环氧树脂灌浆治理混凝土裂缝技术

环氧树脂灌浆治理混凝土裂缝技术
 
  薛绍祖
上海地铁咨询监理科技有限公司
 
[内容摘要]混凝土裂缝系质量通病,严重影响到工程结构的耐久性。各大城市轨道交通、地铁建设,对混凝土裂缝修补材料有迫切需求。如上海地铁1号线,采用环氧树脂基料浆材,修补圆形区间隧道的道床与混凝土衬砌之间裂缝,已有近十年的历史,应用技术趋于成熟。GB50208—2002《地下防水工程质量验收规范》,规定了混凝土衬砌裂缝注浆材料采用环氧树脂基料浆材。JC/T 1041-2007 《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》2007年5月29日发布,2007年11月1日实施。
 
[关键词] 混凝土裂缝   环氧树脂浆材   区间隧道道床   防水堵漏工法
 
1 化学灌浆的技术进步
化学灌浆“ChemicalGrouting”是将一定的化学材料,无机或有机材料,配制成真溶液,用化学灌浆泵等压送设备将其灌入地层或缝隙内,使其扩散、胶凝或固化,以增加地层强度、降低地层渗透性、防止地层变形和进行混凝土建筑物裂缝修补的一项地基处理和混凝土修补技术。即化学灌浆是化学与工程相结合,应用化学科学和化学浆材解决地基和混凝土缺陷处理,加固补强、防渗堵漏,保证工程质量的一项特种技术。
1.1  环保型浆材开发
1.1.1  无毒催化剂的研制
    环氧树脂浆材粘接强度高、稳定性好、因此是固结灌浆最常用的浆材。该浆材毒副作用主要来自所采用的固化剂和溶剂。在过去的近20年中,对环氧浆材胺类固化剂的降低毒性研究已取得一些成果,国内生产出的T31,810,X-89,CD等毒副作用较低的一批改性胺类固化剂,对环氧浆材的推广应用起了较好作用。
1.1.2  无溶剂型浆材的开发
    环氧树脂一般粘度较大,制成化灌浆材要添加有机溶剂,但很多有机溶剂不但气味难闻,而且具有毒副作用(如糠醛),添加后往往会产生环境问题。因此,人们在研究无毒作用环氧固化剂的同时,也展开了无溶剂型环氧浆材的研制。无溶剂型环氧浆材的研究将得益于环氧树脂工业的发展,国产的低分子量环氧树脂粘度仅(20~25)MPa.s,这对今后无溶剂环氧化灌浆的发展开辟了较好的前景。
1.1.3  水做介质的化灌浆材的研制
    水做介质,不用有机溶剂,对化灌浆材的无公害化是很有益的。过去已开发的为数不多的水溶性聚氨酯浆材,今后在水溶性环氧浆材等的开发上将会有较为理想的进展。
1.2 新型高亲润、高渗透性化灌浆材的研究
    目前我们虽然已有了一些高渗性的化灌浆材,解决了不少工程难题,但所用溶剂和固化剂多半都有毒副作用,不符合环境标准,对工程地基微细裂隙、断层破碎带和泥化夹层及混凝土微细裂隙的处理仍有探索新型高亲润、高渗透性、无毒副作用化灌浆材的必要。这很大程度取决于表面活性剂和活性稀释剂体系的研究进展。
1.3 弹性化灌浆材的开发
    在工程的变形缝补强灌浆中需要具有弹性的化灌浆材。应加强对弹性环氧的研究,以适应工程建设之需。
1.4  化学灌浆的标准化工作
化灌行业是一个亟待规范的行业,多数企业没有制定自己的企业标准;虽然个别行业对某种化灌浆材制定过施工规范,但没有国家制定的设计规范、施工规范和验收规范,设计单位无规可依;国家建设行政主管部门还没有建立化灌施工企业和专业人员的准入制;国家建设行政主管部门没有制定化灌工程的定额标准。
 
2  化学灌浆材料的年需求量
中国水利学会化灌分会曾就某些局部用浆量调查统计来推测市场规模。该分会对2004年沿海八城市12家化学灌浆企业销售和使用的水玻璃、聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸盐四种浆材量作了粗略统计,总销售价超过1亿元。若以通常浆材消耗花费只占化灌工程总花费包括钻孔、浆材、设备劳务、管理及税费的1/5算一般是1/3~1/10,则推测出化灌市场约有5个亿。事实上,这仅是所了解的少数城市中仅12家企业的不完全统计。
 
