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1、在化灌工程中合理选用浆材与施灌工艺的探讨 广州科化防水防腐补强有限公司叶林宏 一、前言 化学灌浆材料为真溶液，与颗粒性石灰、粘土和水泥灌浆材料相比，可灌性好、胶凝时间可按工程需要调节、 粘结强度高，因此，某些用水泥灌浆不能解决的工程问题，采用化学灌浆材料处理或进行复合灌浆，基本上都可 以获得满意的解决。随着我国经济建设的发展，化学灌浆在水利水电、交通、采矿、建筑行业和文物保护方面的 应用越来越广泛。 化学灌浆是一项专业性较强的技术，它包括了浆材、施灌工艺和灌浆设备。目前，运用化灌技术解决工程中 防渗堵漏与加固补强两大方面的工程问题卓有成效。随着我国政策开放近3 0 年来经济建设的高速增长，建设
2、工 程中急需解决的上述两大方面的问题也急剧增长；虽然促进了化灌行业的发展，但是，在化灌技术的推广应用过 程中，政府对多个行业应用的化灌技术的推广进行政策引导、支持，组织制定材料标准、设计规范、施工规范、 验收规范，对施工人员的培训与认证、施工企业的认证等工作都严重滞后，市场无序竞争，因而导致一些化灌工 程质量低下甚至失败，这使人们对化灌的可靠性和耐久性产生了不良影响，这是化灌同行值得关注的。对此，我 们的学会、协会应加强与政府有关部门的联系和呼吁，作为化灌工作者，现仅就化灌工程中在技术上应当注意的 几个问题与同行进行探讨和交流。 二、正确选用化灌浆材是保障化灌工程效果和耐久性的关键 成功的化灌
3、处理工程应是能满足设计或使用要求与保证化灌处理工程的耐久性两个方面。水利水电行业是我 国应用化学灌浆技术最早的行业，由于工程的重要性，对化灌浆材施灌效果和耐久性的要求十分重视，尤其是对 水电大坝基础加固的工程，都必须经过现场试验、施工性试验并进行各项检测，对同类材料还往往选用几家的材 料进行现场试验后选出性能效果最好的材料进行工程应用，在选材上相对比较严格和规范，所以，工程质量相对 有保障。但在交通和建筑行业方面，混凝土结构裂缝补强和防渗堵漏的工程较多，基础加固工程用化灌的相对较 少，设计和施工队伍在选材和施灌工艺方面相对水电和采矿方面而言经验少一些，而要做处理的工程情况和要求 又不尽相同，因
4、此，如何针对这方面的工程实际情况和对处理的要求正确选用化灌浆材是必须要认真考虑的问题。 化灌浆材按其功能与用途可分为防渗堵漏型和加固补强型。( 见表1 ) 表I常用的两大类型化灌浆材 类型防渗堵漏型加固补强型 丙烯酰胺( 现已禁用) 改性环氧 丙烯酸盐 甲基丙烯酸甲酯 常用浆材 聚氨酯 油性聚氨酯( 非混凝土结构裂缝) 水玻璃 酸性水玻璃( 临时性或半永久性) 木质素 作者简介：叶林宏，原中国科学院广州分院副院长、研究员，享受国务院特殊津贴专家。三十多年来从事改性环 氧类粘合剂、化灌浆材及灌浆机理、反映机理的研究，取得多项成果并多次获省、部级奖励，发表论文3 0 多篇。 现任广州科化防水防腐补
5、强有限公司董事长、总经理。 6 6 然而两种类型的化灌浆材的功能并非绝然分开。第一种类型中的水玻璃，亦可单独或与水泥混合用于强度要 求较低的土基的半永久性补强材料，聚氨酯中强度较高的油溶性聚氨酯也可用于非结构性混凝土裂缝补强，也有 用于非地下或水下混凝土结构中活动性裂缝的补强。而少数亲水性较好且固化较快的改性环氧浆材对渗流量小的 混凝土结构裂缝具有排水补强功能，但出水量较大的工程不能用作堵水材料。所以，在实际应用中应根据工程情 况合理的选用浆材。对于混凝土裂缝化灌处理的合理选择原则一般应考虑以下几个方面： 1 ，要满足工程使用要求选择浆材 首先应考虑工程要求是防渗堵漏还是补强加固，亦或是既要防
