聚氯乙烯胶泥在水利工程施工中的使用

刘秀华

(河南黄河河务局信息中心，河南 郑州 450003)

PVC大分子的研究始终被认为是艰难的工作，对其原因分析主要是未深入研究PVC大分子的基本特性。就所有问题，在探讨中均可从分子内部着手，针对分子间以及超分子结构层面上加以分析探讨[1]。因此，关于PVC的大分子量以及分子结构都很难改变或者描述。另外，由于PVC的热分解法反应过程所遵循的物理化学路线目前还没有明确，由此导致了实验检测上存在问题(尤其是在高温下)。在处理后的PVC中发生了高温降解和抗氧化，以及其在PVC树脂混合物中产生的过大熔体黏度，造成了PVC的研发流程显得较为繁琐。同时，PVC的热聚合过程还要求特定的工艺方法和程序。PVC的热分解反应所遵循的物理化学途径目前还不清楚，也容易导致试验检测存在问题，特别是在高温情况下异常更为明显。PVC实施处理后，发现出现高温降解和抗氧化，以及在PVC树脂混合物中的过大熔体黏度，这也导致PVC研发过程趋于复杂。针对PVC热聚合分析，还需采用特殊工艺及程序。此外，氯乙烯中也存在着更复杂的高分子动力学。

从超分子角度上，人们研究PVC的加工过程中初级物质所产生的熔融和凝胶材料化的问题，尚未得出合理解释。没有简单的办法估计凝胶的水平。这一方法，在挤出高刚性的PVC制品时还没有进行过基本的描述。

因为PVC流体可塑性和热稳定性都大大逊色于一些一般的塑料制品，如PE和PS。氯丙烯则基本上是由于自由基的聚合，因而导致分子结构中存在有大量异构形态，与之同时也容易产生功能缺陷[2-3]。这些因素，对PVC的实际应用都是必不可少的，同时由于它还产生了颜色问题，对高分子的化学稳定性、结晶度，在加工程序以及最后产物的动力学特性等方面均有重要影响。因此，通过深入研究PVC的颜色缺陷特性，可从更深层次认识在聚合反应过程中产生的不良反应。

1 聚氯乙烯胶泥的特点

建筑师、工程师们对钢筋砼预制板设计，采用了不同类型的防水接缝材料，具体如表1所示。由表1可知，存在5种防水接缝材料，分6个种类，将其一一列出实施衡量，其中分数为1～5分,5分为最好，1分为较差，由此可知各种材质的好坏。

表1 各种体系的考虑因素Tab.1 Considerations for various systems

由表1可知，聚氯乙烯胶泥具有多种独特性，主要体现在施工简便、材料来源简单、成本偏低、便于存放、气候影响小、施工保温性能好以及技术要求低等；另外也具备优异的物理力学性能。

2 聚氯乙烯胶泥的技术性能

因为聚氯乙烯(PVC)分子链中有氯元素的引入，燃烧时释放氯化氢(HCI)、氧化碳(CO)和甲苯等物质，使之产生了强力自熄性能：在相应高温下，抗磨损特性比硫化橡胶为高，同时有良好的热抗理化特性，还有优异的热力学特性，电绝缘特性和隔温特性也优异[1]。PVC在应用中存在2个比较大的缺陷：受热不稳定性和0.5%球脆性材料，即相对抗冲击性能差，这些都严重影响着PVC的发展。为此，学者们展开了一系列研究。在光照强烈环境下，针对PVC制品实施研究，从温度80 ℃开始进行了塑料软化，在高温达到100 ℃以上PVC制品会出现降解，且随着温度的提升，产品颜色会从白色变为棕色，后又转变为深褐色，这就对产品的外形产生了重要的影响。对于硬质度低的PVC成品的缺口，冲击强韧度一般为3～5 kJ/m2；同时，由于塑料制品存在较大的脆性，温度出现下降后，会导致塑料制品迅速变得非常硬、脆，进而对其使用性能产生影响；相对软质的PVC制品，则属于是从小分子塑化物(如DOP等)逐渐到塑料表层的过程。为实现对PVC外观特征的改善，可以适量的增加增塑物、填充材料以及润滑油质量等。聚氯乙烯胶泥的物理力学性能如表2所示。