3 环氧树脂浆材的研发历程
我国在化学灌浆材料方面的研究是从50年代开始的,当时针对长江三峡工程基础加固和混凝土裂缝处理的要求,国家科委立项,由长江科学院,中科院广化所等部门对环氧树脂和甲基丙烯酸甲酯类材料进行了研究,很快取得了成果。这些灌浆材料在我国的水利部门得到了广泛的应用,解决了许多工程中的难题,从而推进了化学灌浆材料的研究。在处理软弱夹层及断层破碎带的化学灌浆材料方面,广东化学研究所、水科院和长江科学院作了大量的研究工作。在环氧树脂方面,选择了低粘度的环氧;在稀释剂方面,对稀释剂进行了预反应和改性,从而改善了浆材的稳定性;在固化剂方面,优选了目前适合于水中固化的高分子胺类,增加了固化剂的韧性,使固化体系无毒;在表面活性剂方面,选择了能够提高浆液渗透性的反应表面活性剂,使浆液有更好的渗透性。
中国科学院广州化学所先后成功研制了三代高渗透性的环氧系列灌浆材料。青海龙羊峡大坝采用中化798环氧浆材处理G4伟晶岩劈裂带也堪称国际上处理低渗透性软弱岩土地层的先进技术。
最近几年我国科研工作者利用高分子领域中比较先进的技术—互穿聚合物网络技术(简称IPN)和高分子合金技术研究出一些独创的新的灌浆材料。如环氧一聚氨酯互穿网络灌浆材料。
目前国内常用的化学灌浆材料按其性能与用途大致分为两大类,共有六大品种系列和上百种品牌产品。第一类是防渗止水型,包括水玻璃、丙烯酸盐、聚氨酯和木质素浆材四大品种系列。第二类是补强加固型,包括环氧树脂与甲基丙烯酸甲酯浆材两大品种。环氧树脂浆材又可分为非活性稀释剂、活性稀释剂及蚨喃树脂三大品种。国内主要环氧树脂浆材品牌及研发单位见表5.1,进入中国市场的国外环氧树脂浆材品牌及代理商见表5.2。
表3.1  国内主要环氧树脂浆材品牌及研发单位
环氧树脂浆材品牌
研发单位
SK-1
中国水利水电科学研究院(北京)
中化—798
中科院广州化学研究所
中化-798-3(KH-3)
广州科化防水防腐补强有限公司
CW系列
长江委长江科学院(武汉)
HK-G
杭州国电水利电力工程有限公司(原华东院科研所)
JX
中国水电基础局有限公司科研所(天津)
801
湖南省水电设计院科研所(长沙)
SJK-02
广州市金科化灌有限公司
 
广东灌浆岛路桥新技术发展有限公司(广东阳江)
TS系列
广州市台实防水补强有限公司
 
表3.2  进入中国市场的国外环氧树脂浆材品牌及代理商
环氧树脂浆材品牌
代理商
DENEPOX 40(比利时)
上海遂星工贸有限公司
MC(德国)
上海先特涂装工程有限公司
(德国)
上海麦斯特建材有限公司
Sikadur 752(瑞士)
水利部小浪底咨询有限公司
 
4 环氧树脂浆材厂商的牌号及主要物理力学性能实例
1、牌号:Denepox40 (环氧树脂浆材)
混合比率(A/B):重量比 100/30
生产厂:比利时de neef conchem 公司
经销商:上海遂星工贸有限公司
性能
数据
检测标准
干混凝土的粘接强度/N/mm2
6.0
GB 16777—1997
湿混凝土的粘接强度/N/mm2
3.6
JC/T 894—2001
抗压强度/MPa
90
GB 2569—1981
抗拉强度/MPa
60
GB 2568—1981
断裂延伸率/%
< 10
 
密度/(g/cm3)
1.1
ASTM D-638
粘度/(25℃)/ MPa·s
75
 
操作时间(100g,25℃)/min
80
 
使用最低温度/℃
10
 
*固化时间为7d(25℃)
*A组份粘度/(25℃)  125 CPS + 25
*B组份粘度/(25℃)   25 CPS + 5
2、牌号:MC-DUR 1264KF(环氧树脂浆材)
混合比率(A/B):重量比 3/1
生产厂:德国MC-Bauchemie 公司
经销商:上海先特涂装工程有限公司
性能
数据
检测标准
干混凝土的粘接强度/N/mm2
 