6、渗堵漏又要求进行加固补强；要根据渗漏量大 小和补强的要求在上述两类材料中进行选择，补强要求不高，可选择聚氨酯，对渗漏量小而补强要求高的可选择 亲水性的改性环氧浆材。对伸缩缝、变形缝、活动性裂缝的化灌应选择聚氨酯材料。 2 、要考虑工程应用的环境情况选择浆材 考虑化灌工程所处的环境条件是正确选择浆材的重要因素。对于在高寒地区使用的材料，其抗冻融性要好， 温差变化大，其韧性或弹性要好。对处于腐蚀介质环境中的工程，要求耐腐蚀性要好，如化工车间、污水处理池、 地下工程处于有腐蚀性地下水地段的混凝土结构裂缝等，可选择改性环氧中韧性好、无溶剂或使用活性溶剂而收 缩性更小的环氧浆材。 3 、要考虑工程应用中
7、的具体情况选择浆材 混凝土裂缝化灌选材还应分析裂缝产生的原因，了解是否是活动性裂缝、了解混凝土结构受力与变形情况、 运行中的载荷情况、特别是受震动载荷的影响情况，如桥面板的裂缝、地铁二衬结构裂缝，还要考虑化灌处理允 许的施工时间限制条件( 如运营中地铁的维修) 等来合理的选择材料，必要时可选择水泥加化灌材料混合灌浆来 满足工程需要。 以上三点是化灌设计和施工必须综合考虑的选材原则。另外，对于加固灌浆而言，关键是要选湿粘接强度高、 韧性好、可灌性好的浆材。广州地铁1 号线公园前站，是两条线路的交换站，分上下两层，主体结构完成后混凝 土结构多处出现裂缝和渗漏，当时使用了聚氨酯、一般改性环氧和高渗透
8、改性环氧三种化灌浆材进行化灌止水补 强，均于1 9 9 7 年底前灌完并进行了验收；投入运行后，使用聚氨酯化灌的裂缝三年多后开始陆续出现复漏，一 般改性环氧浆材5 年多后出现复漏，而使用高渗透改性环氧浆材中化- 7 9 8 所灌的裂缝使用至今无一处渗漏。这 三种材料在同一工程中的耐久性大不相同，其原因分析认为：聚氨酯虽有较好的堵水效果，但强度低，不具备对 混凝土补强作用。广州气候大致分为雨季和旱季，因而地下水位的变化形成压力差，使聚氨酯的泡沫破裂而收缩， 而聚氨酯对混凝土的裂缝壁之间的粘接强度低，部分脱离而形成新的进水通道故出现复漏。而一般改性环氧虽然 强度较高，具有补强功能，但在有水裂缝中对
9、湿缝壁的粘接强度也较低，仅2 个多兆帕，而稀释剂丙酮未活化， 韧性较差，在地下水位压差每年交替变化下久而久之也会与裂缝壁脱离而形成新的渗漏通道。而高渗透改性环氧 之所以1 1 年多无复漏，一是灌入后浆液能往裂缝壁两边渗入一定深度，形成一个过渡层，起到植根的作用；二 是在潮湿混凝土基面的粘接强度高，大于4 M P a ；第三是因为丙酮的活化不仅进一步减少了收缩性，也提高了固 结体的韧性，不仅补强度效果好，耐久性也好。由此，可看出浆材选择的重要性。所以，广州地铁2 号线大修时， 通过对上述情况的总结，最后选用了高渗透改性环氧“中化- 7 9 8 - I I I 化学灌浆材料( K H - 3 )
10、”即第三代中化- 7 9 8 浆材作为大修的化灌浆材。上海地铁黄陂路站站厅层顶板为密肋钢梁填充混凝土，不设变形缝，1 9 9 3 年建成至 今1 0 多年以来，对项板的贯通性渗漏水裂缝年年修堵，见效甚微n 1 ，专家认为这是在化灌浆材的选择及修堵工 艺的欠缺造成的，这也说明了正确选材是化灌成功的关键。 三、化灌工艺和正确选用化灌设备是化灌工程成功的保障 化学灌浆技术，关键是合理选择高性能的浆材，而制定正确的化灌工艺和选用合适的化灌设备则是化灌成功 6 7 的保障。 l 、根据裂缝实际状况和处理要求正确制定旌灌工艺 对化灌工艺而言，水电大坝基础防渗帷幕与大坝基础断层破碎带及低渗性软基的化灌工艺与
11、混凝土裂缝化灌 的工艺是有所不同的，这里仅就混凝土裂缝化灌工艺中应注意的问题供同行探讨。 1 ) 灌浆压力的选择 首先应明确以不引起地层或对结构允许的压力之下来确定灌浆压力，在允许压力之下灌浆时视流量控制逐步 增大。第二，不同的化灌浆材使用的灌浆压力不同，聚氨酯类粘度大，对细缝的可灌性差，在允许压力下可逐步 增大接近允许压力值，以利于微细裂缝的灌入。但必须注意的是，增压过快和压力过大会导致裂缝的继续发展， 所以，并不是压力越大越好。第三，堵水材料的灌浆压力应依据出水压力和浆液的凝固时间在允许压力值之下从 大于出水压力开始尽快提高到接近允许压力值，以利于浆液项水并迅速凝固发挥堵水功能。有条件的地
