張 冰，周紫晨

(中冶武漢冶金建筑研究院有限公司，武漢 430080)

既有的建構筑物在長期服役過程中，均會受到雨水沖刷、日曬等自然環(huán)境的影響，產(chǎn)生酸堿腐蝕、收縮開裂的現(xiàn)象；同時，越來越多的新建建筑也會擾動周邊的既有建筑物，使之發(fā)生沉降，致使結構出現(xiàn)裂縫等缺陷；而且現(xiàn)今的新建建筑多為超高、超大型建筑群，混凝土設計強度等級越來越高，伴隨著后期的收縮應力也相應變大，增加了結構體開裂的可能性。結構裂縫的出現(xiàn)使得建構筑物的安全性得不到保障，而且在持續(xù)使用過程中極大地影響使用者的體驗感，為此，對缺陷進行修復以及加強成為亟待解決的課題。

1 傳統(tǒng)環(huán)氧注縫膠存在的問題

常用的混凝土裂縫修補手段是化學灌漿，它是將特定的化學材料配制成真溶液，用化學灌漿泵等壓送設備將其灌入混凝土結構的縫隙內(nèi)，使其擴散、膠凝和固化，將裂縫兩邊的混凝土面有機地粘結成一個整體，起到填充、封閉、堵漏、加固的綜合效果。而且其固化物耐老化性好，特別是耐化學介質(zhì)性能好，使用壽命長[1]，在實際應用中兼顧了實用性與經(jīng)濟性。

實際案例中，混凝土結構出現(xiàn)的裂縫往往縫寬在0.5 mm以下，可灌注的縫通常以0.2 mm為界。當裂縫的縱深大于20 cm的時候，即使帶壓灌注，現(xiàn)在市面上的普通環(huán)氧注縫膠也難以填充飽滿[2]，主要原因在于其黏度較高，在0.5 mm及以下的縫隙中浸潤與推進流淌困難，從而導致加固不充分。

從灌注設備與操作性的角度考慮，如果注縫膠的固化時間太短，即便是初始黏度達到灌注深縫的要求，但是隨著固化劑參與反應的時間延續(xù)，灌注膠的黏度會迅速上升，導致灌注困難甚至堵管。

此外，普通環(huán)氧樹脂在固化劑作用下完全固化后呈現(xiàn)剛脆性，用其填充裂縫，其與兩側混凝土結構呈類剛性連接，在后續(xù)服役過程中不可避免的受力不均、沉降等可能會造成剛脆性膠體的崩裂，致使堵漏補強失效。

2 WJY系列改性環(huán)氧樹脂注縫膠的研究

2.1 WJY系環(huán)氧樹脂注縫膠稀釋劑的選擇

通常所說的環(huán)氧樹脂即雙酚A二縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂，在常溫下黏度高，將它們以原態(tài)用于涂裝、澆鑄、浸漬等工程作業(yè)就很困難，因此有必要將其黏度降低，稀釋到適合作業(yè)性的黏度。在JC/T1041—2007《混凝土裂縫用環(huán)氧樹脂灌漿材料》中，為了保證裂縫的可灌性，提出了應低于200 mPa·s的要求。

該文研究的原材料采用環(huán)氧樹脂E51(巴陵石化制)，其黏度大約為11 000～14 000 mPa·s(25 ℃)。

稀釋劑主要用來降低環(huán)氧膠粘劑體系的黏度，改善膠液的涂布性和流動性，使其具有較好的浸潤力；除此之外，選擇適當?shù)南♂寗┯欣诳刂骗h(huán)氧樹脂與固化劑的反應熱，延長樹脂混合物的適用期，即操作時間。

稀釋劑的種類很多，通常按其是否參與反應過程將其分為非活性稀釋劑與活性稀釋劑兩大類。非活性稀釋劑常用的有丙酮、甲苯、糠醛等，它們不與環(huán)氧樹脂、固化劑等起反應，與樹脂材料僅僅是機械的混合，起稀釋和降低黏度的作用，它在膠液的固化過程中大部分是揮發(fā)掉的，使收縮率增大，嚴重時將影響固化體與基面的粘結強度與自身的機械強度，因此不能用于較厚涂層。這里考慮到止水加固效果的長久性，不予采用非活性稀釋劑。

