一种水利水电工程中的防渗止水结构及方法

技术领域

本发明涉及水利水电防渗止水技术领域，具体地指一种水利水电工程中的防渗止水结构及方法。

背景技术

管道是水利水电工程项目施工中十分重要的输水建筑物，水利水电施工工程中的输水路程远，需要将多节管道逐一连接起来形成长输水管道，多节管道连接会减弱管道与管道之间的接口强度，相邻管道之间的接口强度薄弱就容易出现渗水的问题，针对管道接口渗水的问题，现有技术出现了大量的管道防渗止水结构，例如防渗止水带、防水密封垫圈、防漏止水套等结构。

现有的管道接口防渗止水结构大多都结构简单，而且都是从管道外部对管道接口进行防漏止水，管道外部的环境复杂，管道接口防渗止水结构容易老化、损坏，使得现有防渗止水结构的防漏止水效果差，时效短。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种水利水电工程中的防渗止水结构及方法，解决目前管道接口防渗止水结构简单，只能从管道外部对管道接口进行防漏止水，防漏止水时效短，效果差的问题。

本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种水利水电工程中的防渗止水结构，包括位于两根管道之间的套管，所述套管端部通过连接件与管道内壁连接，所述套管外侧与管道内侧及连接件表面之间形成密封腔，所述密封腔内注有密封胶，两根管道接口处设有外防渗结构。

优选地，所述密封胶包括以下重量份数的组分：50-60份环氧树脂、25-30份硅氧烷、5-10份丙烯酸树脂、10-20份交联剂、10-20份硅烷偶联剂、10-15份固化剂、15-30份滑石粉。

优选地，所述硅氧烷为聚二甲基硅氧烷，硅烷偶联剂为烯丙基三甲氧基硅烷，密封胶的具体配比为：56份环氧树脂、30份硅氧烷、10份丙烯酸树脂、15份交联剂、20份硅烷偶联剂、12份固化剂、30份滑石粉。

优选地，所述外防渗结构包括包裹在两根管道接口处的防渗止水的胶片，胶片所在位置的管道接口处设置有与管道匹配的管夹，管夹由两块通过螺栓连接固定的弧形板组成，两块弧形板连接形成夹紧在管道外部的圆形卡箍。

优选地，所述管夹的内壁上设置有弹性压垫，弹性压垫将胶片包围在其内侧；胶片为弹性聚氨酯防渗漏止水胶片；弹性压垫包括以下重量份数的组分：80份天然橡胶、20份丁基橡胶、8份混合纤维丝、50份三元乙丙橡胶、3份氯化石蜡、3份氧化锌、2份碳酸钙、4份环烷烃油、8份白炭黑、辅料。

优选地，一根管道的上方设置有与密封腔连通的注胶管，另一根管道的上方设置有与密封腔连通的溢出管，通过注胶管向密封腔内部灌注密封胶。

优选地，所述套管的一端通过同侧的连接件与一根管道的内壁连接固定，套管的另一端通过同侧的连接件与另一根管道内切并滑动连接；所述连接件为与套管中心轴重合的锥形短管，连接件与套管连通并且连接件的窄端与套管对应的管口连接固定。

优选地，两根管道之间还设有管道拉紧结构，所述管道拉紧结构包括配套的水平轴与卡盘，水平轴通过法兰盘与一根管道连接固定，卡盘也通过法兰盘与另一根管道连接固定，水平轴水平放置在对应管道的上方，卡盘的中心轴与水平轴的中心轴重合；当两根管道焊接在一起后，水平轴穿过卡盘并且卡盘与水平轴连接固定。

优选地，所述连接件与套管的接口处缠绕有止水胶带，止水胶带缠绕在连接件与套管的接口外壁上，止水胶带的厚度为8-10mm；套管外壁与管道内壁之间的间距为1-2cm。

另外，本发明还公开上述水利水电工程中的防渗止水结构的防渗止水方法，它包括如下步骤：

S1：将套管两端分别与连接件固定连接，将其中一个连接件与一根管道内部固定连接，然后推动该管道向另一根管道移动，直至两根管道的端部接口能够接触为止；在两根管道相互靠近的过程中，水平轴穿过卡盘；

