渡槽伸缩缝止水研究（刘杰胜,吴少鹏,陈美祝）

摘 要：介绍了渡槽伸缩缝止水的两个方面：止水结构形式和止水材料。综述了渡槽伸缩缝传统止水材料和新型止水材料各自的优缺点，并概述了伸缩缝止水未来的发展趋势。

关键词：渡槽 伸缩缝 止水结构 止水材料

Abstract: The materials and watertight structure of the expansion joint in aqueduct, including their advantages and disadvantages, are introduced briefly. The paper also illustrates the developing trend of waterproofing materials.

Keyword：aqueduct expansion joint watertight structure watertight materials

一、引言

渡槽是输送渠道水流跨越河渠、道路、山冲、谷口等的架空输水建筑物，是渠系建筑物中应用最广的交叉建筑物之一，除用于输送渠水进行农田灌溉、城镇生活用水、工业用水、跨流域输水外，还可供排水和导流之用[1]。随着渡槽采用壳槽、薄壁结构日益增多,构件间的接头、接缝和槽壁防漏、防渗问题也随之增加。目前已建渡槽普遍存在较严重的渗漏问题，故有“十槽九漏”之称[2]。分析表明，各种伸缩缝、沉降缝等接缝止水失效是引起渡槽渗漏的首要原因。渡槽伸缩缝漏水，影响渡槽安全运行，同时造成灌溉水资源的惊人浪费，影响灌区抗旱保收。伸缩缝漏水是渠道防渗工程产生病害的第一发生点，从伸缩缝中渗入渠基的水分会使渠基土处于饱和状态，引起渠体坍陷、破坏。在北方寒冷地区，还会发生由于渠基土冻胀而引起的渠床冻胀破坏。因此，伸缩缝的止水已成为渡槽设计的重要课题之一，直接关系到渡槽运行的安全性和耐久性，总结和探讨渡槽伸缩缝止水，具有重要的意义。本文主要介绍了渡槽伸缩缝的各种止水结构型式，综述了传统和新型的伸缩缝止水材料的优缺点，以及伸缩缝止水未来的发展趋势。

二、渡槽伸缩缝的各种止水结构型式

槽身接缝止水的型式很多，按止水材料与接缝混凝土结合形式来分，可分为搭接型与嵌缝对接型两大类[1]。搭接型是止水材料与接缝混凝土材料采用搭接形式结合在一起。嵌缝对接型则是在接缝中嵌入止水材料。

1.搭接型止水结构型式

搭接型止水结构型式按施工方法来分，主要有粘合式、埋入式及压板式三种。

粘合式止水是用胶粘剂将橡胶止水带或其他材料止水带粘贴在混凝土上并压紧，再用回填防护砂浆（如沥青砂浆等）保护止水表层的一种止水结构型式。粘合式搭接止水型式的止水效果主要取决于粘结的效果[3]，应综合考虑胶粘剂与基材热膨胀系数尽可能匹配、化学结构成分与基材有一定的亲和性以及胶结部位的受力状况和使用环境等各种因素，还需选用技术性能满足要求、质量较好的胶粘剂。粘合式搭接止水结构型式的影响因素众多，任一因素都可能产生绕渗的问题，从而造成止水失败。

中部埋入式搭接止水是将止水带埋置于接缝槽身侧墙及底板混凝土中。主要的操作要求是止水带两侧的混凝土应单独浇筑振捣，待一侧混凝土达到一定强度后，再浇另一侧混凝土[1]。此种止水型式存在以下的问题：振捣不实，将影响止水效果，产生绕渗现象，且止水带一旦损坏，难以更换[4]。

压板式止水结构型式是在伸缩缝两侧预埋螺栓，通过螺母压紧扁钢，将止水带固定在接缝处。此种止水型式止水效果受紧固平整度与紧固力大小的制约，如能保证施工质量，可以做到不漏水，且适应接缝变形的性能较好[5]，但维修时会造成麻烦，易发生螺栓锈蚀，更换止水带不便的问题。

