張 喆 黃春暉

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽(yáng) 712000)

灌漿即將漿液壓送注入于建筑物地基裂縫與斷層破碎帶、建筑物接縫與裂縫,可保障被灌漿地層或者建筑物抗?jié)B性、整體性,并優(yōu)化地層條件,充分發(fā)揮防滲、加固、堵漏、補(bǔ)強(qiáng)等多重作用。灌漿材料歷史悠久,由黏土水泥漿材,發(fā)展為化學(xué)漿材,最后轉(zhuǎn)換為現(xiàn)在的新型漿材,而灌漿材料的可灌注性、毒性、強(qiáng)度都實(shí)現(xiàn)了顯著提高[1]。其中化學(xué)灌漿材料以黏度低、可灌注性良好、可灌注1mm 以?xún)?nèi)縫隙等優(yōu)勢(shì)特性,實(shí)現(xiàn)了在加密灌漿中的普遍應(yīng)用,且一些化學(xué)漿液可進(jìn)入水能滲入的地方,黏土漿與水泥黏土漿并非真溶液,可灌注尺寸易受限制。作為化學(xué)漿材的重要分支,高分子灌漿材料在我國(guó)的研究起步相對(duì)較晚,環(huán)氧樹(shù)脂漿材、甲基丙烯酸酯漿材、丙烯酰胺灌漿材料、聚氨酯、木質(zhì)素灌漿材料等的研發(fā)與發(fā)展也比較慢[2]。當(dāng)前高分子灌漿材料在不斷朝著復(fù)合方向發(fā)展,而高分子材料和無(wú)機(jī)材料復(fù)合生成的漿材,整體性能良好。

1 高分子灌漿材料防滲加固機(jī)理

高分子灌漿材料在滲入基體裂縫之后,便會(huì)和基體粘結(jié)。

1.1 中華-798 系

環(huán)氧-糠醛-丙酮體系由1967 年開(kāi)始便實(shí)現(xiàn)了在土建工程混凝土建筑物補(bǔ)強(qiáng)防滲加固中的普遍應(yīng)用。然而在稀釋劑用量不斷增加的趨勢(shì)下,漿材固結(jié)體的力學(xué)性能迅速降低,導(dǎo)致灌漿效果微乎其微。中華-798 系列灌漿材料基于環(huán)氧-糠醛-丙酮體系,添加改性劑與復(fù)合增強(qiáng)劑,以活化糠醛-丙酮等羥基化合物,促使其切實(shí)參與環(huán)氧樹(shù)脂固化反應(yīng)。中華-798 系列灌漿材料滲透能力良好,可灌入滲透性較低的軟弱地層,且粘結(jié)能力比較強(qiáng),固化時(shí)間于2～15 天之內(nèi)能夠相對(duì)自由控制,價(jià)格也相對(duì)較低[3]。

1.2 環(huán)氧樹(shù)脂

環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的灌漿材料,主要成分是環(huán)氧樹(shù)脂加固化劑、稀釋劑、促進(jìn)劑、增塑劑等[4]。凝結(jié)時(shí)間控制在幾分鐘到幾十分鐘,具有強(qiáng)度高、粘結(jié)力大、收縮小、可常溫固化等特征,關(guān)鍵作用是固結(jié)灌漿,灌筑混凝土結(jié)構(gòu)裂縫,強(qiáng)化地基強(qiáng)度,恢復(fù)混凝土整體性。環(huán)氧樹(shù)脂的不足在于黏度過(guò)高,可灌注性較差。對(duì)此可通過(guò)添加大量有機(jī)溶劑或者改性環(huán)氧樹(shù)脂材料加以解決,但是因?yàn)橛袡C(jī)溶劑易于影響環(huán)境,所以經(jīng)常以改性環(huán)氧樹(shù)脂材料方式彌補(bǔ)其缺點(diǎn)。

基于超聲分散法,通過(guò)聚天門(mén)冬氨酸酯和異氰酸酯結(jié)合生成脂肪族耐老化高分子材料,并添加納米二氧化硅、有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑、活性稀釋劑,以此制備生成納米二氧化硅/聚脲復(fù)合材料-CW 系列混凝土表面修護(hù)材料,其具備環(huán)保性與高耐侯性,且粘結(jié)力較強(qiáng),干燥與潮濕面可自由切換施工,可以切實(shí)提升混凝土結(jié)構(gòu)抗紫外老化、抗沖磨、抗?jié)B透、抗凍融、抗侵蝕等性能,施工簡(jiǎn)單有序,可在病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固中實(shí)現(xiàn)普遍應(yīng)用,可在大壩、水庫(kù)混凝土表面防護(hù)與裂縫修補(bǔ)中實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用,可在水利工程防滲抗老中合理利用。

1.3 丙烯酰胺

丙烯酰胺灌漿材料的漿液粘度偏小,在凝膠之前始終處于恒定狀態(tài),滲透性較好,可灌入0.1mm 之內(nèi)的裂縫,彈性與可變性良好,凝膠體抗?jié)B性較優(yōu),凝膠體抗壓強(qiáng)度偏低,不會(huì)受配方的影響,凝結(jié)時(shí)間可以嚴(yán)格控制在數(shù)秒鐘乃至幾小時(shí)之內(nèi),比較適合應(yīng)用于水環(huán)境,即隧道工程防滲堵漏[5]。但是丙烯酰胺灌漿材料極易造成環(huán)境污染,以此推動(dòng)了甲基丙烯酸酯灌漿材料研究以及在土木工程中的實(shí)際應(yīng)用。甲基丙烯酸酯灌漿材料主要以甲基丙烯酸酯作為主劑,以油溶性引發(fā)劑、促進(jìn)劑、增韌劑等作為輔助劑。

