。

2 變電站CPS 反應粘防水技術應用

目前隨著國家電網輸變電工程建設由傳統模式向綠色建造方式轉型升級，秉承“綠色低碳型、節能環保型、精益化管理、標準化設計、智能化建造”的建設理念，有效降低建造全過程對資源的消耗和生態環境的影響，減少碳排放，整體提升輸變電工程綠色建造水平。本文提出將耐久性好、易維護、無毒的CPS 反應粘新型防水卷材應用于變電站屋面防水，實現綠色電網建設。

2.1 變電站屋面防水技術

CPS 反應粘全密封防水技術是用于混凝土結構密封防水的技術。CPS 反應粘防水卷材主要由高分子片材、增強層、密封膠、隔離膜等組成，如圖1 所示。該類防水卷材采用濕鋪法或預鋪法施工。鋪設CPS 反應粘防水卷材，其與基層混凝土或水泥凝膠粘結機理主要有：一是卷材與基層混凝土凝膠發生化學反應形成交聯結構，融為一體；二是卷材膠料層在水泥固化過程中產生物理吸附和卯榫作用形成“皮膚式”粘結。該類卷材通過化學交聯與物理卯榫的協同作用，在屋面防水系統中形成“二元”蠕變抗裂結構。

變電站屋面防水材料采用新型CPS 反應粘高分子防水卷材，如圖2 所示。通過化學交聯與物理卯榫協同作用，使得卷材與混凝土基面長在一起，粘結強度高，能有效抵抗外界應力破壞，剛柔相濟，抗裂性能好，對基面平整度要求低，可濕鋪，有效縮短工期。

圖1 CPS 反應粘防水卷材組成

圖2 西牛皮防水卷材

CPS 反應粘防水技術有以下特點：第一，粘結力大，不僅有物理吸附和卯榫作用，且在深入基層的卯榫部位產生化學鍵合作用，使卯榫和化學交聯兩種作用協同進行，使得粘接更為牢固；第二，粘接不可逆，由于相關部位存在化學鍵合作用，使得粘接不可逆；第三，粘接剛柔相濟，通過物理吸附和卯榫作用形成柔性粘結，以消除由于基層變化產生的應力，而通過化學鍵產生的剛性粘結，使界面層有足夠的粘結強度，能有效抵抗外界應力的破壞；第四，粘結更持久，與結構物同壽命，物理吸附和卯榫往往在溶劑、水汽或基面熱脹冷縮的作用下，產生解吸附和脫卯榫的過程，從而使粘結力下降，失去永久封閉的防水效果。而通過CPS 反應粘防水技術產生的粘結，由于在卯榫部位存在化學鍵合作用，不受濕熱循環、水汽溶脹、基層運動影響，而持久的產生粘附效果，使卷材的防水壽命與主體層相同。

2.2 變電站CPS 反應粘防水技術應用

變電站屋面防水系統施工時，將CPS 反應粘防水卷材濕鋪于素水泥漿表面，一方面，其與水泥水化產物—水化硅酸鈣、氫氧化鈣中的Si-OH 基團發生化學反應，生成醚鍵，同時與水泥凝膠形成離子型交聯結構，使得水泥素漿與防水卷材形成化學鍵而牢固連結。另一方面，防水卷材在卷材膠層與水泥凝膠表面形成張力，產生物理吸附；水泥固化放熱使得CPS 反應粘膠層蠕變增加，深入混凝土的毛細管或孔隙形成卯榫結構。因此，將CPS 反應粘結防水卷材應用于變電站建筑物屋面防水系統，通過物理卯榫和化學交聯的協同作用，與基層混凝土形成一體“二元”防水層結構，不僅能抵抗因溫差等環境因素產生的破壞，還可修復基層混凝土微變形，起到長久防水的效果。根據《建筑防水系統構造（十二）》（19CJ40-12），采用CPS 反應粘防水技術時，Ⅰ級平屋面防水層采用雙層防水卷材濕鋪施工。根據圖集標準做法，防水卷材可牢固地與混凝土形成互為一體的防水層，有效提高防水效果。同時，采用細石混凝土層鋪設于CPS 防水卷材上表面，對防水卷材耐久性及使用壽命提供有效保護，現場施工過程如圖3 至圖4 所示。此外，CPS 反應粘防水卷材采用濕鋪/預鋪法施工，全過程綠色無污染，符合電網綠色建造的要求。

圖3 防水卷材準備及鋪設

圖4 防水卷材養護及外觀

3 變電站防水技術展望

變電站防水技術的提升應貫穿工程項目建設全過程，密切結合社會經濟及行業前沿技術，走綠色發展之路。結合當前防水技術應用，變電站防水技術提升應采取下列措施：

3.1 密切關注行業發展，推進防水材料研發

行業發展動態是當前新型防水技術的應用與檢驗，通過對各類防水材料防水效果的對比、研究，可有效地了解各類技術存在的優點和弊病，提高材料的防水效果、延長使用壽命，加強耐久性，優化防水節點施工方式，不斷改善防水效果。

3.2 規范工程設計、施工及使用

防水設計提出相應技術措施，為施工過程提供指導，降低施工難度，保障施工質量。施工應嚴格按照設計文件要求實施，定期檢查防水系統是否正常，及時修復老化、破損部位，確保防水系統正常工作。

3.3 緊隨時代進步，調整發展方向

在“雙碳”目標的引導下，變電站防水措施應在建設、運維全過程全面向低碳、綠色的目標推進，統籌考慮安全、質量、效率、環保、生態等要素，將綠色發展理念融入工程策劃、設計、施工、移交的建造全過程。

4 結論

第一，在“碳中和”、“碳達峰”時代發展背景下，新型防水材料的不斷研發及推廣應用極其重要。

第二，變電站屋面使用CPS 反應粘新型防水技術，低污染少工序，有效促進電網“雙碳”目標的實現，推進綠色電網建設進程。

第三，在綠色電網建設過程中，應根據項目地域特征和功能要求，不斷為防水材料性能、防水技術提出要求，加速改善防水效果，實現防水措施“邊實踐邊優化、邊研發邊應用”的持續性發展模式。