表2 聚氯乙烯胶泥的物理力学性能Tab.2 Physical and mechanical properties of PVC cement

2.1 优良的物理力学性能

聚氯乙烯胶泥的气候适应性范围为-25～80 ℃，在我国南北大部分区域层面坡度建造中均可适用，同时也具备良好的弹塑性、粘附力和保温性能。

2.2 使用寿命长

聚氯乙烯胶泥本身存在一定弹性，且具备以下优势，例如粘性力强、老化速度慢、耐热性高、耐酸碱腐蚀性强等，适合在热环境中使用；同时也可以在冷环境中应用。温度适应范围广，施工方便，使用寿命长，防水效果佳。

2.3 介质浸泡性好

分别加入了5%、10%、20%浓度的HCI、H2SO4、HNO3溶液、水至十号滴出中的试样结果表明，仅外观上可见1～2 mm硬皮，而硬皮内部胶泥则黑亮、细腻、弹力如初。在其中加入稀碱水溶液后，试块出现膨大、疏松，表明在碱性介质情况下的性能并不佳。

2.4 胶泥对钢筋锈蚀影响

钢筋埋于胶泥中一年龄期钢筋并无生锈迹象，而胶泥也对钢材无腐蚀。

3 聚氯乙烯胶泥在防水工程中的应用

PVC与其他商品相比，具有成本低，长期稳定性和阻燃性，同时，PVC 的机械性能可以通过改变增塑剂的含量做成柔软材料也可做成硬质的材料。[6]因此，PVC被用作铁路领域的各种产品。例如，电缆和电线护套材料，铁路发动机内外部材料和建设的覆盖材料等。[7]

PVC薄膜是以在PVC树脂中加入稳定剂、增塑剂、阻燃剂等经过混合塑化后，利用压片机成型成一定厚度的薄膜。透明的PVC薄膜可以用来做塑料大棚和地膜，也可用作桌布、雨衣、包装等用途。

在混炼过程中，往PVC树脂中添加一定量的发泡剂即可生产发泡塑料制品，具有价格低廉、质量较轻，比硬度高，耐油，耐候等优异的特性，因而，也可用于生产发泡鞋垫、壁纸等的塑料制品。[8]

PVC涂料是在PVC树脂中加入一定的稳定剂、增塑剂、颜料、溶剂和其他添加剂，是一种广泛使用的车漆，主要用于汽车车身外底板、门密封，具有价格低廉，抵抗石击的能力和与其它漆膜配套使用性能优良等特点。[9]但是，由于PVC涂层厚度较大，所以外观过于粗糙，只能用在对于外观的质量要求不高的部位。

PVC还可使用纺丝技术，制成化纤，因为PVC的分子链上含有大量的溴原子在之间，所以PVC化纤也具备了难燃的特点；其抗拉强度和棉花相似，但断裂伸长率较棉花为大，韧性以及耐磨性能都高于棉花；吸湿性很小，可以接近于零：耐酸碱和抗氧化及还原性能都良好；易于大批量生产：较容易保持静电。[10]但，PVC纤维的耐热性能较差；洗染也相对困难。而PVC的化纤面料可作为工业滤布、服装、毯子、渔网、医药用布、椅垫、防护材料，以及各类针织品等。

PVC还被广泛的用于制作管材、板材、各种异型材、胶带等国民经济的各种领域，尤其是建筑领域中不可缺少的材料。

3.1 可发性聚苯乙烯泡沫板与聚氯乙烯胶泥在水利工程中的应用

3.1.1泡沫板的施工方法

将泡沫板按施工所需形状用美工刀或加热电阻丝裁剪成型，用铁钉(水泥钉)并结合胶带纸等固定在分缝的混凝土面或模板上。在混凝土入仓、平仓及振捣的过程中严格检查泡沫板是否脱落、破损。同时将散落的泡沫板碎块及颗粒随时清理干净、避免掺入混凝土。

3.1.2聚氯乙烯胶泥嵌缝施工的工艺

(1)混凝土浇筑完毕养护期满后，将伸缩缝内的泡沫板剔除(深约4 cm)，去除泡沫碎屑、浮渣、尘土等，并清洗干净。

(2)由于泡沫板遇热与有机溶剂发生反应而溶解·需用隔热材料(如水泥砂浆等〉作背底。施工时将普通水泥砂浆用扁铲压入缝内，抹平压实，厚约1 cm；

(3)待砂浆完全凝固干燥后，按配比熬制胶泥.塑化好的胶泥立即用壶往缝内浇注。胶泥浇灌要注意以下几点：①横缝节点处是一个薄弱环节，浇注胶泥时应从此处开始，然后向四面推进，使节点处胶泥形成一个整体；②施工缝宜搭接浇注，避免齐头对接；。③浇注分两次进行，头遍浇注缝深的1 /2、随即用小木条等揉搓，使底侧三面粘牢．再浇注第二遍直至灌满﹒溢出缝槽的胶泥用皮刷刷齐；④灌完后要检查胶泥与胶泥间是否有冷缝，胶泥与混凝土的粘接是否良好，否则用喷灯喷烤修补。

