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1、第27卷增刊2002年12月广 州 化 学Guangzhou ChemistryVol. 27Dec.， 2002高渗透性环氧化灌浆材及其在砼裂缝处理中的应用冼安如 何泳生 叶林宏 杨玉芹 许耀光（中国科学院广州化学研究所，广东 广州 510650）摘 要：概述了裂缝处理用的高渗环氧浆材研究成果，经多处研究性施工应用后，证明其在砼裂缝特别是潮湿的微细裂缝的补强、防水处理中作用显著，达到和超过设计技术指标。关键词：高渗透性；砼裂缝处理；灌浆材料高渗透性环氧化灌浆材自1979年问世以来，已在低渗透性软基的固结补强中发挥了积极的作用，取得良好的效果，获得国际大坝会议专家组的肯定。这类新型材料以其优异
2、的渗透性和良好的固结性以及较高的力学性能和异乎寻常的使用效果，早已引起众多研究者的关注；但在混凝土裂缝处理方面的报道则相对较少，那是过去在认识上存在误区所致。目前国内外的研究者都趋向于认为，高渗透性环氧化灌浆材（简称为“高渗环氧浆材”）不仅能处理低渗软基，也可处理混凝土裂缝，包括潮湿的微细裂缝，而且在研究和应用方面的研拓中取得了长足的进步，丰富了对“高渗透性”的认知。在众多补强类浆材中，真正能处理饱水混凝土微细裂隙的尚属少数。究其原因，一是所研究出的补强类新型浆材较少，二是对这类裂隙补强处理与缝宽关系的认识仍存在分歧，三是上述认识上的“误区”以为环氧浆液只能用于灌注缝宽0.2mm的裂缝，而0.
3、2mm尤其是0.05mm的“发丝缝”则不被选用，因而也对它的发展产生了一定的影响。近十多年来，我们在研发高渗环氧浆材及推广应用的同时，利用其渗透性高的优点，有意识地将其向砼裂缝补强、防水、防蚀功能方面拓展，使它兼具对介质的选择性不强，对有饱和水存在的环境也不敏感等特性，因而取得了较好的效果。这些优点都来源于对原有浆材实施“改性”，例如“惰性”稀释剂的“反应化”、增韧化和表面活性处理等“改性”后，赋予它具有一系列特点对介质的亲和力大为提高，成倍地降低了粘度、耐候性更增强和与同类浆材接近的力学性能，进而开发出适于裂缝处理用的化灌浆材。本文将概述这些结果及其应用事例。1 裂缝处理用高渗环氧浆材的研究
4、成果 1.1 稀释剂的“富反应化” 过去以为是“惰性” 的物质，在“改性添加剂”的作用下，稀释剂自身及其反应产物能与主体链产生反应的现象称为“反应化”，而使此反应过程大为增速的则称作“富反应化”。这个过程不仅使体系渗透性增强，而且固结体收缩少、力学性能良好和降低浆材成本。富反应化的典型曲线见图1。它表明，不同添加剂使同一体系材料的力学性能可发生极大的差异，有时甚至达到数量级的水平，因此，研制这些改性添加剂及其富活性化作用就具有十分重要的意义。 添加剂YDS8060402000 环氧树脂添加量/%(质量)图1 改性添加剂使惰性稀释剂富反应化无添加剂添加剂A抗压强度/MPa104中化-798一般环
5、氧浆2YDS一般环氧浆10.01 0.1 1 5 时间/d粘度/mPas101102103 图2 高渗环氧浆材与一般环氧浆材粘度变化差异 1.2 表面活性剂功能的扩展 表面活性剂的加入使浆材对基底的接触角大为降低，从而增强润湿性，提升浆材的渗透能力，同时，使浆材对介质的亲和力值也随之增加，并赋于浆材排水能力，有利于对潮湿且微细裂隙的吸渗1。1.3 深化了对表面处理剂作用的认识 常用的表面处理剂是钛、硅类元素有机物，藉助于化学反应和/或物理缠绕，使有机无机物间实现牢固的连接。实验证明，不同成份的无机物应使用各别的表面处理剂方能发挥这“牢固连接”的作用，即以氧化硅为主要成份的介质使用含硅的表面处理
6、剂效果最佳，但当介质以碳酸钙作主要成份时，则应使用含钛的表面处理剂；这种现象可用路易士酸碱理论加以解释2。此外，表面处理剂的加入，使固结体的耐候性更佳，尤其在华南地区高温高湿的气候环境下，这是极可贵的使用功能。1.4 高渗环氧浆材的主要物理力学性能 如前所述，经改性处理所制得的浆材起始粘度更低、渗透性更强，亲和力更高且保持原浆材良好的力学性能，因而具有极好的使用性和更低的成本。表1 列举了其中典型的一些物理、力学性能，图2则以粘度随时间而变化的关系说明它良好的使用性能。表1 几种高渗环氧浆材的主要物理、力学性能名称起始粘度mPas，20表面张力10-5Ncm-1，20接触角SiO2，20亲和力
7、比值*乐南SG798-LF5.513.03436 5621162019400-LF2.212.033344120133025YDS-LF2.212.032361162133293330323233名称固砂体的力学性能 / MPa可渗入裂隙的渗透系数抗压强度抗拉强度抗剪强度Cms-1798-LF50801020104010-610-8400-LF406069183010-7YDS-LF70100814355610-8* 此为不同浆液对同一介质下亲和力的比值。其中，乐：乐山大佛红砂岩，实验时的粒径7090m。 南：西汉南越王墓墓道土，实验时的粒径70 90m，采用YDS-1作参照浆液。S：石英砂，