 
湿混凝土的粘接强度/N/mm2
 
 
抗压强度/N/mm2
85
 
抗拉强度/N/mm2
35
 
断裂延伸率/%
 
 
密度/g/cm3
1.07
 
粘度/(25℃)/MPa·s
95
 
操作时间(100g 25℃)/min
57
 
使用最低温度/℃
 
 
玻璃化温度/℃
51
 
储存期/月
>12
 
3、牌号:中化-798-Ⅲ高渗透改性环氧化学灌浆材料(KH-3)
双组份混合比率(A/B):重量比
研制生产单位:广州科化防水防腐补强有限公司
企业标准号:Q/(J)KH 00  -2004
力学性能及防水能力(胶砂体*)
项  目
单  位
指  标
抗压强度
MPa
≥60
抗拉强度
MPa
≥7
抗剪强度
MPa
≥20
粘结强度
MPa
≥6/≥5
抗压系数**
≥0.9
透水压力比
≥300
*   胶砂体是化灌材料和砂按1L :1.75kg的比例混合而成,砂为120目的石英砂。
**  抗压系数 = 冻融循环后的抗压强度/冻融循环前的抗压强度×100
*** 透水压力比 = 受压试件的透水压强/基准试件的透水压强×100
 
5  隧道及地下工程防水堵漏工法
“土木建筑上海市市级工法”(1990~1996年度)一书中,编有《隧道防水堵漏工法》。
该工法在上海地铁一号线区间隧道、延安东路越江隧道、打浦路越江隧道、金山石化总厂进排水隧道等大型工程上得到应用,达到了止水、防水的目的,取得了较好的社会效益和经济效益。其中列有“环氧树脂浆料”的工程应用方法。该工法的要点如下。
5.1  特点
防水堵漏工法能有效解决地下工程中混凝土结构的接缝、施工缝、变形缝、蜂窝麻面及混凝土收缩裂缝等渗漏水、止水、防水效果显著。利用特殊的工艺、材料可对混凝土裂缝进行补强。
5.2  适用范围
适用于各种地下工程的防水、堵漏施工,如人防地下室、地下通道、地下车库等工程的防水堵漏。
5.3  工艺原理
防水堵漏工法所采用的基本原理是化学灌浆。化学灌浆就是利用手工或机械手段,在压力作用下,将特制的化灌材料灌入到建筑物结构裂隙中,使灌浆材料在裂隙中凝固,以达到充填裂隙和止水的目的。
5.4  施工工艺
5.4.1  柔刚结合防水堵漏工艺
防水堵漏工艺程序为:打毛、切割、剔槽;抽管、嵌缝、抹面、注浆。
5.4.1.1  割缝、剔槽:用金刚石锯片混凝土切割机切割,切割宽度(4~5)cm,沟深(5~6)cm,然后用冲击电钻剔槽,最后用电铲和人工精修成(5~6)cm深的沟槽。
5.4.1.2  抽管、嵌缝:采用φ14mmPVC胶管作模,双快水泥或其他快凝水泥压管封缝,进行抽管作业,最后留出引水注浆管。
5.4.2.3  抹面
抹面防水可按五层抹面防水做法实施。也可采用氯丁胶聚合物砂浆抹面。抹面完成后要浇水养护3~4天。
5.4.2.4  注浆
首先用手掀式注浆泵向引水管压水,然后再压注化学灌浆材料。待浆液固化后,用小刀割掉预埋引水管,再用双快水泥封闭。
5.5  防水堵漏材料
5.5.1  封缝材料
5.5.2  嵌缝材料
5.5.3  化学灌浆材料
化学灌浆材料种类繁多,常有的为水溶性聚氨酯、油溶性聚氨酯、环氧树脂灌浆材料; 化学灌浆材料固结体要有一定抗压抗拉强度,耐久性、稳定性好。
5.6  质量要求
防水堵漏质量首先要满足委托方要求,大型的隧道、地下车站、泵站等防水堵漏经施工后的渗漏量应符合国家规范所规定的渗漏量。施工中要及时做好隐蔽工程验收工作。
5.7  机械设备:冲击电锤、冲击电钻、空气压缩机、风镐、齿轮注浆泵等
5.8  施工安全
5.9  劳动组织:以小型施工队为好,通常由5~8名施工人员组成。其中需配备1名中等专业技术人员,进行灌浆材料的配制。施工小队中还应配有电工、机修工各1名。
 
