CPS 反应粘防水材料在变电站屋面防水工程中的应用

2022-09-01 06:11孙长昊李朋亚何小强马启亮张会芳倪亮贤
佛山陶瓷 2022年8期
关键词:防水材料卷材屋面

孙长昊,李朋亚,何小强,马启亮,张会芳,倪亮贤

(1.甘肃电通电力工程设计咨询有限公司,兰州730046 2.甘肃鼎辉建筑防水技术有限公司,兰州730040)

1 变电站屋面防水技术发展

1.1 国内外防水材料发展

从十九世纪末开始的近百年间,屋面防水材料主要以叠层石油沥青或焦油油毡为主,二十一世纪初在防水设计中仍占有一席之地;二十世纪六七十年代,随着科技创新和工业制造生产能力提高、各行业环保意识的增强,催化剂技术取得了极大的创新和突破,传统的石油沥青防水卷材应用急剧下降,玻纤胎或化纤胎以及高分子聚合物改性的沥青油毡大量研发和应用。自此,SBS 改性沥青防水材料、APP 改性沥青防水材料、TPO 改性沥青防水材料、三元乙丙橡胶卷材等新型防水卷材迅速推广应用。

20 世纪中期我国逐步开展防水材料的研制和发展,随着材料性能、生产工艺等研究成果的不断实现和应用,防水材料性能、防水卷材技术及工艺不断改良,主要有以下阶段:

首先,20 世纪中期,我国建立了第一个纸胎沥青油毡工厂,主要以苯乙烯焦油防水材料、乳化沥青防水材料等为主,其质量性能不稳定,对环境和人员危害较大。其次,60 年代后,60 年代中期出现了氯丁橡胶—青防水材料。基于对环境的保护等因素,70 年代出现了再生橡胶—青防水材料。最后,80 年代以来,高聚物改性沥青防水材料和合成高分子防水材料大量发展和推广。目前,我国防水材料发展主要有:以石油沥青为主、以高聚物材料作为改性介质,原料来源广泛,成本较低;以合成高分子材料为主的防水材料,性能优越,但价格较高。

1.2 自粘式防水材料发展

传统沥青防水卷材在工程应用中存在的通病—即不能实现单点防水。当卷材与基层出现不协调变形时,极易因应力分布不均而被撕裂、空鼓造成窜水,长时间发展很难查找渗漏点,难以根治漏水损害。基于这些工程痛点,国外防水行业首先提出了结构层与防水层附着式满粘的理念,即“皮肤式防水”理念。自此,防水材料的研究重点便落在了防水材料与混凝土结构层或专用粘结料之间的协同作用、附着机理上。

自粘防水卷材最早在国外研制推行,比如法国研制的SBS 自粘改性沥青防水卷材、意大利研制的APP 自粘改性沥青防水卷材、德国研制PVC 自粘防水卷材等。我国于二十世纪九十年代引入自粘卷材,并大力发展,研制出了符合我国工程建设用自粘防水卷材。张秀香等通过复合自粘三元乙丙(EPDM)橡胶防水卷材和复合自粘氯化聚乙烯橡胶共混得到了一种复合型的自粘橡胶沥青防水卷材;王洪立等[3]研发了一种通过增强胶粘层与基材之间咬合粘结性的新型自粘防水卷材。

随着使用要求提高和研发技术发展,自粘防水卷材研究重点逐渐转向对卷材与结构基面的反应粘结。该类卷材较传统自粘防水卷材发生了巨大变化,其主要特点是卷材与现浇混凝土发生化学反应及离子结合,形成一层致密、不透水的反应层,水密性好,不窜水、不受施工条件限制。反应型自粘防水卷材在国外大量发展,如美国“Preprufe”预铺防水卷材、格雷斯反应型自粘胶膜高分子防水卷材。

吉田建设(天津)科技发展有限公司与日本早川橡胶公司合作研制出反应型自粘橡胶防水卷材;袁军等[5]研制出了一种高分子自粘防水卷材,并实现了产业化。西牛皮防水科技有限公司研制出一种具有化学反应活性的功能型防水卷材—PS 反应粘结型防水卷材。

1.3 变电站屋面防水技术

变电站建筑因其电气工艺设备的特殊性,设有重要电气设备房间的屋面渗漏会极大地影响电气设备安全。《变电站建筑结构设计技术规程》(DL/T 5457-2012)规定,“屋面防水设计应符合现行国家标准《屋面工程技术规范》GB 50345 的有关规定。主控通信楼、配电装置楼(室)、继电器室等生产建筑物,应采用Ⅱ级屋面防水等级(两道防水设防)”。现行屋面工程技术规范(GB 50345-2012)中规定设防要求为两道防水设防的重要建筑屋面防水等级为Ⅰ级,因此变电站建筑物的屋面防水等级应按Ⅰ级防水等级设防。

2 变电站CPS 反应粘防水技术应用

目前随着国家电网输变电工程建设由传统模式向绿色建造方式转型升级,秉承“绿色低碳型、节能环保型、精益化管理、标准化设计、智能化建造”的建设理念,有效降低建造全过程对资源的消耗和生态环境的影响,减少碳排放,整体提升输变电工程绿色建造水平。本文提出将耐久性好、易维护、无毒的CPS 反应粘新型防水卷材应用于变电站屋面防水,实现绿色电网建设。