S2：两根管道的端部接口接触后，将卡盘锁紧水平轴，使得两根管道不会发生分离的现象，避免在连接两根管道的过程中，两根管道之间出现缝隙，保证两根管道连接处的密封性；

S3：将胶片缠绕在两根管道的端部接口处，随后用管夹夹持在胶片所在位置，使得管夹内侧的弹性压垫将胶片包覆在内；

S4：通过注胶管向密封腔内灌注密封胶，密封胶填充满密封腔后，多余的密封胶从溢出管流出，从而保证密封腔内部填充满密封胶，密封胶固化后即完成整个过程。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的这种水利水电工程中的防渗止水结构具有内防渗结构及外防渗结构，能够从管道内部及外部进行双向防渗止水；

2、本发明解决了目前管道接口防渗止水结构简单，只能从管道外部对管道接口进行防漏止水，防漏止水时效短，效果差的问题；

3、本发明基于现有的防渗止水结构，增加了管夹、弹性压垫，一方面加强了防渗止水胶片与管道壁的贴合度，防渗止水效果更好，另一方面对胶片进行了防护，有助于增长胶片的使用寿命，解决了现有技术中防渗结构暴露在管道外部的环境，使用寿命短的问题；

4、本发明加装了管道拉紧结构，能够保证两根相邻管道紧密连接，提升了管道自身的防渗功能。

5、本发明的密封胶耐温性能好、固化速度快、粘结强度高，防渗止水效果好。

附图说明

图1为本发明管道连接结构示意图；

图2为本发明管道连接时的内部结构示意图；

图3为本发明的管道拉紧结构示意图；

图4为本发明连接件结构示意图；

图5为本发明套管和连接件的连接结构示意图；

图6为本发明管夹的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-套管，2-连接件，3-管道，4-密封腔，5-注胶管，6-溢出管，7-胶片，8-管夹，9-弹性压垫，10-水平轴，11-卡盘，12-法兰盘。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1至6所示，一种水利水电工程中的防渗止水结构，包括位于两根管道3之间的套管1，所述套管1端部通过连接件2与管道3内壁连接，所述套管1外侧与管道3内侧及连接件2表面之间形成密封腔4，所述密封腔4内注有密封胶，两根管道3接口处设有外防渗结构。

优选地，所述密封胶包括以下重量份数的组分：50-60份环氧树脂、25-30份硅氧烷、5-10份丙烯酸树脂、10-20份交联剂、10-20份硅烷偶联剂、10-15份固化剂、15-30份滑石粉。

本发明先将环氧树脂密封胶与丙烯酸树脂进行交联获得新的聚合物树脂，又将新的聚合物树脂与硅氧烷、硅烷偶联剂进行偶联后再与固化剂、滑石粉混合，能够获得一种耐温性能好、固化速度快、粘结强度高，防渗止水效果好的密封胶。硅氧烷、硅烷偶联剂能够提升密封胶的耐高温性能及粘接强度；丙烯酸树脂密封性好，能够提高管道壁空隙的密封性，密封性越好防渗效果就越好。环氧树脂有绝缘、防水、防油、防尘、力学性能高、粘接性强等特点。本实施例将环氧树脂与丙烯酸树脂交联后新的聚合物树脂的固化速度显著提高，得到的密封胶比环氧树脂、丙烯酸树脂单一组分的密封胶固化速度快。本实施例中各个组份的加量范围基于现有技术中单独组分的环氧树脂密封胶及单独组分的丙烯酸树脂密封胶的量来改良的，滑石粉为现有的环氧树脂密封胶、丙烯酸树脂密封胶常用的辅料，滑石粉的加量直接利用现有技术中的加量范围，硅氧烷、硅烷偶联剂的加量是配合环氧树脂、丙烯酸树脂的加量进行调整的，硅氧烷、硅烷偶联剂的加量越多，最后得到的密封胶的粘接强度呈现先增后减的变化趋势，因此，本实施例优选了组分的配比范围(具体可见下方实施例1至4以及对比例1至3的密封胶性能检测数据分析)。