6   《地下防水工程质量验收规范》的衬砌裂缝注浆条文
6.1  注浆工程章节中衬砌裂缝注浆的基本内容释义
本规范“衬砌裂缝注浆”专指采用化学注浆的方法,对钢筋混凝土衬砌裂缝进行渗漏水治理的施工质量控制。
防水混凝土结构出现宽度小于2mm的裂缝应选用化学注浆,注浆材料宜采用环氧树脂、聚氨酯、甲基丙烯酸甲酯等浆液;宽度大于2mm的混凝土裂缝要考虑注浆的补强效果,注浆材料宜采用超细水泥、改性水泥浆液或特殊化学注浆。
6.2  衬砌裂缝注浆的技术立法着眼点
6.2.1  明确了适用的工程对象
    ·钢筋混凝土衬砌裂缝的渗漏水治理
6.2.2  按防水混凝土裂缝宽度选用浆材
防水混凝土结构出现宽度小于2mm的裂缝应选用化学注浆,注浆材料宜采用环氧树脂、聚氨酯、甲基丙烯酸甲酯等浆液;宽度大于2mm的混凝土裂缝要考虑注浆的补强效果,注浆材料宜采用超细水泥、改性水泥浆液或特殊化学注浆。
6.2.3  对裂缝注浆所选用水泥的细度作了规定
6.2.4  规定了5条衬砌裂缝注浆过程质量控制具体内容
规范第7.2.4条规定了衬砌裂缝注浆过程质量控制的要求。
·浅裂缝应骑槽粘埋注浆嘴,必要时沿缝开凿“V”槽并用水泥砂浆封缝;
·深裂缝应骑缝钻孔或斜向钻孔至裂缝深部,孔内埋设注浆管,间距应根据裂缝宽度而定,但每条裂缝至少有一个进浆孔和一个排气孔;
·注浆嘴及注浆管应设于裂缝的交叉处、较宽处及贯穿处等部位;对封缝的密封效果应进行检查;
·采用低压低速注浆,化学注浆压力宜为(0.2~0.4)Mpa, 水泥浆灌浆压力宜为(0.4~0.8)Mpa;
·注浆后待缝内浆液初凝而不外流时,方可拆下注浆嘴并进行封口抹平。
6.3  衬砌裂缝注浆质量验收的主控项目和一般项目
主控项目
·注浆材料及其配合比必须符合设计要求。
检验方法:检查出厂合格证、质量检验报告、计量措施和试验报告。
·注浆效果必须符合设计要求。
检验方法:渗漏水量测,必要时采用钻孔取芯、压水(或空气)等方法检查。
一般项目
·钻孔埋管的孔径和孔距应符合设计要求。
检验方法:检查隐蔽工程验收记录。
·注浆的控制压力和进浆量应符合设计要求。
检验方法:检查隐蔽工程验收记录。
 
7 结语
7.1 国外同类产品进入中国市场的有比利时的De Neef 公司牌号Denepox40(上海遂星工贸有限公司代理)、德国MC-Bauchemie公司牌号MC-DUR1264KF(上海先特涂装工程有限公司代理)、德国Degussa公司牌号INLECTIONRESIN LPL(上海麦斯特建材有限公司)等近十家公司产品。因环保性能好,占有一定市场份额。工程应用范围不断增加。
7.2 国内环氧树脂浆材的基础化工原材料与国外有一定的差距。因此,最终产品的色泽、气味明显不同。这一差距,就使市场上国内外产品的价格差增大。国内生产厂,有待技术创新,改善自己产品的环保性能。
7.3 JC/T 1041-2007 《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》2007年5月29日发布,2007年11月1日实施。
 
参考文献
 
1、第八届化学灌浆会议论文专辑. 长江科学院院报,2000,(6)
2、全国基岩与混凝土裂缝化学灌浆处理学术研讨会论文集. 中国科学院广州化学研究所主办《广州化学》,2002。Vol. 27
3、第十次全国化学灌浆会议论文集. 湖南大学学报(自然科学版增刊),2004,第31卷
4、蒋硕忠. 我国化学灌浆技术发展与展望[J]. 长江科学院院报,2003(5)
5、中国化学灌浆的现状与未来—首届中国化学灌浆论坛论文集. 中国水利学会化学灌浆分会编. 武汉:长江出版社,2005
6、熊厚金等编著. 岩土工程化学. 北京:科学出版社,2001年6月
7、薛绍祖编著 .地下建筑工程防水技术. 北京:中国建筑工业出版社,2003年10月
 

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