混凝土裂缝灌浆处理浅析

2022-09-10

混凝土材料以其抗压强度高、耐火性好、使用灵活、施工方便等优点成为当今世界用途最广泛、用量最大的建筑材料, 在建设事业中发挥着巨大的作用。但是由于混凝土是一种多相非均质的脆性材料, 其抗拉强度低, 韧性差, 在外荷载 (如静、动荷载) 、结构次应力、变形变化 (温度、收缩、不均匀沉陷) 等作用下很容易产生裂缝。水工混凝土建筑物出现裂缝后, 不但有损外观, 而且有的裂缝降低了结构的整体刚度、耐久性和防渗能力、影响其使用功能。因此水工混凝土建筑物产生裂缝后, 都会进行混凝土缺陷修补, 针对混凝土裂缝的不同成因、是否贯通和危害程度不同等因素, 采用的裂缝处理方法也不同, 常用方法有表层处理、封填柔性材料、灌浆处理等。而对水工混凝土建筑物, 常常除一般的强度要求外, 还要有一定的防渗性, 贯通性裂缝不仅会引起水工混凝土建筑物渗漏水, 而且长期渗漏水的存在还会引发构筑物的变形和破坏。因而水工建筑物混凝土裂缝常用灌浆处理进行防渗堵漏和补强, 以确保结构物的防渗和安全。而裂缝处理所采用的处理方法、选用的灌浆材料、灌浆工艺手段、设备等是修复工程能否取得预期效果的关键因素。

1 灌浆处理的原理

根据混凝土裂缝的张开度、是否为贯穿裂缝, 以及裂缝处理的目的 (美观、防渗、补强或多者相结合) , 常用的裂缝处理有裂缝表层处理和裂缝深层处理;裂缝深层处理主要是灌浆处理, 灌浆处理据采用材料不同有颗粒型材料 (如水泥) 灌浆和化学灌浆;据采用的灌浆压力不同分为低压灌浆和高压灌浆。一般张开度在0.2mm以上的裂缝可以用水泥灌浆处理或先用水泥灌浆处理后再用化学灌浆补强处理, 对张开度小于0.1mm的细微裂缝不宜用水泥等颗粒型材料灌注, 而应用可灌性好的化学浆材灌注。

灌浆堵漏作用机理:灌浆堵漏就是利用灌浆机, 将水溶性聚氨酯化学灌浆材料注入混凝土裂缝中, 当浆液遇到混凝土裂缝中的水分会迅速分散、乳化、膨胀、固结, 这样固结的弹性体填充混凝土所有裂缝, 将水流完全地堵塞在混凝土结构体之外, 对裂缝形成化学粘结, 从而达到止水堵漏和补强等目的。

水溶性聚氨酯化学灌浆材料是由过量的多元异氰酸酯和多羟基化合物预先制成含有游离异氰酸基团的低聚的氨基甲酸预聚体。常用的多异氰酸酯有TDI、MDI、PAPI等3种。多羟基化合物采用聚醚, 它的官能团和分子量可以有好几种。浆液灌入混凝土裂缝后, 与渗漏水相遇发生化学反应, 放出二氧化碳, 并形成脲的衍生物。从而达到防渗堵漏的目的。水溶性聚氨酯化学灌浆材料是一种低黏度, 单组份合成高分子聚氨酯材料, 形态为液体, 它有遇水产生交联反应, 发泡生成多元网状封闭弹性体的特征。当它被高压注入到混凝土裂缝结构延展直至将所有缝隙 (包括肉眼难以觉察的) 填满, 遇水后 (注水) 伴随交联反应, 释放大量二氧化碳气体, 产生二次渗压, 高压推力与二次渗压将弹性体压入并充满所有缝隙, 达到止漏目的。

2 灌浆材料选用

裂缝灌浆材料的选用主要根据以下几个因素综合考虑。

(1) 灌浆处理目的:裂缝灌浆处理主要目的有两个, 一是补强加固, 要求浆液固化后有较高的强度, 能恢复混凝土结构的整体性。细微裂缝一般选用环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚酯树脂、聚氨酯等化学浆材, 较宽的裂缝则选用水泥浆材;二是防渗堵漏, 要求浆材抗渗性好, 而不一定要有较高强度, 可选用水溶性聚氨酯 (Lw) , 丙烯酰胺 (Am-9) , 丙烯酸盐 (A1-400) 和水泥、水玻璃等。

(2) 浆材可灌性:不管是补强加固, 还是防渗堵漏, 重要的一条是所选浆材要能灌入裂缝, 充填饱满。灌入后能凝结固化, 以达到补强和防渗加固的目的。化学浆要考虑粘度低, 可灌性好, 低温条件能固化, 粘接强度高等条件。原则上宽缝灌水泥浆, 细缝灌化学浆。