优选地，所述硅氧烷为聚二甲基硅氧烷，硅烷偶联剂为烯丙基三甲氧基硅烷，密封胶的具体配比为：56份环氧树脂、30份硅氧烷、10份丙烯酸树脂、15份交联剂、20份硅烷偶联剂、12份固化剂、30份滑石粉。上述配比是在组分配比范围中优选出来的最佳配比，得到的密封胶的综合性能最佳。密封胶在65℃/80％的相对湿度下老化两周后粘附力没有任何变化。

优选地，所述外防渗结构包括包裹在两根管道3接口处的防渗止水的胶片7，胶片7所在位置的管道3接口处设置有与管道3匹配的管夹8，管夹8由两块通过螺栓连接固定的弧形板组成，两块弧形板连接形成夹紧在管道3外部的圆形卡箍。

优选地，所述管夹8的内壁上设置有弹性压垫9，弹性压垫9将胶片7包围在其内侧；胶片7为弹性聚氨酯防渗漏止水胶片；弹性压垫9包括以下重量份数的组分：80份天然橡胶、20份丁基橡胶、8份混合纤维丝、50份三元乙丙橡胶、3份氯化石蜡、3份氧化锌、2份碳酸钙、4份环烷烃油、8份白炭黑、辅料。本实施例基于现有的橡胶组分，将天然橡胶、丁基橡胶、三元乙丙橡胶三种主要原料进行复配，再结合常用的配料，例如混合纤维丝、氯化石蜡、氧化锌、碳酸钙、环烷烃油白炭黑、辅料，能够得到高弹性的压垫，还同时具备优良的耐磨、耐温、防水等性能，各组分的配比基于现在的配比进行了调整，得到了各个组分的最佳配比。本实施例的弹性压垫完全能够满足防渗止水胶片的压紧及防护要求。

优选地，一根管道3的上方设置有与密封腔4连通的注胶管5，另一根管道3的上方设置有与密封腔4连通的溢出管6，通过注胶管5向密封腔4内部灌注密封胶。

优选地，所述套管1的一端通过同侧的连接件2与一根管道3的内壁连接固定，套管1的另一端通过同侧的连接件2与另一根管道3内切并滑动连接；所述连接件2为与套管1中心轴重合的锥形短管，连接件2与套管1连通并且连接件2的窄端与套管1对应的管口连接固定。

优选地，两根管道3之间还设有管道拉紧结构，所述管道拉紧结构包括配套的水平轴10与卡盘11，水平轴10通过法兰盘12与一根管道3连接固定，卡盘11也通过法兰盘12与另一根管道3连接固定，水平轴10水平放置在对应管道3的上方，卡盘11的中心轴与水平轴10的中心轴重合；当两根管道3焊接在一起后，水平轴10穿过卡盘11并且卡盘11与水平轴10连接固定。优选地，卡盘11为三爪中空卡盘。

优选地，所述连接件2与套管1的接口处缠绕有止水胶带，止水胶带缠绕在连接件2与套管1的接口外壁上，止水胶带的厚度为8-10mm；套管1外壁与管道3内壁之间的间距为1-2cm。

