水利工程橡胶止水现场硫化热粘接接头强度对比分析

龙志勇，宋慈勇，柯敏勇

（1.水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，江苏 南京，210029；2.中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津，300222）

0 引言

橡胶止水带就是利用橡胶材料在受力时产生高弹形变而设置在混凝土变形缝处来阻止水的流动和扩散而制成的扁带状橡胶止水结构，它必须在应用范围内连续不断或交圈闭合，在浇筑混凝土时被预埋在变形缝内与混凝土连成一体[1]。

目前水利工程橡胶止水施工，因止水材料本身尺寸的限制，多数情况下现场需要采用硫化热粘接[2]进行施工，因此橡胶止水接头[3]是止水结构最薄弱的部位，接头质量的好坏直接影响到了工程后期的止水效果。橡胶止水接头质量，主要以接头抗拉强度与母材抗拉强度的比值来衡量[4]。按照《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》GB/T528-2009/ISO37：2005，接头按无帮条工况进行检测（详见图1），但现场实际施工时多数情况增加了上下面帮条[5]措施（详见图2）。因此有必要开展增加帮条工况下抗拉强度试验，进行对比分析。

图1 无帮条工况连接示意图

图2 有帮条工况连接示意图

1 工程实例

涡河蒙城枢纽[6]建设工程是涡河上一座集防洪、排涝、蓄水灌溉、交通航运于一体的Ⅲ等大（2）型水利枢纽工程，其主要建筑物包括船闸和节制闸两部分。节制闸为大（2）型水闸，开敞式结构，共8联16孔，单孔净宽10m，总过流宽度160m；船闸为Ⅳ级，船型按500t级兼顾1 000t级设计，闸室有效尺寸为240m×23m×4.20m。上闸首与1#闸室、闸室与闸室分缝、下闸首与12#闸室底板、墩墙设置双道止水（铜片止水+橡胶止水带），闸室12个结构段输水廊道之间设置双道环形橡胶止水带，船闸上、下闸首与上、下游联结段分缝设置单道橡胶止水带，上、下游导航墙各结构段分别设置单道橡胶垂直止水带，上游铺盖及下游护坦设置单道橡胶水平止水。节制闸闸室底板、左右岸墙、上游铺盖、下游消力池、上下游翼墙之间设置双道水平止水（铜片止水+橡胶止水带）。闸墩缝墩设置了双道橡胶垂直止水带，上下游翼墙墙身各结构段迎水面和背水面分别设置双道橡胶止水带，左右岸墙墙体和边墩多处设置双道橡胶止水带。

橡胶止水材料的母材料质量和接头质量直接影响枢纽工程止水效果。由于橡胶止水带本身尺寸的限制，实际工程使用中需要连接。枢纽主体使用的橡胶止水带规格为350mm-12mm-20mm（宽-厚-圆孔半径）。根据设计要求，橡胶止水带母材性能指标应满足《高分子防水材料第2部分止水带》（GB18173.2-2014）要求。橡胶止水带现场连接的方法采用硫化热粘接。为了增强接头效果，本工程橡胶止水带现场粘结工艺是在采用10mm生胶进行硫化热粘结的基础上，在橡胶止水带的两面还增加了150mm的帮条。

为了分析研究橡胶止水带增加帮条的接头效果，我们开展了橡胶止水带接头强度的室内试验，分别对无帮条、增加帮条两组工况下的橡胶止水带接头强度进行试验分析，对比分析两组工况下的接头效果，验证增加帮条工况下橡胶止水带接头效果的可靠性。

2 试验方法及工况

试验采用SANS生产的万能试验机，如照片1所示，最大量程为5kN，配有多种类型的夹具及大变形测量系统，可以进行橡胶止水带各个形状试样的拉伸试验。

照片1 CMT6503型万能试验机

对无帮条和增加帮条两组不同工况橡胶止水带接头强度开展试验：

（1）无帮条工况，橡胶止水带的母材及接头取三种类型试样：哑铃状试样[7]、条状试样和片状试样（试验材料见照片2）。条状试样取样方向为宽度方向，片状试样取样方向为厚度方向，试样如图3、图4、图5、图6所示。

图3 哑铃状1型试样示意图

图4 条状试样示意图

图5 片状切口型试样示意图

图6 片状全断面试样示意图

照片2 试验材料

（2）增加帮条工况，橡胶止水带的母材及接头取片状试样，宽度分别取2mm和5mm，试样如图3。此外采取两种夹持方式开展试验，第一种是两端夹具夹持在帮条部位，进行全断面拉伸试验；第二种是两端夹具夹持在母材部位，真实反映帮条对橡胶止水带接头的增强效果。

为了真实反映橡胶止水带硫化热粘结接头效果，接头试样和对比的母材试样取自同一截面。哑铃型试样按照《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》（GB/T528-2009/ISO37：2005）进行试验，条状试样和片状试样参照《土工合成材料测试规程》（SL 235-2012）进行试验。