3.2 在水利工程中应用

陕西水利电力勘测设计院在1967～1971年首先将聚氯乙烯胶泥用于宝鸡峡塬上的渠道防渗施工。用聚氯乙烯胶泥接缝的渠段约71 km，总面积约133万m2，缝长约54.5万m，胶水泥用量为332 t。

自1971年施工验收以来，在宝鸡峡塬边渠混凝土衬砌伸收缩用胶混凝土时，经实测，整个沟渠的利用层含量均超过99%.但从土壤的自然含水率计算结果，凡是使用了聚氯乙烯胶泥地段，土壤质量一般都较好，在混凝土板的自然沉降过程中裂缝的土壤含水率均仅为17%～19%。已接近于自然含水率。渠道衬底的地下含水率比较稳定，而塬边渠道很砼混凝土模筑的衬砌式裂缝较少。[11]从这些特征可以看出，聚氯乙烯胶泥作为渠道中砼模筑衬砌式沉降和裂缝的一种非常理想的材料。

3.3 聚氯乙烯胶泥在应用中的发展

聚氯乙烯胶泥自20世纪60年代研制成功以来，大量用于屋面工程、水利工程及墙板的柔性防水接缝。自20世纪70年代以来，聚氯乙烯胶泥还扩大应用于屋面混凝土板面防水，也用于修建工程以及作为冷施工防水涂料。

3.3.1聚氯乙烯胶泥用作屋面及防水涂层

20世纪70年代以来，聚氯乙烯胶泥被大量用于屋面板上防水涂料，是指板上涂料先在南方人刚刚开始应用，随后推广到了北部区域，首先用作非保温屋面材料，继而用作北方地区的保温屋面材料。应用建筑工程既有大中型工业厂房屋面，又有民生建筑屋面，其总用量比聚氯乙烯胶泥作为接缝防水的应用还要多。[13]

聚氯乙烯胶泥用于的屋面防水层起初为二涂或三涂，总涂膜厚为1～2 mm，这种做法主要适用于南方的非完全保温屋面。因为楼板钢度比较高，没有裂缝，在地板缝有胶泥连接的情况下，整个屋面保温问题也就不是很突出了，所以能有效的整体保温。若干年来后，因为非保温性能的屋面板表层基本无裂纹、刚性都很好，即板上的胶水泥破坏后屋面整体防水性能问题也不严重，不渗不漏。[14]但对于面板表层刚性就不好，尤其用于保温性能屋面的水泥砂浆在找平层施工时裂纹较多、后期裂缝扩展很大的屋面，用二涂、三涂等胶泥防水涂料的施工方式，其渗漏状况也就比较多，甚至出现了后浇带的设计问题。

20世纪70年代末、80世纪初期，聚氯乙烯胶泥作为房屋保护层已开展和窗户布配合应用，一般采用一布三油或二布四油，厚度范围从最初的1～2 mm到3～4 mm或4～5 mm，用量一直用到5～6、7～8 kg/m2。这种做法成功得比较多，有的可以用到10年保持不渗不漏。

3.3.2聚氯乙烯胶泥在翻修工程中应用

油毡外墙保温是中国房屋保温的常规措施，其应用年限方面决定水毡的品质，决定建筑的应用情况。由于油毡本身材料的低温脆性和抗老化性能不佳，所以当油毡过了一定期限就会出现各种情况。如果针对油毡屋面实施聚氯乙烯胶泥养护，也就不必彻底铲除油毡屋面防水层，进而减少工程量[12]。

对油毡屋面的纵缝开裂，一般是把纵缝左右50 mm的油毡去掉，挖去缝格里的水泥或混凝土，将裂缝深度保留在20 mm以内。去除尘土和杂质，浇注聚氯乙烯胶泥直至外溢板上，并遮盖接缝2侧油毡20 mm左右，油毡为鼓泡状，可从鼓泡状部开刀，并去除从板上脱开的油毡，再除去尘土，最后将聚氯乙烯胶泥浇注至砼受电设备部位，并遮盖油毡约28 d，然后趁热刮平[13]。