2. 嵌缝对接型止水结构型式

嵌缝对接型止水结构型式主要是指填料类止水材料通过嵌填在接缝处来达到止水目的。操作上的主要要求是把混凝土板清理干净，无任何杂物；对止水材料的主要要求是与混凝土板具有很好的粘结性能，粘结不好，会造成止水失败。

三、渡槽伸缩缝传统止水材料

渡槽伸缩缝传统止水材料按止水结构来分，可分为搭接型的止水材料和嵌缝填料型止水材料。搭接型的伸缩缝止水材料主要有PVC止水带、各种橡胶止水带以及铜、不锈钢止水带等。

PVC止水带暴露在空气中或经受阳光照射时容易老化，耐低温性能差，当温度低至6℃时，PVC就会变脆，承受接缝拉伸时容易发生断裂，造成止水失效。因此，在低温寒冷地区，不宜采用PVC止水带。橡胶止水带弹性好，施工中不易损坏，可以承受较大的接缝位移作用，但橡胶接头比较困难。同时天然橡胶抗臭氧能力差，而且与PVC一样，当暴露在空气中或经受阳光照射时易老化，需要加强施工期间的保护，防止长时间阳光或紫外线照射。合成橡胶的强度略低于天然橡胶，但其抗老化、耐臭氧、耐低温性能较好。合成橡胶止水带的缺点是价格高，同时接头困难，需用较高的温度和压力进行硫化连接，若连接不好，也会造成止水失效[6]。铜、不锈钢止水带具有一定的抗腐蚀能力，强度较高，但与混凝土咬合性较差，原因是它与混凝土温度伸缩率不同，温度变化时两者产生不等同应变，易与混凝土产生缝隙，造成止水效果不明显。成本较高，运用热施工，操作较复杂等缺点，也限制了它们的应用，一般与其他防水材料一起配合使用。在水坝、涵闸等伸缩缝应用时，常选用三层止水方式，金属类止水材料通常是用作紧靠迎水面的底层[7]。

嵌缝对接型止水材料主要是指伸缩缝填料。过去伸缩缝填料曾用过沥青油麻、玛蹄酯、沥青油毡、沥青砂浆、甚至有木板条、锯末水泥等，20世纪70年代后期发展到聚氯乙烯油膏和改进型的焦油塑料胶泥等。它们一般都价廉易得，具有一定的防水、止水能力。多年的实践证明[8]，以上嵌缝填料基本存在以下几大缺点：其一是须加热施工，给施工造成不便，存在因加热温度控制不当，造成止水材料老化，止水失效的问题；其二是如果混凝土板侧面不干燥、不洁净时（如有泥或浮土），嵌进去的填料与混凝土板粘结不牢，容易从缝中拉出；另外，这类伸缩缝传统止水填料普遍受环境影响较大，高温流淌、低温变脆，回弹能力差，难以适应渡槽槽段之间因冷热温差造成的大幅度位移变化，造成止水带错位、扭曲，产生绕渗或止水材料破坏的结果。

四、渡槽伸缩缝新型止水材料

传统伸缩缝止水材料的上述特点，很大程度上限制了它们的应用范围。在大型渡槽伸缩缝止水中，越来越多的新型止水材料被采用，如遇水膨胀橡胶、密封胶（剂）类及改性止水材料等。

1．遇水膨胀橡胶类

遇水膨胀橡胶是在基质橡胶的基础上，加入膨胀剂及其他填料来制备的。制备方法有两种，物理共混法和化学接枝法[9]。基质橡胶可以是天然橡胶、三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶等。膨胀剂主要是一些吸水性物质，包括有机类的高吸水性树脂和无机的改性钠基膨润土。有机类高吸水性物质主要包括聚丙烯酸系树脂、聚丙烯腈系、聚乙烯醇系树脂、聚环氧乙烷类树脂（亲水性聚氨酯属于此类），聚丙烯酰胺、交联的聚丙烯酸钠等[10]。