活性稀釋劑帶有一個或兩個以上的環(huán)氧基，能夠與固化劑反應，這就使得使用活性稀釋劑的固化物有較高的交聯(lián)密度，對提高固化體力學性能有利。常用的活性稀釋劑有脂肪族型與芳香族型，用量以5%～30%為宜。脂肪族型的稀釋劑有正丁基縮水甘油醚(BGE)、烯丙基縮水甘油醚(AGE)、甲基丙烯酸縮水甘油醚(GMA)、1,4丁二醇二縮水甘油醚等；芳香族型的稀釋劑有甲苯基縮水甘油醚(CGE)、苯基縮水甘油醚(PGE)、苯乙烯氧化物(SO)、芐基縮水甘油醚等。

以環(huán)氧樹脂E51為母膠，分別選取脂肪族與芳香族中的兩到三種進行對比試驗。在室溫25 ℃時，稀釋劑的摻量由0增至30%，對比不同種類的稀釋劑對E51的稀釋效果。實驗采用NDJ-1旋轉(zhuǎn)黏度計進行黏度的測定，根據(jù)預估黏度選取適宜的轉(zhuǎn)子。結果如圖1所示。

因為活性稀釋劑能夠參與固化反應，從而大大改善了固化體的穩(wěn)定性；同時由于其具有極低的黏度，使得經(jīng)其稀釋后的膠液具有優(yōu)異的潤濕能力和極強的滲透能力，實際使用表明，該膠液在灌縫用注射器的推壓下能夠順利滲入縫寬小于0.1 mm的極窄縫。

2.2 WJY系環(huán)氧樹脂注縫膠增韌劑的選擇

為了改善固化體與混凝土基體的類剛性連接，使其具有更好的塑性與抗剪切能力，需要添加適當?shù)脑鲰g成分，以改變原有環(huán)氧類材料固化后脆性大而柔性不足的缺點。傳統(tǒng)的增韌劑(也叫增塑劑)，如鄰苯二甲酸二丁酯，磷酸三甲酯等物質(zhì)，雖然可以使得固化體彈性增加，但存在遷移和滲出的傾向，尤其在浸入液體和溶劑后抽出現(xiàn)象非常明顯，而且較大的表面張力會嚴重影響材料的流平性和表面效果。

該研究用聚合物多元醇和050對E51進行改性，按照GB/T2568—1995《樹脂澆鑄體拉伸性能試驗方法》進行斷裂延伸率的試驗。

表1 室溫下不同增韌劑的延伸性能

從表1可以看出，添加了增韌劑的固化體較空白樣的韌性有很大程度的提高，并且在后期得以保持。隨著時間的延續(xù)，韌性有所下降，一是因為固化反應漸進完全，剛性會提升，二是因為環(huán)境因素使得材料老化。韌性的改善使得即便建構筑物在后期仍有變形位移的情況下，加固體也能在一定限度內(nèi)彈性回應。

2.3 WJY系環(huán)氧樹脂注縫膠固化劑的選擇

環(huán)氧樹脂的應用由來已久，與之配套使用的固化劑也有許多定型產(chǎn)品，此類固化劑以胺類為主導，常溫下使用較多的為乙二胺、二亞乙基三胺、間苯二胺等等。這一類未經(jīng)變性的單一化合物，使用起來各有利弊，比如二亞乙基三胺，雖然能比較好地降低體系黏度利于灌注施工，但是其敏感性使得環(huán)氧樹脂固化時間短，摻量控制不好時很容易爆聚，操作性不佳；再比如間苯二胺，其固化時間長，能給施工人員充分的時間進行注漿操作，但是經(jīng)它固化的環(huán)氧樹脂呈剛性，脆性大易崩裂。此外，單一的胺類化合物都有一定的揮發(fā)性和毒性，接觸皮膚起斑疹，對人體危害比較大；再結合現(xiàn)場實際使用情況，當它與環(huán)氧樹脂反應時，如遇水或者潮濕環(huán)境，灌注膠液與基面的粘結力會大大降低，甚至不能與待處理的基面粘結，進而限制了其應用。既然單獨使用一種固化劑不能滿足工藝和固化產(chǎn)品性能的要求，那么考慮將同類的固化劑進行復配[5]，使得產(chǎn)品的綜合性能有所提升。

結構出現(xiàn)裂縫后，時常會伴隨著滲漏現(xiàn)象，裂縫的整個內(nèi)表面都是處于潮濕環(huán)境，針對此種情況，我們從多元胺固化劑化學結構與環(huán)氧樹脂E51固化產(chǎn)物與基面的粘結性能入手，從聚酰胺、脂肪族胺、芳香族胺以及脂環(huán)族胺中分別選取其中的代表產(chǎn)品進行同條件試驗。