此外，针对翻修外墙，如果油毡的破损已经重度，或者部分修补已很难，而且受到了外墙荷载的影响，也不可以采用二毡三油，而是使用聚氯乙烯胶泥先对接缝实施处理；然后在应用二布四涂法，实现对整个建筑工程的保护。

南方轻型自防水屋面所形成的裂纹、滑坡、飘雨等，均使用了聚氯乙烯胶泥完成了保护处理过程。

3.3.3PVC弹性冷涂料的研制与应用

聚氯乙烯胶泥在大型屋面板施工中，其是一个重要的板上涂料，如果能够合理设计防水施工工程，同时正确使用防水技术，可以取得良好的外墙防水施工的效果。聚氯乙烯胶泥用于高温建筑，在施工过程中通常建筑条件较差，严重影响职工身体健康，同时也容易出现环保问题。近年来积极开展针对聚氯乙烯胶泥冷涂装技术及其改良，制成的改性PVC胶水泥冷涂装的研究与应用，已取得了可喜的成绩。

APT弹性防水涂料，即在普通聚氯乙烯胶泥中适当加入部分高分子改性乳液，进而将其转化为防水结构冷涂膜，主要特点为便于冷施工、耐久性好以及弹塑性佳。当前有些城市已开始生产，主要将其在道路修建以及屋面改造等防水工程中使用，且已经取得显著效益。

4 探讨

4.1 聚氯乙烯胶泥的应用前景问题

聚氯乙烯胶泥从1973年以来，已普遍应用于工业和民用的建筑防水工程，据统计在20世纪70、80年代，房屋接缝建筑物设计的90%以上都是采用了聚氯乙烯胶泥；而自20世纪70年代聚氯乙烯胶泥对于房屋板建筑物设计应用较为广泛，使用范围越来越广，效益显著[14-15]。

聚氯乙烯胶泥的质量规范按照《聚氯乙烯建筑防水材料》(ZBQ 24001—1985)检验，标准中具体规定聚氯乙烯胶泥的应用范围，针对其测试方法、检测方式以及技术性指标均提出了具体的要求，生产厂家必须严格依照相关指标对其质量实施检测，设计师需要依照其技术指标和应用范围将其在合适部位进行应用；使用单位也需要依照相关规定复验施工产品，以能够进一步提升其使用质量，由此减少不良产品的扩散。

聚氯乙烯胶泥当前在建筑屋面防水层的使用，还未专门制定相应的技术标准，因此不但要求相关主管部门制订聚氯乙烯胶泥作为屋面建筑的防水涂料技术标准，同时在未完善相应技术标准前，可以依照相近厚质沥青涂层标准作为相应的技术标准，以保障应用[16]。

在目前用作房屋防水及不同类型建筑防水接缝材料中，聚氯乙烯胶泥的应用范围广泛，用量大，属于是一种成本低、性能优异的建筑材料。基于当今国情，将这种复合材料用作现代建筑的接缝材料也大有可为。

聚氯乙烯胶泥作为外墙防水涂料使用，不但要制定具体的技术规范、技术标准，也需要制定具体的施工要求。在当前PVC弹性防水涂料研究发展中，主要方向为加大研制特性较好、气冷施工涂料，进而促进PVC弹性防水涂料的更新换代。

4.2 聚氯乙烯胶泥作屋面防水涂层问题

聚氯乙烯胶泥本身价格较低，性能优良，得到了广大厂家以及施工单位的欢迎，在市场上也发展迅速。聚氯乙烯胶泥在外墙涂料及建筑接缝密封处理中所使用的均为同一种原料，在接缝密封处理后则主要应用的是柔度弹塑性特性；外墙涂料中则应用的是具有弹性和延展性特点，所以在配制上做些调整也是完全必要的。同时结合了屋面防水涂料的特性特点，开发适当的防水涂料配方，是今后进一步发展这种新型建筑材料功能的方向[17-18]。

5 结语

当前以聚氯乙烯胶泥为基体进行改良，一方面能够有效研究可以在屋面防水工程涂层加冷施工中使用的中档防水涂料，制定具体的标准；另一方面以胶混凝土为基体，生产柔性卷材防水层用于屋面防水涂料，则是一种较好的改良措施和技术更新换代的必然产物[17,19]。