制备遇水膨胀橡胶的首要问题是要解决吸水性树脂与橡胶相容性，通过加入适当的溶剂或增容剂[11]，较好的解决了吸水性树脂长期浸泡析出的问题。遇水膨胀橡胶从价格上来说，相对很高，很大程度上限制了其应用。

2．密封剂类

目前，市场上出现较多的高档密封剂主要有三大类：聚硫、聚氨酯、有机硅类密封剂[12]。它们一般是室温硫化型，具有优良的力学性能及耐老化性能。

聚硫密封剂是由液态聚硫橡胶和固化剂（硫化剂）组成，分为双组分和单组分两种[13]。聚硫密封胶适应温度能力强，使用温度范围在-30℃～110℃[14],对水泥、玻璃、金属等有较好的粘结性。聚硫密封胶在渡槽伸缩缝止水应用的典型工程是东深供水改造工程，它主要起一种辅助止水的功能。

聚氨酯密封剂主要是有机异氰酸酯与端羟基有机化合物发生化学反应生成预聚物，再加入其他增塑剂、触变剂、稳定剂等填料等组成的，分为单组分和双组分 [15]。聚氨酯类密封剂具有优良的耐磨性和低温柔软性，性能可调节范围广，机械强度大，粘结性能和弹性好，具有优良复原性，适合动态接缝，耐候性好。聚氨酯密封胶还具有抗撕裂、抗穿刺，对基材不污染，耐酸碱，耐有机溶剂等特点[16]。最大不足之处是较易变色，对湿气相对比较敏感，且采用单体的异氰酸酯具有刺激性气味，聚氨酯密封剂的发展趋势是往改性型方向发展。

有机硅类密封剂主要由羟基封端的聚硅氧烷、交联剂、填料、催化剂等组成[17]。市场上常见的有机硅密封胶主要有脱醋酸型、脱酮肟型（硅酮型）、脱醇型等[18]。最大特点是以硅—氧—硅键为主体，能让紫外线穿透而不伤害化学键，耐老化性能很好，具有宽泛的温度稳定性、很好的压缩和回复性能，广泛的作为建筑、道路、桥梁等嵌缝填料[19]。

近年来，国内外出现了很多改性密封剂或密封胶，较常见的有有机硅改性聚醚和有机硅改性聚氨酯密封剂等。在欧洲、美国、日本有大量关于硅改性密封胶的文献报道[20－23]。日本最早的硅改性聚醚商品名为“钟化MS聚合物”，是一种具有高性能的弹性体密封剂，其优异性能受到市场欢迎。有机硅改性聚氨酯是以硅烷代替异氰酸酯固化化学，使用更为环保，应用范围广泛[24]，市场潜力巨大。

3．其他止水材料

目前，市场上出现较多的止水材料有SR塑性止水材料和GB系列止水材料。SR系列止水材料一般有四种：SR塑性止水材料、三元乙丙橡胶型SR防渗盖片、SR配套底胶、HK封边剂[25]。GB系列止水材料主要包括：GB嵌缝材料系列、GBW膨胀止水条系列、GB复合板系列、GB复合型止水带系列和配套的粘接剂系列五大类[26]。这两类止水材料在使用时，都是几种材料或系列一起配合，才能取得良好的止水效果。

五、渡槽伸缩缝止水的发展趋势

不同的止水材料，根据自身特点，采用不同的止水结构型式，应用于不同的水工建筑物和止水部位。因此，渡槽伸缩缝止水材料的发展趋势是往复合型止水材料方向发展，即结合多种止水材料的优点，采用多种止水结构型式，从而达到最佳的止水效果和性能。

参考文献

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作者简介

刘杰胜，（1980-），在读博士生，主要开展止水、防水材料研究。

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