(3) 耐久性:选用材料在使用环境条件下性能稳定, 不易起化学变化, 被侵蚀或溶蚀破坏, 与混凝土裂缝有足够的粘结强度。原则上活缝的处理要选用弹性环氧、弹性聚氨酯等能适应裂缝伸缩变形的材料。有水裂缝的处理可选用有弹性的、能吸水膨胀的水凝胶材料。

3 化学灌浆材料

目前用于裂缝灌浆处理的化学材料很多, 而且随着科学的发展, 灌浆材料会不断创新生产, 以下列举目前灌浆处理中常用的几种化灌材料。

(1) AM-9材料。

该材料是以改性高分子材料为主剂, 改性丙烯酰胺类材料为交联剂, 配以其它化学材料组成的化学灌浆材料。其特点是: (1) 浆液起始粘度η (25℃) =1.30MPa·s~1.73MPa·s; (2) 胶凝时间小于60min; (3) 抗渗性能K= (1-9) ×10-8cm/s; (4) 抗压强度0.3MPa~0.8MPa; (5) 抗挤出强度315MPa。

(2) C-S材料。

该材料不但有水泥浆的基本性能, 还具有化学灌浆材料的一些优点。其特点: (1) 可用于0.2mm以上的宽缝, 适应性强; (2) 浆液凝胶时间可准确地控制在几秒至几十分钟范围内; (3) 结石率98%~100%; (4) 结石体抗压强度0.5MPa~20MPa; (5) 结石体抗渗性能K= (1-9) ×10-8cm/s; (6) 材料来源丰富, 价格便宜。

(3) FYZ材料。

该材料具有良好的抗腐蚀性、抗渗透性、抗老化能力, 对混凝土粘结力很强。其特点: (1) 起始粘度η (25℃) =6.48MPa·s~162mPa·s; (2) 抗压强度70MPa~120MPa; (3) 抗张强度7~30MPa; (4) 抗弯强度30~85MPa; (5) 劈裂强度1.3MPa~3.1MPa; (6) 抗渗透性能K= (1-9) ×10-6cm/s。 (7) 固化时间3h~3d。

(4) FEZ材料。

该材料具有优良的渗透性能和良好的粘结能力。其特点: (1) 浆液起始粘度η (25℃) =5.4 M P a·s~5 4 M P a·s; (2) 抗剪强度1 0 M P a~4 0 M P a; (3) 抗拉强度1 0 M P a~20MPa; (4) 抗压强度50MPa~80MPa; (5) 可灌入抗渗透性能K= (1-9) ×10-8cm/s的泥化夹层和0.001mm的裂缝; (6) 固化时间3~7d。

(5) 400材料。

该材料由高分子主剂和添加剂“A”及偶联剂组成。其特点: (1) 浆液密度1.047kg/L; (2) 起始粘度η (25℃) =2.32mPa·s; (3) 表面张力32.8×10-3N/m; (4) 抗压强度43MPa~60MPa; (5) 抗拉强度6MPa~9MPa; (6) 抗剪强度18MPa~27MPa; (7) 固化时间7d。

(6) YDS材料。

该材料是以Y D S复合增强剂为主, 含有稀释剂分子, 并参予网络结构的单液浆材。其性能优良: (1) 起始粘度η (25℃) =2.16MPa·s~1.18MPa·s; (2) 固化时间48h~50h; (3) 抗压强度80MPa~100MPa; (4) 抗拉强度2MPa~14MPa; (5) 抗剪强度49MPa~56MPa; (6) 抗渗透性能K= (1-9) ×10-8cm/s; (7) 安全性能好, 固结体无毒、无环境污染, 对人体无害。

(7) 单宁类材料。

该材料以栲胶为主剂, 具有高渗透性、固化时间可调、凝胶稳定、无毒、调制方便等特点, 固结体强度达到1.00MPa~18.5MPa。既能用于防渗堵漏, 又能用于固结补强。常用材料性能见表1。

4 破碎裂缝带的处理工艺

4.1 化学灌浆防渗堵漏工艺流程与效果检测

查缝—凿槽—洗槽—布孔—埋管—封缝—试压—注浆—封孔—修复。

在埋好注浆管12h~24h后, 用胶管套盖在注浆管头上, 再用铁丝捆扎, 试通水观察周边是否还有水渗漏, 即可判定埋管和封缝质量。在灌完浆24h后, 用肉眼或手触摸被灌体干爽情况, 即可定性检查注浆质量。

4.2 环状及网状宽缝处理

针对伸缩缝附近混凝土上部、侧墙及底板拉开或断裂, 形成大面积网状破碎带及环状贯穿性裂缝等情况, 采用灌注化学浆材来处理, 以恢复其结构强度。

对环状贯穿性宽缝 (见图1) , 先骑缝凿“V”型槽, 用环氧树脂水泥砂浆嵌缝埋管, 使混凝土结构形成整体。对顶板、侧墙上网状破碎裂缝部位, 开挖敲掉破碎混凝土深5cm, 保留钢筋, 对其间较宽的串通性裂缝, 同样凿“V”型槽, 然后视裂缝形状、宽度、串通性, 仍用环氧水泥砂浆进行预埋灌浆管、嵌缝。最后, 用浓水泥浆润湿所开挖的混凝土表面, 立模板回填高强水泥混凝土, 养护至龄期。然后通过预埋管进行化学灌浆处理。