根據(jù)JC/T1041—2007《混凝土裂縫用環(huán)氧樹脂灌漿材料》進行粘結強度的評定。環(huán)氧樹脂E51經(jīng)10%環(huán)己基二甲醇二縮水甘油醚稀釋，將膠液攪拌均勻后靜置備用。膠液與固化劑的質(zhì)量比為4∶1，分別將聚酰胺、脂肪族胺、芳香胺、脂環(huán)族胺類固化劑與膠液混合充分，再涂覆于斷面之上，再將兩段合攏，待完全固化后進行粘結強度的試驗，結果見表2。

表2 不同種類的固化劑在干濕環(huán)境中的粘結強度

從實驗結果可以看出，在粘接性方面，聚酰胺>脂環(huán)族胺>脂肪族胺>芳香族胺。

另一方面，為了便于現(xiàn)場施工，需要進一步降低環(huán)氧樹脂膠液的體系黏度，選擇黏度小的固化劑加入也可降低膠液初始黏度，從多元胺固化劑化學結構與物理特性的關系考慮，在黏度方面，脂環(huán)族胺<脂肪族胺<芳香胺<聚酰胺類固化劑，它們的加入對降低體系黏度是有利的。綜合粘接性能的考量，脂環(huán)族胺類固化劑綜合性能較其它更優(yōu)，最終決定將其作為母體進行改性。

為了提高固化體與潮濕基面的粘結強度，引入一種主鏈為聚醚結構，末端活性官能團為胺基的聚合物，即聚醚胺。在合成過程中，可通過選擇不同的聚氧化烷基結構，靈活地調(diào)節(jié)聚醚胺的反應活性、韌性、黏度以及親水性。其中親水性正是能形成油包水體系的前提，也是在潮濕基面維持較高粘接力的基礎。于是，選取脂環(huán)族胺對聚醚胺類中毒性較小的端基聚醚進行復配，制備出WJY系環(huán)氧樹脂注縫膠。

2.4 WJY系環(huán)氧樹脂注縫膠的性能指標

WJY系列環(huán)氧樹脂注縫膠采用A、B組分，A組分即為經(jīng)稀釋、增韌后的膠液，B組分為經(jīng)脂環(huán)族胺改性的聚醚胺類固化劑。將兩者按照設計配比攪拌均勻后入模成型。

經(jīng)測試，其力學性能如表3所示。

表3 WJY系環(huán)氧注縫膠力學性能

從實驗結果可以看出，當固化劑的摻量由25%增至30%時，試塊的抗壓強度明顯提升，這是因為固化劑中胺分子提供了足夠數(shù)量的活潑氫原子參與環(huán)氧的固化，固化過程完全，此時抗壓強度處于峰值；當固化劑的摻量持續(xù)增加時，富余的活潑氫沒有能夠參與固化而殘留在固化體中，相當于填充物而存在，對強度的進一步增長是不利的，但是卻能夠提高固化體的柔韌性，使得斷裂延伸率與拉伸剪切強度均得到提高，然而，從設計產(chǎn)品最終性能的實現(xiàn)與經(jīng)濟性的角度出發(fā)，固化劑的過量加入是不妥的。

在實際施工應用中，經(jīng)脂環(huán)族胺改性的聚醚胺類固化劑可操作時間長達4 h，經(jīng)測試，在室溫時，將A、B組分充分混合后，30 min內(nèi)混合膠液的黏度幾乎維持在穩(wěn)定的200 mPa·s以下；隨著固化反應的持續(xù)進行，黏度開始緩慢地上升，直至3 h時，仍然具有很好的可灌性,見圖2。該系列的注縫膠在反應過程中發(fā)熱量較低，能夠適應夏季施工，不會因黏度增長過快而引起灌漿管路堵塞；而且其敏感性較差，對于現(xiàn)場計量不甚精確而導致的“爆聚”等問題能很好地回避；比較充分的操作時間能增加工效，也便于利用機具灌漿，使得漿液灌注得更加飽滿。

3 施工工藝

3.1 裂縫清理

采用手持式打磨機沿裂縫進行打磨，打磨的寬度為裂縫兩側約20 mm,深度約1.5～2 mm的V形槽，并清除裂縫表面的鈣質(zhì)、析出物及其他雜物，用壓縮空氣吹洗清理干凈。

3.2 布孔、埋設壓漿嘴

1)確定布置孔位 應根據(jù)混凝土裂縫寬度、走向和彎曲程度來確定壓漿嘴的位置。壓漿嘴布置間距根據(jù)裂縫寬度進行選擇，一般為300～500 mm布置一個壓漿嘴。

2)埋設壓漿嘴 對裂縫寬度大于0.2 mm的裂縫，按規(guī)定間距用環(huán)氧膠泥將注漿嘴騎縫固定，安放注漿嘴時要保持平穩(wěn)，確保環(huán)氧膠泥不會封堵注漿嘴。注漿嘴安裝完畢后應沿四周圓弧抹平，以確保粘接嚴密。