12、方可以引 水与灌浆结合。第四，对于补强用的环氧浆液，一般粘度较小，无需太大压力，压力一般控制在1 E a a 以内；对 高渗透改性环氧浆液，不是靠压力挤压进微细裂缝，主要是靠自身的渗透，所以，灌浆压力一般控制在0 2 0 3 M p a 即可。 2 ) 灌浆时间的确定与结束标准 总的来说灌浆时间应以灌入浆液充填满裂缝为准在结束压力下按所灌浆液的凝固时间确定闭浆时间。对于 堵水型的浆液无需在结束压力下打循环闭浆，否则可能在进浆管内凝固而堵死管道。但对于补强用的环氧类浆材， 即可在进浆量为零时继续灌注l O m i n 结束。 3 ) 根据工程实际和浆液特点确定施灌工艺 虽然对于混凝土裂缝的防渗堵
13、漏或补强加固进行化灌各有其共性的灌浆工艺，但每项工程情况不尽相同， 应根据现场实际和浆液特点并结合经验制订合理、有效、简便的施工工艺，满足工程的效果要求。如某单位一楼 地面( 无地下室) 粘贴的瓷砖砖缝间填封的白水泥浆材料出现裂缝并有微量水渗出，施工单位即采用堵漏灵先对 裂缝进行封缝处理，然后在四块面砖相接的十字交叉点钻约3 0 m m 深的小孔，然后用大针筒灌入高渗透改性环氧 浆液，浆液即在砖下面的水泥砂浆层渗透，到灌不进去时封闭该孔灌下一个孔，就这么简单的处理好了地面地砖 裂缝渗漏的问题。 2 、化灌设备的选用 化学灌浆的主要设备是灌浆泵，相对水泥灌浆泵而言落后很多，可选择余地小，也少有与
14、之配套的自动记录 仪。对混凝土裂缝化灌来说，目前许多还在使用手摇泵，亦能满足灌浆要求。目前，武汉昌辉科技公司生产的 C H D B 一9 o o 2 一I B 单液化学灌浆泵对混凝土裂缝补强是较好的一款化灌泵，重量也只有1 1 K g ；而近年来国外引进 的路德、台湾等生产的小型化灌泵，重量更轻，对混凝土裂缝用聚氨酯类材料的化灌是很好的一种灌浆泵，但不 适合环氧类浆材的灌浆。 四、高渗透改性环氧化灌浆材( K H - 3 ) 的灌浆工艺特点 高渗透改性环氧化灌浆材( K H 一3 ) 具有粘度低、可灌性能优异、力学强度高等特点，特别是粘接强度，干粘 接强度达5 5 - - - 6 7 M P
15、a 、湿粘接强度达4 3 “ - - 5 3 M P a ，远高于同类改性环氧浆材的粘接强度( 见下表2 ) ；还因能 在生产过程中将非活性溶剂的丙酮活化预聚并与糠醛反应，不仅化解了糠醛的毒性，而且更因丙酮分子通过反应 连接到固结体的网络中，使固结体收缩性减小，也提高了固结体的韧性和耐老化性能。( K I t 一3 ) 针对不同用途设 计了固化时间不同而力学性能相近的三种配方型号：在1 5 2 0 “ C 条件下，L 型约8 “ 1 2 小时初凝，7 型为5 2 “ - - 6 8 小时初凝，Y 型为8 2 小时以上初凝；前两种型号适于大坝基岩裂缝和混凝土裂缝的加固补强灌浆，Y 型适用于坝 基
16、低渗透软弱地层的渗入固结灌浆。在对混凝土裂缝灌浆时，使用L 型和7 型浆材在混凝土裂缝壁两边会沿着其 e 纰管道和微扎隙渗入裂缝擘I q定深度，形成 个植棋式的过渡盥结培，返层的强度比原混凝P 高r 混 凝| ：n 身的小均质性，使浆液潘入的深度不一致渗入的界面足个 不规则的界面，这反“对消除温度或拽衍 遗成的1 监彤与应儿集中非常有益。所以，将丙耐活化提高州结体铷性、对裂缝擎湿特接强_ = 莹高、浆渡潘透性能优 异能部分渗 裂缝壁两边形成植根式的过渡结：+ 这都足高渗透改性环钒化灌浆材( I ( 1 1 ”不同于股政性环 氧浆材的特点，也是对混凝上湿裂缝灌浆补强取得良好放粜和灌后耐久性远高卜一般环氰的原凼所托 表2K H 一3 的技术性能 起始粘度溶透能力 c m s 扎强度 抗拉强度抗鳟强度粘接强度( f m )弹卅模母 W P a m s ： 6 0 8 0 1 0 - 一2 0 币凼为I ( H 一3 的初凝时问较长和对裂缝擘曲j 丑 1 淳透性，N 而施灌丁艺办育相廊的特点第，J 赴采用低压慢 灌，压山选择在0 1 0
