水工建筑物施工縫中遇水膨脹橡膠止水帶的應用效果研究

王玉霞，郭建濤

（青州水建工程建設有限公司，山東 濰坊 262500）

水工建筑物施工過程中，混凝土澆筑是不可或缺的操作環節，該環節的施工質量直接影響了建筑質量。但由于建筑結構復雜，通常情況下建筑基礎結構與上部結構無法一次澆筑，在多次澆筑時混凝土之間會出現施工縫。施工縫的存在是水工建筑物建設過程中無法避免的，后續處理不佳會造成建筑物使用壽命縮減，甚至引起漏水的問題，如水庫施工縫等。為了避免解決施工縫問題，水工建筑物施工過程中需要在施工縫中安裝止水材料，以達到防滲的目的。其中，應用范圍最廣的就是現澆止水帶，其具有適應變形能力強和耐老化性能好的優勢。

近幾年，止水材料的研究步伐從未停止，一種遇水膨脹橡膠止水帶被研制出來，并應用在施工縫防水處理過程中。但考慮到該止水材料的研究時間較短，人們對該材料的實際應用效果還不夠了解，使得遇水膨脹橡膠止水帶難以得到大范圍推廣。對此，文章深入研究橡膠止水帶的應用效果，明確其實際應用性能，以便后續止水材料的大范圍應用。

1 工程概況

為了檢驗遇水膨脹橡膠止水帶的實際應用效果，文章以某倒虹吸工程為研究對象，展開一系列模擬實驗。本次研究選定的水工建筑物施工工程位于北京市，屬于重要的供水建筑物，從2020年底就開始施工。通過實地考察和資料查詢可知，該工程的涵身段長度為2 485 m，其基本施工材料為4孔38 m鋼筋混凝土，該工程正是采用復合型遇水單向膨脹橡膠止水帶作為基本施工材料，進行施工縫防水治理。

該倒虹吸工程的尾端與某橋的暗涵相連，這一連接段采用了2孔38 m鋼筋混凝土，其施工縫與倒虹吸工程主體基本保持一致。整體來看，該工程每個分段的壓力水頭如表1所示。

表1 工程壓力水頭

考慮到該水工建筑物施工工程的覆蓋范圍較大，不同區域的工程荷載與地質情況存在較大差異，每個施工階段的沉降變形情況也不相同，其施工縫處理工況也呈現出不同的狀態，經過水利規劃設計研究院的計算可以得出，該工程的主要沉降狀態包括三種類型，分別是正常工作狀態、孔間不均勻沉降以及單孔不均勻沉降，在后續試驗測試階段，分別標注為工況1、工況2與工況3，在不同的工況下分別將遇水膨脹橡膠止水帶應用到水工建筑物施工縫治理過程中，觀察止水帶實際應用效果。

2 試驗材料與裝置

2.1 試驗材料

本次試驗研究選用的實驗對象為復合型遇水膨脹橡膠止水帶，以衡水豐澤工程橡膠科技開發有限公司生產的止水材料為基礎，該止水帶的實際斷面結構為兩端魚尾、中部圓孔現狀，止水帶應用到施工過程中，面對結構變形問題后，止水帶結構中的圓孔發生變形，整個止水材料被拉扯變形。考慮到混凝土材料與遇水膨脹橡膠止水帶之間的粘接能力還不夠強，遇到過大的拉力后，止水帶部分結構會與混凝土分離，而后隨著拉力的擴展不斷波及至其他止水帶結構，使得后續止水材料也逐漸與混凝土脫離，引起接縫漏水問題。最嚴重時，遇水膨脹橡膠止水帶會受到拉伸力的影響完全脫離混凝土，為了避免這種情況，本次實驗結合工程水工建筑物施工縫處理要求，對原有的止水帶材料進行處理，適當增大中部圓孔兩側的分區距離，對原有的止水帶結構進行優化，形成圖1所示的止水帶截面示意圖。

圖1 遇水膨脹橡膠止水帶截面示意圖

此外，在試驗材料裝備階段，依據圖1所示的止水帶截面結構，進行遇水膨脹橡膠止水帶的制作。應用天然橡膠作為主要原料，并添加增塑劑、活性劑、硫化劑等多種輔助原料，經過混合煉制后，得到可作為試驗主體的遇水膨脹橡膠止水帶。在最后環節，需要應用平板硫化機進行加壓硫化處理，確保止水帶的彈性密封性能和遇水單向膨脹性能最優。經過了解可知，遇水膨脹止水帶的尺寸參數如表2所示。