伸缩缝的灌浆是从预埋的灌浆管中由下而上进行环氧树脂浆液的灌注。环氧树脂浆材采用的是糠醛一丙酮体系, 并结合施工现场温度高低、缝面潮湿情况和是否有渗漏水等具体情况, 选用不同的固化剂, 调配浆液的凝固时间。灌浆压力一般控制在0.1MPa范围内。

4.3 细缝、发缝的处理

首先用环氧树脂对受损的混凝土作结构补强, 然后用丙凝灌浆处理发缝、细缝。仍骑缝凿“V”型槽。嵌缝是先将铁皮加工成“∩”或“∧”型, 骑缝盖在“V”型槽底部, 外面再用水泥、水玻璃封闭埋管, 这样渗漏水可沿“∧”或“∩”中顺流从灌浆管中流出, 而不致四处渗水。最后灌注丙凝浆材。丙凝浆的凝结时间可控制在几秒或几分钟内。经过上述处理后, 若局部仍有渗水、涌水的地方, 采用表面阻塞器依次对准各个渗水部位, 再次灌注丙凝浆, 直到全部滴水堵住为止。

4.4 伸缩缝的修复处理工艺

由于块体下滑及下陷, 伸缩缝基本被破坏。修复时, 首先用厚3cm, 宽2cm的条形木模板做成“T”型, 涂上脱膜剂, 再外包塑料薄膜, 环状立于缝的中部, 分段浇筑高强混凝土, 对伸缩缝重新整形。养护7天后, 拆去木模板, 沿环形开几个斜槽埋置灌浆管, 恢复原形。

伸缩缝底部的橡胶止水带改用紫铜片代替。一是因为紫铜片比橡胶止水带的伸缩性大, 地基虽已经过处理, 仍有可能出现变化, 用它可避免再次被拉破的可能;二是紫铜片避免了老化问题。紫铜片做成“Ω”型, 在其两边涂上环氧基液, 与此相接触的混凝土表面也涂上环氧基液, 用射钉枪打入销钉将紫铜片锚固, 对接触面不平整处用环氧砂浆填充封闭。待紫铜片表面的环氧基液接近初凝后, 立模板回填水泥砂浆, 并按原设计要求预埋螺栓, 安装可卸式橡胶止水带 (详见图2) 。最后从预埋的灌浆管向伸缩缝里灌注丙凝浆材。灌浆从底板开始, 然后侧墙、顶板逐次灌注, 直到整个伸缩缝内填满起压为止。丙凝类似橡胶状的弹性体, 能适应较大的变形而不开裂, 在干燥环境中失水收缩, 但遇水浸泡后可恢复原体积和弹性。将其灌进伸缩缝内, 可起到很好的伸缩及防渗作用, 对于经常出现的伸缩缝内止水带失效提供了良好的补救措施。

灌浆处理是应用最广泛和最有效的一种裂缝修补处理方法, 灌浆处理常常和凿槽嵌缝等表面处理相结合, 对于有较高受力要求的梁、柱、板等结构物光靠灌浆达不到设计要求时, 要与结构加固措施相结合。灌浆材料有水泥浆和化学浆两大类, 适用于不同裂缝范围和不同类型的裂缝灌浆处理, 水泥的磨细和改性研究是扩大水泥浆应用范围的途径, 对稳定缝死缝的处理, 是理想的。活缝处理难度较大, 如果想限制裂缝的活动变形, 要选用高强高弹模材料或辅以加筋、锚固等结构措施, 同时要考虑不得引起别的部位产生拉裂破坏。如果仅为防渗目的, 可以选用弹性材料、吸水膨胀材料, 或者按伸缩缝要求进行防渗处理。不稳定裂缝, 如沉降缝的灌浆处理应先消除沉降因素, 然后灌浆处理, 为防止沉降变形产生漏水问题还应辅以表面防渗措施。北方寒冷地区保温处理, 减少温度应力, 减少活缝的伸缩变形幅度有利于发挥灌浆处理效果和延长其使用寿命, 因此综合处理的作用有待于进一步去充分发挥。

摘要：混凝土作为一种多相非均匀复合材料, 很多因素都可以引发裂缝的产生。本文针对工程中经常遇到的混凝土裂缝修补问题, 对裂缝修补方法之一的灌浆处理的灌浆原理、灌浆处理的材料和灌浆工艺等方面进行了详细论述, 并结合某水工建筑物混凝土裂缝处理实例, 分析了灌浆技术在水工混凝土防渗堵漏工程中的特殊功能和应用。

关键词：混凝土裂缝,灌浆处理,工艺