地下粮仓中聚丙烯防水塑料板焊缝抗水压强度试验研究

席达，王振清，张庆章，丁明

（河南工业大学 土木建筑学院，河南 郑州 450001）

0 前言

地下粮仓具有低温储粮、隐蔽性强、节约国家土地资源等优势。由于聚丙烯塑料力学性能较好、无毒无害、易于施工、经济性好，十分适合作为防水内衬材料在地下粮仓中使用。塑料焊接工艺技术成熟；焊接时不产生有毒气体，绿色环保；焊接完成后，构件密封性能好，防渗防漏，适合在连接塑料板时使用[1]。目前。针对地下粮仓中防水聚丙烯塑料板焊缝抗水压强度的研究还较少，没有相应的依据，对实际施工和应用带来困难。

本文提出了可应用于地下粮仓的聚丙烯塑料板3种不同类型的焊缝形式，并针对不同的焊缝形式，通过试验研究其抗水压强度。

1 聚丙烯塑料板之间采用焊接技术的优势以及焊接方法的选择

塑料焊接是一种十分成熟的技术，在电子、汽车制造、食品等常见行业中广泛应用。随着建筑行业的不断发展，塑料在建筑行业中的应用不断增加。将塑料焊接技术应用到地下粮仓中连接加固防水塑料板是一种创新，有很多无可替代的优势[2-3]：（1）施工工艺简单，易于操作；（2）构件在很短的时间内熔解并重新结合，可缩短工期；（3）采用塑料焊接技术连接和加固后的构件水密性、气密性好，可以很好地保证构件的整体性；（4）目前工程中常用的热风焊接技术，焊缝力学性能好，焊接设备便于携带，焊接工艺简单易操作，是一种成熟的塑料焊接技术[4]。

2 适用于地下粮仓的几种不同的焊缝形式

地下粮仓位于地下，密闭性好，人员和施工机械进出都较为困难，所以在保证焊缝强度的前提下，应尽量保证焊缝形式简单、施工方便，同时兼顾经济性。基于以上几点，本文提出了3种适用于地下粮仓的聚丙烯塑料板的焊缝形式，见图1。

图1 焊缝形式

2.1 坡口焊缝

坡口焊是形式较为简单，结构较为基础的一种焊缝形式。沿着2块塑料板待焊接的2条边切出平整的斜坡，斜坡角度可根据工程需要确定。将2个斜坡对接在一起，在中间的坡口填入聚丙烯塑料焊条焊接，焊接方式采用热风焊。这种焊缝的特点为形式简单，经济性好，易于施工。

2.2 焊接盖板的坡口焊缝

这种焊接形式较坡口焊稍微复杂，在焊接完成的聚丙烯坡口焊试件上增加一个聚丙烯塑料盖板，盖板尺寸可根据工程需要确定，盖板与底部聚丙烯塑料板之间采用角焊的方式，将盖板平铺在坡口焊的坡口上，把焊条填入盖板侧边与底板间的直角内，焊接方式采用热风焊。该焊缝为坡口焊缝的一种加固形式，力学性能更好，形式也较为简单。

2.3 粘贴并焊接盖板的坡口焊缝

这种焊缝是在焊接盖板的坡口焊缝的基础上增加了粘合剂，比焊接盖板的坡口焊缝形式稍微复杂。将盖板平铺在坡口焊的坡口上，在盖板和底板之间涂抹无毒无害、力学性能和防水性能好、可在粮仓中使用的粘合剂。待粘合剂完全凝固后再把焊条填入盖板侧边与底板间的直角内，进行热风焊。该焊缝为焊接盖板的坡口焊缝的一种加固形式，防水抗渗性能较好，力学性能较前2种焊缝也更好，施工工艺稍显复杂。

3 不同塑料板度厚度及焊缝形式的抗水压性能试验

3.1 材料准备及试件制作

试验的目的是测试不同塑料板厚度、不同焊缝形式的焊缝可以抵抗实际地下深度的水压及塑料板厚度和焊缝形式对焊缝抵抗水压力大小的影响。参考《土木工程实验手册》设计试件，试件的长、宽分别为500 mm、250 mm，坡口角度为90°，粘合剂选择无毒无害，防水性能和力学性能较好的双组分硅酮结构胶，盖板的长、宽分别为100 mm、200 mm。厚度分别为5、8、10 mm。带盖板的试件，盖板厚度和底板相同。焊缝形式分别为坡口焊缝、焊接盖板的坡口焊缝、粘贴并焊接盖板的坡口焊缝。试验共分为9组。

试验模拟工程实际情况，将试件粘贴在底部带有注水口的混凝土板上。将粘贴完成试件静置7 d，待结构胶完全凝固后方可进行试验。

3.2 水压试验过程及结果

试验采用QJ-1.5/14自动增压泵（扬程0～100 m）模拟地下水，自动增压泵可以不断对水加压。加压时采用分级加载的方式，每级0.1 MPa，加载时间2 min。发现试件破坏时停止加压，记录破坏时的压强。试验装置见图2。

图2 试验加载

在焊缝坡口角度为90°、焊料为聚丙烯焊条、试件盖板与底板厚度相同的条件下，得到各试件抗水压强度和对应破坏压强的地下水深度如表1所示。

表1 焊缝试件抗水压强度试验数据

3.3 水压实验结果分析

将抗水压强度试验数据以塑料板厚度和焊缝形式为依据，分为2部分进行分析。根据抗水压强度可以计算出对应的地下水深度。

3.3.1 塑料板厚度对试件抗水压强度的影响

控制焊缝形式，将聚丙烯塑料板厚度作为影响因素对实验结果进行分析。当聚丙烯塑料板从5 mm增加至8 mm，坡口焊缝、焊接盖板的坡口焊缝、粘贴并焊接盖板的坡口焊缝抗水压强度分别提高了43.2%、87.1%、89.9%；当塑料板从8 mm增加至10 mm，坡口焊缝、焊接盖板的坡口焊缝、粘贴并焊接盖板的坡口焊缝抗水压强度分别提高了33.3%、31.9%、25.2%。

3.3.2 焊缝形式对试件抗水压强度的影响

控制塑料板厚度，将焊缝形式作为影响因素对试验结果进行分析。塑料板厚度为5 mm时，焊接盖板的坡口焊缝比坡口焊缝抗水压能力提高约40.1%，粘贴并焊接盖板的坡口焊缝比焊接盖板的坡口焊缝抗水压能力提高了约11.3%；塑料板厚度为8 mm时，焊接盖板的坡口焊缝比坡口焊缝抗水压能力提高了约84.1%，粘贴并焊接盖板的坡口焊缝比焊接盖板的坡口焊缝抗水压能力提高了约12.9%；塑料板厚度为10 mm时，焊接盖板的坡口焊缝比坡口焊缝抗水压能力提高了约82.1%，粘贴并焊接盖板的坡口焊缝比焊接盖板的坡口焊缝抗水压能力提高了约7.2%。

4 结语

结合施工条件和实际工程情况，提出了3种聚丙烯塑料板焊缝形式，并通过试验分析了不同塑料板厚度、不同焊缝形式对焊缝抗水压强度的影响，对防水塑料板焊接提供新的理论依据和实际方法，为地下粮仓防水防潮工程提供新的思路，对实际工程有一定的指导意义。