8、实验时的粒径65 90m。G：硅胶G，实验时的粒径10 40m，采用YDS-4作参照浆液。显然，同一介质情况下亲和力比值越大者，该材料的渗透能力越佳。2 高渗环氧浆材在裂缝处理中的应用 高渗环氧浆材在砼裂缝中作补强防水的应用已经历了多处研究性施工，处理后考查时间长的已超过十年，其效果是令人满意的。部分实例见表2。它们不仅达到了原设计的技术要求而且显示出一代比一代强的渗透能力，例如，万家寨大坝坝基岩石样品的室内试验（图3）表明：在无压浸泡的条件下，浆液已自行充填入饱和水的微细裂隙中，这种排水能力的本质是“浆液对介质（此处是岩石）的亲和力大于水对同一介质的亲和力”1，因而浆液在排开裂隙水的同时自行
9、充填入内并固结，形成电镜照片中（缝宽 0.05mm）的“浆脉”。 表2 高渗环氧浆材应用在裂缝处理中的部份实例序号应 用 地 点时间主要应用地段和目的用材名称使用效果1广州珠江隧道1990隧道砼贯穿性裂缝（补强防水）400VI中化-798达到原设计技术指标；400VI的可灌性更佳。2广州青溪水电站大坝1991a）坝体贯穿性裂缝（补强防水）b）溢流面裂缝（补强）c）蜗壳（防水补强）YDS达到原设计技术指标3广东天堂山大坝1991坝体施工缝（补强防水）400VI达到原设计技术指标4广东飞来峡水电站大坝1996坝体裂缝（补强防水）溢流面裂缝（补强）YDS达到原设计技术指标5广州某大厦地下室底板199
10、5砼底板(1m厚)贯穿性裂缝(补强防水)YDS达到原设计技术指标；取芯测试超过C30。6广州地铁公园前站1997砼墙体贯穿性裂缝（补强防水）YDS中化-798达到原设计技术指标；YDS比798效果好。7广州黄埔开发区厂房1999砼梁（1m厚）贯穿性裂缝（补强）YDS达到原设计技术指标；取芯测试超过C30。8山西万家寨大坝2001坝基岩样室内试验（无压浸泡）YDS浆液饱满充填0.02mm岩石裂隙（电镜照片）图3 万家寨大坝坝基岩样室内试验的SEM照片表2的应用实例中大约有一半现场的表观缝宽仅为0.1mm（例如天堂山大坝、珠江隧道、广州地铁等），它们都处在微渗水的状态，但施灌后的检测结果均达到原设
11、计要求，表明现场条件下的结果与室内试验的效果是可以互为印证的（例如万家寨大坝、沙坡头大坝岩样的室内试验），它们的排水和渗透、固结能力类同于过去用作低渗软基处理用的环氧浆材。为便于区分，使用了“LF”作脚注。考虑到我国幅员辽阔、南北温差较大的情况，目前已将此类材料发展为南方型和北方型，两者的差异主要是在温差15下能控制其“粘度时间”曲线的相似性和近似的初凝时间，本质上是控制高分子反应的速率，而实用上则以利于施工应用和达到良好的技术效果为目标。表2实例中，一般情况下，灌后的现场测试（例如检查孔、压水试验、取岩芯等）获通过后，还将取出的岩芯进行力学性能测试，其破坏的部位往往是砼而不是化灌浆材，即使如
12、此，所测出的数据也足够高，均符合原设计要求，这与浆材渗入砼毛细管中有关，典型的例子见表35。表3 青溪大坝裂缝化灌后岩芯的测试结果试样号试件拉断面积/cm2抗拉强度/MPa试件断裂情况92819-292819-392819-492819-592819-64.834.765.184.994.902.181.871.661.762.34断面的5%为原缝面新砼面拉断断面的65%为原缝面断面的75%为原缝面断面的50%为原缝面表4 化灌后的梁体取芯试件抗折强度试验结果试件编号梁体名称龄期/d个别强度/MPa强度代表值/MPa备 注99-5-9-199-5-9-2屋面梁屋面梁20345.45.55.46
13、.46.15.35.55.9非粘结处断裂非粘结处断裂非粘结处断裂非粘结处断裂非粘结处断裂非粘结处断裂表5 地下室底板砼裂缝化灌后岩芯抗压强度试验结果试件编号取样深度/m抗压强度代表值/MPa备注518651875188518900.250.250.370.370.640.640.8636.735.936.637.3所有试件破坏处均远离裂缝10mm以外试件规格为高径比2 ：1参 考 文 献1 叶林宏等. 论化灌浆液与被灌岩土的相互作用. 岩土工程学报，1994，16(6)：4755.2 冼安如等. 环氧系化灌浆材中偶联剂作用的研究. 粘合剂，1990（3）：3033.Grouting Materials of High Permeability Epoxy Resin andTheir Application in Concrete CrocksXIAN An-ru, HE Yong-sheng, YE Lin-hong, YANG Yu-qin, XU Yao-guang（Guangzhou Institute of Chemistry, Chinese Academy of S