本实施例中，套管1代替了原有管道作为原有管道接口处的输水结构，套管1为完整的管道结构，套管1的强度大于原有管道接口处的强度，套管1与原有管道接口相比，套管1不容易出现断裂渗水的情况；套管1的两端安装有连接件2(锥形短管结构)，锥形短管的管壁倾斜的，与竖直的管壁相比，斜坡形的管壁对管道3内部输送介质的阻力小，对输送介质的流动速度影响较小，套管1通过锥形短管与管道3内壁连接固定，是为了形成一个能够灌注密封胶的密封腔4，密封胶不仅将套管1包覆在内，对套管1具有防渗作用，密封胶与管道3接口内壁紧密接触，还对管道3接口内壁具有防渗密封的作用。密封胶填充满密封腔，密封胶固化加强了套管与管道的连接牢固性。另外本实施例通过注胶管5向密封腔4内灌注密封胶，密封胶填充满密封腔4后多余的密封胶从溢出管6流出，溢出管6是为了保证密封腔4内部填充满密封胶。

本实施例中，防渗止水的胶片7是主要的防渗止水结构，防渗止水胶片7可以是现有的结构，本实施例基于现有的胶片结构，增加了管夹8与弹性压垫9，在管夹8的夹紧作用下，能够挤压可发生形变的弹性压垫9，弹性压垫9在管夹8的挤压作用下向着管道所在方向压紧胶片7，保证胶片7不会脱离管道3外壁；管夹8与弹性压垫9的作用不仅是为了保证胶片7不脱落，还能够避免胶片7受到外界复杂环境的影响。管夹8、防渗止水的胶片7、弹性压垫9组合形成了管道接口的外部防渗止水结构，本实施例基于现有的防渗止水结构，增加了管夹8、弹性压垫9，一方面加强了胶片7与管道3外壁的贴合度，防渗止水效果更好，另一方面对胶片7进行了防护，有助于增长胶片7的使用寿命，解决了现有技术中防渗结构暴露在管道外部的环境，使用寿命短的问题。

另外，本实施例还公开上述水利水电工程中的防渗止水结构的防渗止水方法，它包括如下步骤：

S1：将套管1两端分别与连接件2固定连接，将其中一个连接件2与一根管道3内部固定连接，然后推动该管道3向另一根管道3移动，直至两根管道3的端部接口能够接触为止；在两根管道3相互靠近的过程中，水平轴10穿过卡盘11；

S2：两根管道3的端部接口接触后，将卡盘11锁紧水平轴10，使得两根管道3不会发生分离的现象，避免在连接两根管道3的过程中，两根管道之间出现缝隙，保证两根管道3连接处的密封性；

S3：将胶片7缠绕在两根管道3的端部接口处，随后用管夹8夹持在胶片7所在位置，使得管夹8内侧的弹性压垫9将胶片7包覆在内；

S4：通过注胶管5向密封腔4内灌注密封胶，密封胶填充满密封腔4后，多余的密封胶从溢出管6流出，从而保证密封腔4内部填充满密封胶，密封胶固化后即完成整个过程。

为了验证本发明密封腔4内注入的密封胶的性能是否能够达到要求，分析相应组分范围下不同重量份数的组分所制备的密封胶综合性能，采用如下实施例和对比例进行验证：

实施例1

硅氧烷为聚二甲基硅氧烷，硅烷偶联剂为烯丙基三甲氧基硅烷，密封腔4内部的密封胶的具体配比为：56份环氧树脂、30份硅氧烷、10份丙烯酸树脂、15份交联剂、20份硅烷偶联剂、12份固化剂、30份滑石粉。

密封胶的制备方法如下：将环氧树脂、丙烯酸树脂依次加入反应器中，升温至100-120℃后，搅拌至环氧树脂、丙烯酸树脂混合均匀，随后加入交联剂，继续搅拌并反应5-6小时，得到新的聚合物树脂；反应器降温至85℃，依次加入硅氧烷、硅烷偶联剂，反应2小时后，再次降温至50-60℃后依次加入固化剂、滑石粉，在50-60℃下搅拌1小时，降温至室温，得到本发明密封胶。

本实施例1上述配比是密封胶组分配比范围中优选出来的最佳配比，得到的密封胶的综合性能最佳。密封胶在65℃/80％的相对湿度下老化两周后粘附力没有任何变化。

实施例2

硅氧烷为聚二甲基硅氧烷，硅烷偶联剂为烯丙基三甲氧基硅烷，密封腔4内部的密封胶的具体配比为：50份环氧树脂、25份硅氧烷、5份丙烯酸树脂、10份交联剂、10份硅烷偶联剂、10份固化剂、15份滑石粉。