2.1 变电站屋面防水技术

CPS 反应粘全密封防水技术是用于混凝土结构密封防水的技术。CPS 反应粘防水卷材主要由高分子片材、增强层、密封胶、隔离膜等组成,如图1 所示。该类防水卷材采用湿铺法或预铺法施工。铺设CPS 反应粘防水卷材,其与基层混凝土或水泥凝胶粘结机理主要有:一是卷材与基层混凝土凝胶发生化学反应形成交联结构,融为一体;二是卷材胶料层在水泥固化过程中产生物理吸附和卯榫作用形成“皮肤式”粘结。该类卷材通过化学交联与物理卯榫的协同作用,在屋面防水系统中形成“二元”蠕变抗裂结构。

变电站屋面防水材料采用新型CPS 反应粘高分子防水卷材,如图2 所示。通过化学交联与物理卯榫协同作用,使得卷材与混凝土基面长在一起,粘结强度高,能有效抵抗外界应力破坏,刚柔相济,抗裂性能好,对基面平整度要求低,可湿铺,有效缩短工期。

图1 CPS 反应粘防水卷材组成

图2 西牛皮防水卷材

CPS 反应粘防水技术有以下特点:第一,粘结力大,不仅有物理吸附和卯榫作用,且在深入基层的卯榫部位产生化学键合作用,使卯榫和化学交联两种作用协同进行,使得粘接更为牢固;第二,粘接不可逆,由于相关部位存在化学键合作用,使得粘接不可逆;第三,粘接刚柔相济,通过物理吸附和卯榫作用形成柔性粘结,以消除由于基层变化产生的应力,而通过化学键产生的刚性粘结,使界面层有足够的粘结强度,能有效抵抗外界应力的破坏;第四,粘结更持久,与结构物同寿命,物理吸附和卯榫往往在溶剂、水汽或基面热胀冷缩的作用下,产生解吸附和脱卯榫的过程,从而使粘结力下降,失去永久封闭的防水效果。而通过CPS 反应粘防水技术产生的粘结,由于在卯榫部位存在化学键合作用,不受湿热循环、水汽溶胀、基层运动影响,而持久的产生粘附效果,使卷材的防水寿命与主体层相同。

2.2 变电站CPS 反应粘防水技术应用

变电站屋面防水系统施工时,将CPS 反应粘防水卷材湿铺于素水泥浆表面,一方面,其与水泥水化产物—水化硅酸钙、氢氧化钙中的Si-OH 基团发生化学反应,生成醚键,同时与水泥凝胶形成离子型交联结构,使得水泥素浆与防水卷材形成化学键而牢固连结。另一方面,防水卷材在卷材胶层与水泥凝胶表面形成张力,产生物理吸附;水泥固化放热使得CPS 反应粘胶层蠕变增加,深入混凝土的毛细管或孔隙形成卯榫结构。因此,将CPS 反应粘结防水卷材应用于变电站建筑物屋面防水系统,通过物理卯榫和化学交联的协同作用,与基层混凝土形成一体“二元”防水层结构,不仅能抵抗因温差等环境因素产生的破坏,还可修复基层混凝土微变形,起到长久防水的效果。根据《建筑防水系统构造(十二)》(19CJ40-12),采用CPS 反应粘防水技术时,Ⅰ级平屋面防水层采用双层防水卷材湿铺施工。根据图集标准做法,防水卷材可牢固地与混凝土形成互为一体的防水层,有效提高防水效果。同时,采用细石混凝土层铺设于CPS 防水卷材上表面,对防水卷材耐久性及使用寿命提供有效保护,现场施工过程如图3 至图4 所示。此外,CPS 反应粘防水卷材采用湿铺/预铺法施工,全过程绿色无污染,符合电网绿色建造的要求。

图3 防水卷材准备及铺设

图4 防水卷材养护及外观

3 变电站防水技术展望

变电站防水技术的提升应贯穿工程项目建设全过程,密切结合社会经济及行业前沿技术,走绿色发展之路。结合当前防水技术应用,变电站防水技术提升应采取下列措施:

3.1 密切关注行业发展,推进防水材料研发

行业发展动态是当前新型防水技术的应用与检验,通过对各类防水材料防水效果的对比、研究,可有效地了解各类技术存在的优点和弊病,提高材料的防水效果、延长使用寿命,加强耐久性,优化防水节点施工方式,不断改善防水效果。

3.2 规范工程设计、施工及使用

防水设计提出相应技术措施,为施工过程提供指导,降低施工难度,保障施工质量。施工应严格按照设计文件要求实施,定期检查防水系统是否正常,及时修复老化、破损部位,确保防水系统正常工作。

3.3 紧随时代进步,调整发展方向

在“双碳”目标的引导下,变电站防水措施应在建设、运维全过程全面向低碳、绿色的目标推进,统筹考虑安全、质量、效率、环保、生态等要素,将绿色发展理念融入工程策划、设计、施工、移交的建造全过程。

4 结论

第一,在“碳中和”、“碳达峰”时代发展背景下,新型防水材料的不断研发及推广应用极其重要。

第二,变电站屋面使用CPS 反应粘新型防水技术,低污染少工序,有效促进电网“双碳”目标的实现,推进绿色电网建设进程。

第三,在绿色电网建设过程中,应根据项目地域特征和功能要求,不断为防水材料性能、防水技术提出要求,加速改善防水效果,实现防水措施“边实践边优化、边研发边应用”的持续性发展模式。

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