两组工况的试验项目汇总表如表1所示。

表1 各工况试样数量、试样形状及试样尺寸

3 试验结果分析

3.1 无帮条工况橡胶止水带拉伸试验结果

哑铃型试样母材拉伸和接头拉伸试验结果见表2。

由表2可知，哑铃型试样橡胶止水带的母材断裂强度平均值为14.9MPa，断裂伸长率平均值为487%，符合规范[8]≥380%的要求。哑铃型试样橡胶止水带的接头断裂强度为8.4MPa，满足不小于7.5MPa的要求值。我们定义接头效率=接头强度/母材强度，可计算得到哑铃型试样接头效率，见表3。

表2 哑铃型试样母材及接头拉伸试验结果

表3 哑铃型试样接头效率

条状试样（25mm×2mm）母材拉伸和接头拉伸试验结果见表4，计算的接头效率见表5。

表4 条状试样（厚度2mm）母材及接头拉伸试验结果

表5 条状试样（厚度2mm）接头效率

片状试样（宽度2mm）母材拉伸和接头拉伸试验结果见表6，计算的接头效率见表7。

表6 片状试样（宽度2mm）母材及接头拉伸试验结果

表7 片状试样（宽度2mm）接头效率

3.2 增加帮条工况橡胶止水带拉伸试验结果

片状试样（宽度2mm，两端夹持帮条部位）母材拉伸和接头拉伸试验结果见表8，计算的接头效率见表9。

表8 片状试样（宽度2mm）母材及接头拉伸试验结果

表9 片状试样（宽度2mm）接头效率

片状试样（宽度5mm、两端夹持帮条部位）母材拉伸和接头拉伸试验结果见表10，计算的接头效率见表11。

表10 片状试样（宽度5mm）母材及接头拉伸试验结果

表11 片状试样（宽度5mm）接头效率

片状试样（宽度2mm、两端夹持母材部位）母材拉伸和接头拉伸试验结果见表12，计算的接头效率见表13。

表12 片状试样（宽度2mm）母材拉伸试验结果

表13 片状试样（宽度2mm）接头效率

片状试样（宽度5mm、两端夹持母材部位）母材拉伸和接头拉伸试验结果见表14，计算的接头效率见表15。

表14 片状试样（宽度5mm）母材拉伸试验结果

表15 片状试样（宽度5mm）接头效率

3.3 试验结果分析

根据7组试验的橡胶止水接头效率分析可知：

无帮条工况下3种试样形状的橡胶止水带接头效率，哑铃型试样为0.56，条状试样和片状试样均为0.54，试样形状对橡胶止水带的接头效率几乎没有影响。

对比分析增加帮条工况2种试样形状的橡胶止水带接头效率，在夹持帮条部位情况下，宽度2mm试样的接头效率为0.85，宽度5mm试样接头效率为0.80；在夹持母材部位情况下，宽度2mm试样的接头效率为0.62，宽度5mm试样接头效率为0.64。厚度对接头效率的相关性不明显。实际上，由于橡胶止水带制样过程中需要打磨，在制作成宽度2mm试样时，试样容易受到磨损，可能试样会有一点的不均匀性，因此接缝效率可能存在的一定的偏差。

橡胶止水带硫化热粘结时在无帮条工况下接头效率为0.54，在增加帮条后，全断面拉伸强度提高至母材强度接头效率的0.85，增强效果明显，但分析实际橡胶止水带在增加帮条时的增强效果，应采用母材断面的试验结果，也就是增加帮条工况，橡胶止水带的接头效率从0.54增加至0.62，增加了14.7%。

4 结语

以涡河蒙城水利枢纽橡胶止水施工为实例，通过现场硫化热粘接接头强度试验对比分析，得到如下结论：

（1）橡胶止水带的母材断裂强度平均值为14.9MPa，断裂伸长率平均值为487%，符合规范≥380%的要求。接头强度为8.4MPa，符合规范第10.2.3条“必要时进行强度检查，拉伸强度不应低于母材强度的75%”[9]的规定，即接头拉伸强度应不小于7.5MPa。

（2）增加帮条后，帮条部位全断面拉伸强度达到母材强度的0.80以上，增加帮条工况橡胶止水带的接头强度比无帮条工况的接头强度增加了14.7%，增加帮条对橡胶止水带接头强度有明显的增强作用。

（3）现场由于硫化热粘结条件的限制，接头效率实际难以达到0.6，在增加帮条后，接头效率增加至0.62以上，满足了规范中6.1.4规定：橡胶止水带的接头强度与母材强度之比应满足不小于0.6的要求[10]。

建议在工程后续橡胶止水带的粘结时，注重分析总结橡胶止水带接头粘接工艺，不断提高橡胶止水带接头质量，保证橡胶止水带的止水效果和工程安全运行。