密封胶的制备方法如下：将环氧树脂、丙烯酸树脂依次加入反应器中，升温至100-120℃后，搅拌至环氧树脂、丙烯酸树脂混合均匀，随后加入交联剂，继续搅拌并反应5-6小时，得到新的聚合物树脂；反应器降温至85℃，依次加入硅氧烷、硅烷偶联剂，反应2小时后，再次降温至50-60℃后依次加入固化剂、滑石粉，在50-60℃下搅拌1小时，降温至室温，得到本发明密封胶。

实施例3

硅氧烷为聚二甲基硅氧烷，硅烷偶联剂为烯丙基三甲氧基硅烷，密封腔4内部的密封胶的具体配比为：55份环氧树脂、28份硅氧烷、7.5份丙烯酸树脂、15份交联剂、15份硅烷偶联剂、12.5份固化剂、22.5份滑石粉。

密封胶的制备方法如下：将环氧树脂、丙烯酸树脂依次加入反应器中，升温至100-120℃后，搅拌至环氧树脂、丙烯酸树脂混合均匀，随后加入交联剂，继续搅拌并反应5-6小时，得到新的聚合物树脂；反应器降温至85℃，依次加入硅氧烷、硅烷偶联剂，反应2小时后，再次降温至50-60℃后依次加入固化剂、滑石粉，在50-60℃下搅拌1小时，降温至室温，得到本发明密封胶。

实施例4

硅氧烷为聚二甲基硅氧烷，硅烷偶联剂为烯丙基三甲氧基硅烷，密封腔4内部的密封胶的具体配比为：60份环氧树脂、30份硅氧烷、10份丙烯酸树脂、20份交联剂、20份硅烷偶联剂、15份固化剂、30份滑石粉。

密封胶的制备方法如下：将环氧树脂、丙烯酸树脂依次加入反应器中，升温至100-120℃后，搅拌至环氧树脂、丙烯酸树脂混合均匀，随后加入交联剂，继续搅拌并反应5-6小时，得到新的聚合物树脂；反应器降温至85℃，依次加入硅氧烷、硅烷偶联剂，反应2小时后，再次降温至50-60℃后依次加入固化剂、滑石粉，在50-60℃下搅拌1小时，降温至室温，得到本发明密封胶。

对比例1

与实施例1不同的是，本对比例不包含环氧树脂。

对比例2

与实施例1不同的是，本对比例不包含硅氧烷、硅烷偶联剂。

对比例3

与实施例1不同的是，本对比例不包含丙烯酸树脂。

对实施例1-4及对比例1-3中的密封胶进行性能检测，性能检测的指标包括粘接强度、固化时间、耐腐蚀性、在65℃/80％的相对湿度下老化两周后的粘附力变化、耐温性能、防水性能，防水性能的检测方式为：浸水测试，将密封胶涂抹在适当的基材上，固化后将其浸入水中，24小时，随后检查基材的胶接部分是否出现渗水、泡水、脱落等情况，没有出现渗水、泡水、脱落等情况，就说明防水性能好。性能检测结果见表1.

表1密封胶的性能检测结果

本发明实施例1为本发明最佳的配比，环氧树脂、硅氧烷、丙烯酸树脂、交联剂、硅烷偶联剂在密封胶性能上有显著的影响，本发明将环氧树脂密封胶与丙烯酸树脂进行交联获得新的聚合物树脂，又将新的聚合物树脂与硅氧烷、硅烷偶联剂进行偶联后再与固化剂、滑石粉混合，能够获得一种耐温性能好、固化速度快、粘结强度高，防渗止水效果好的密封胶，本发明密封胶的性能比单组份的环氧树脂密封胶、丙烯酸树脂密封胶的性能优越。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。