3.3 縫面封閉

在注漿嘴安裝完成后，采用環(huán)氧封縫膠泥將除注漿嘴以外的裂縫全部進行封閉，封縫膠泥批刮時應注意膠泥的厚度控制在2 mm，寬度為左右各20 mm，保持均勻、平整，封閉應完整，防止灌漿時漏漿。

3.4 密封性檢驗

注漿嘴埋設及封縫完成24 h具有強度后，用空壓機通過埋設的壓漿嘴壓入空氣，一來對注漿嘴及裂縫進行吹洗，同時通過同條裂縫其它注漿嘴的出風情況，初步判斷注漿嘴布置的合理性、膠泥封縫的密封性及裂縫內(nèi)部的連通情況。

3.5 注漿

前面一切工作準備就緒后，即可開始注漿。按照確定的比例將一定量的改性環(huán)氧樹脂與固化劑稱重后混合攪拌均勻，立即倒入電動壓漿泵的料倉內(nèi)或者手持注射器內(nèi)，進行注漿。注漿時按從低往高的順序依次灌注，先從最低端的注漿嘴開始，當緊鄰其上的注漿嘴出漿時，暫停注漿，快速用堵頭將該注漿嘴封堵死，如此順序進行。最后一個注漿嘴為排氣用，可不注膠。在24 h內(nèi)不得擾動注膠底座。

4 工程實際應用

某堤防江灘綜合整治工程，總長7 503 m，其中新建地下覆土建筑堤防長1 746 m，共分為4座地下覆土建筑，總建筑面積120 796 m2，為地上四跨地下五跨雙層鋼筋混凝土框架結構。建筑物頂平臺高程為28.4 m，頂部最大覆土厚度1.4 m，兩側用土體進行覆蓋使地下覆土建筑隱藏于土堤堤身中。

地下覆土建筑砼結構澆筑完成后發(fā)現(xiàn)地下室墻體內(nèi)側和一些錯層大梁上出現(xiàn)裂縫。其中，部分裂縫為貫穿性裂縫且有水滲出。當發(fā)現(xiàn)裂縫處滲水時，項目建設單位立即對滲水裂縫預先進行了聚氨酯壓力灌漿，雖然止住了水源的滲出，但經(jīng)歷一段時間后原裂縫處又出現(xiàn)了新的滲漏點。為保證結構物的安全性、功能性和耐久性的要求，需對裂縫進行修補加固。

工程于2015年10月開始并于同年11月完工，工程完工一月后，對裂縫的壓漿效果進行了鉆芯抽樣驗證，鉆芯直徑為φ60 mm，深度200 mm(考慮到結構物對防水性的要求芯樣不宜取得更深)，取芯前采用鋼筋探測儀對鋼筋分布進行標注，取樣時在條件允許下應盡量避開鋼筋，現(xiàn)場結果如下：

1)注漿施工的墻及錯層梁體裂縫附近沒有出現(xiàn)新的裂縫。

2)注漿并涂裝施工完成的涂裝層表面光潔、色澤鮮艷，目視無明顯變色、起泡、開裂、脫落、粉化、斑點等老化現(xiàn)象，且滲水縫再無水源滲出。

3)現(xiàn)場鉆取芯樣檢驗表明，采用WJY型環(huán)氧樹脂修補處理的裂縫，灌注深度達到了取樣深度的200 mm，且漿體完全充滿灌注裂縫通路及途經(jīng)的混凝土內(nèi)部氣孔處；注漿液與混凝土界面粘接牢固，漿體中部無通縫、斷縫。

4)對芯樣進行抗壓和抗拉強度試驗，經(jīng)修補過后的混凝土強度36.8 MPa，抗拉強度為3.5 MPa，且為混凝土基材斷裂(見圖3)，結果表明經(jīng)WJY型環(huán)氧樹脂修補處理的裂縫，完全起到封閉及加固的作用，且效果顯著。

5 結 語

WJY系環(huán)氧樹脂注縫膠在傳統(tǒng)的注漿材料上進行了復配改性，該產(chǎn)品具有黏度低、強度高、韌性好、可操作時間長的優(yōu)點，在工程應用中堵漏加固效果顯著，現(xiàn)已在長豐大道預制箱梁裂縫注漿加固、中水電十一局斷琴口泵站混凝土裂縫補強防滲、漢口江灘軍用碼頭防洪墻的補強防滲等項目上推廣使用，獲得業(yè)主好評。

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