表2 止水帶尺寸

而后，再對遇水膨脹橡膠止水帶的物理性能進行分析，得到表3所示的物理參數統計表。

表3 止水帶物理參數

以上述建立的止水帶作為實驗對象，在試驗裝置上進行止水帶應用效果模擬實驗，明確該止水材料的具體應用性能。

2.2 試驗裝置

在倒虹吸工程施工背景下，采用水利水電科學研究院研發的試驗裝置模擬水工建筑物施工縫。實際操作過程中，布置兩個強度等級為C30的混凝土塊，采用二次澆筑方法進行澆筑處理，再將止水帶安裝在施工縫中。從2022年10月15日開始應用圖2所示的實驗裝置進行試驗分析，在操作過程中可以手動控制兩個混凝土塊的平移或升降，模擬施工縫中止水帶面臨的剪切和拉伸。

圖2 試驗裝置結構圖

應用圖2所示的試驗裝置，進行遇水膨脹橡膠止水帶的應用效果研究時，結合施工縫處理要求安裝止水帶。首先，需要將遇水膨脹橡膠止水帶的中部圓環區域與施工縫中心區域對齊，讓止水帶的內面與施工縫緊貼，并采用鋼模板固定止水帶，避免在水浸環境下止水帶與混凝土塊脫離。為了避免止水帶位移，在橡膠止水帶得到兩端分別增加一個安裝孔，負責穿過鋼筋，保證止水帶與相鄰材料相連。

此外，在止水帶安裝過程中，面對需要拐彎的區域將止水帶的結構做成直徑≥150 mm的1/4圓形。同時，由于有止水帶澆筑至施工縫時，需要有部分區域埋入混凝土內，而混凝土材料中存在的尖銳石子會導致止水帶的撕裂。因此，在試驗過程中，需要采用哪個合適的定位方法、振搗技術，將止水帶合理埋在施工縫內，保證遇水膨脹橡膠止水帶具有較好的止水效果。

3 試驗結果分析

3.1 材料基礎性能分析

本次試驗過程中，先從止水帶硬度、體積膨脹倍率入手，明確遇水膨脹橡膠止水帶應用的基礎性能分析。其中，不同工況下止水帶硬度隨著浸水時間發生的變化如圖3所示。

圖3 不同測試工況下止水帶硬度變化結果

根據圖3可知，在不同的工況下，施工縫中止水帶的硬度變化趨勢基本保持一致。在最開始浸水的兩個小時內，遇水膨脹橡膠止水帶的硬度下降幅度極大，分別從49°降低為28.5°、24°和29.2°。而在浸水時間超過2 h后，不同測試工況下止水帶硬度變化趨勢基本保持穩定。

在同樣的浸水試驗環境下，在不同模擬工況下觀察遇水膨脹橡膠止水帶的體積膨脹倍率變化情況，得到圖4所示的變化曲線。

圖4 不同測試工況下止水帶體積膨脹倍率變化結果

根據圖4可知，三種測試工況下，遇水膨脹橡膠止水帶的體積膨脹倍率均呈現出不斷上升的趨勢，且上升幅度差異不大。以浸水時間達到72 h為例，此時工況1條件下，止水帶體積膨脹倍率達到4.65，而其他兩種工況下止水帶體積膨脹倍率分別為4.72和4.46。并且，在浸水 72 h 后，不同工況的止水帶體積膨脹倍率增長基本穩定起來。

3.2 防水性能分析

在確定止水帶應用后呈現出的基礎性能后，再針對其具體的防水性能進行分析。在不同模擬工況下施加不同的壓力條件，分別觀察施工縫中橡膠止水帶的破壞情況、滲漏情況，并得到表4所示的統計結果。

表4 止水帶破壞情況與滲漏情況統計表

根據表4可知，在3種工況條件下，分別施加0.4 MPa、0.5 MPa、0.6 MPa、0.7 MPa、0.8 MPa、0.9 MPa的壓力，而止水帶均未出現破壞和滲漏情況。

4 試驗結果討論

根據上文得到的試驗結果，可以得出遇水膨脹橡膠止水帶的基礎材料性能和防水性能，從而明確該材料在水工建筑物施工縫中的應用效果。

從遇水膨脹止水帶的硬度測試結果和膨脹率測試結果可以看出，該材料在浸水后，硬度會發生先劇烈后緩慢地下降，而體積膨脹倍率則會呈現出不斷增長的趨勢，但二者均符合設計要求，表明遇水膨脹止水帶具有良好的基礎材料性能。

防水性能分析結果顯示，在不同測試工況條件下，面對不同的壓力條件，施工縫內的遇水膨脹橡膠止水帶始終保持正常工作狀態，未發生破壞和滲漏情況，表明橡膠止水帶滿足水工建筑物施工縫治理要求。

5 結束語

水工建筑物施工過程中，遇水膨脹橡膠止水帶已經成為不可或缺的施工材料之一，在水閘、涵洞、輸水洞等建筑物的施工縫內得到了廣泛應用。同時，止水帶的耐磨性、抗撕裂性和安裝簡便性，使該止水材料受到建筑領域專業人員的關注。為了輔助新型止水帶材料的有效推廣，文章通過模擬實驗的方法，了解遇水膨脹橡膠止水帶，在水工建筑物施工縫中的實際應用效果。