1.4 丙烯酸鹽

丙烯酸鹽灌漿材料是基于過(guò)量金屬氧化物、氫氧化物、丙烯酸共同反應(yīng),以此制備而成的丙烯酸鹽混合物,然后添加所需組分所生成的低黏度材料[6]。凝結(jié)時(shí)間可以就實(shí)際需求適度調(diào)整,特征是黏度較低,可灌注性良好,且力學(xué)強(qiáng)度較高,經(jīng)常應(yīng)用在混凝土裂縫補(bǔ)強(qiáng)灌漿中,但是收縮比較大,并且在有水時(shí)無(wú)法固化。新型無(wú)毒丙烯酸灌漿材料交聯(lián)劑,便是通過(guò)交聯(lián)劑所合成的丙烯酸鹽灌漿材料,不僅黏度低,固沙體抗壓強(qiáng)度高,且凝膠滲透系數(shù)偏低,抗擠壓能力較強(qiáng),屬于環(huán)保型防滲堵漏材料。

1.5 聚氨酯

聚氨酯灌漿材料主要基于聚氨酯預(yù)聚體和添加劑共同構(gòu)成,可劃分為油溶性、水溶性、彈性三大類(lèi),凝結(jié)時(shí)間由幾秒到幾十分鐘,防滲性能良好,強(qiáng)度穩(wěn)定,是很好的防滲加固材料[7]。其中,油溶性聚氨酯灌漿材料在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)出大量二氧化碳?xì)怏w,通過(guò)自身壓力造成漿液擴(kuò)散,以此強(qiáng)化灌漿效果,而水溶性與彈性聚氨酯灌漿材料的形變能力較強(qiáng),但是在失水之后會(huì)發(fā)生收縮,吸水之后則會(huì)迅速恢復(fù)。

1.6 單寧類(lèi)

單寧類(lèi)灌漿材料以含有豐富單寧的植物原料生成的凝縮烤膠作為主劑,以水作為溶劑,并添加定量縮合劑、增強(qiáng)劑、促進(jìn)劑、阻滯劑、消沫劑,以此制備生成。其不僅滲透性良好,固化時(shí)間可調(diào)節(jié),而且凝膠體較為穩(wěn)定,無(wú)毒,調(diào)制方便,固結(jié)強(qiáng)度非常高,不僅可應(yīng)用在防滲堵漏中,還可以應(yīng)用于固結(jié)補(bǔ)強(qiáng)。

1.7 木質(zhì)素

木質(zhì)素灌漿材料主要以亞硫酸鹽紙漿作為主劑,以過(guò)硫酸銨作為固化劑,無(wú)毒且防滲堵漏膠凝時(shí)間控制在幾分鐘到幾十分鐘,可通過(guò)紙廠廢紙實(shí)現(xiàn)廢物利用,因此成本較低,并且膠凝時(shí)間與可灌注時(shí)間可以適度調(diào)整[8]。但是木質(zhì)素的強(qiáng)度相對(duì)不足,對(duì)于人體皮膚會(huì)造成一定傷害,如果利用重硫酸鹽當(dāng)作膠凝劑,還會(huì)引發(fā)生態(tài)環(huán)境污染。

2 高分子灌漿材料在混凝土堵漏工程中的應(yīng)用

2.1 工藝流程分析

混凝土防滲堵漏工程中應(yīng)用高分子灌漿材料的工藝流程繁雜[9],具體如圖1 所示。

圖1 工藝流程Fig.1 Process flow

2.1.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

在開(kāi)始灌漿前,工作人員需詳細(xì)勘查現(xiàn)場(chǎng)狀況,充分了解地質(zhì)條件、裂縫成因、滲漏狀況等,在獲取充足資料后開(kāi)始施工。清理干凈裂縫周?chē)鷿B漏水,在干燥處理后,測(cè)量裂縫詳細(xì)資源,以便于開(kāi)展施工。利用鋼尺或其他工具測(cè)量裂縫寬度,通過(guò)鋼絲或放大鏡精確測(cè)量裂縫深度。在裂縫發(fā)生在混凝土結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置時(shí),需鉆孔取樣,通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)明確裂縫走向與深度。若是地質(zhì)條件太過(guò)復(fù)雜,那么應(yīng)基于鉆孔電視、超聲波、鉆孔攝像等技術(shù)獲取相關(guān)資料。

2.1.2 鑿縫

對(duì)裂縫周?chē)皾{進(jìn)行徹底清理,并處理成U 型槽,深度值應(yīng)基于實(shí)際情況加以確定,通?？刂圃?～9cm 間。通過(guò)漏水混凝土數(shù)量確定實(shí)際寬度,一般約4cm。

2.1.3 清縫

將槽內(nèi)殘留物清理干凈,確保干燥干凈,還應(yīng)防止存在殘留物或者水。

2.1.4 布孔埋管

在裂縫兩側(cè)設(shè)置注漿孔,把長(zhǎng)度適中的注漿管預(yù)埋設(shè)于注漿孔位置,在布設(shè)注漿孔的時(shí)候,數(shù)量多少應(yīng)與裂縫寬度、間距寬度息息相關(guān),越寬越大則布設(shè)數(shù)量越多,各裂縫至少設(shè)置兩個(gè)注漿孔。

2.1.5 封縫

在埋好注漿管之后,使用水泥水玻璃混合漿液浸入縫隙之內(nèi),確保未留有空隙,并使用混凝土砂漿抹平裂縫頂部,以保障不會(huì)發(fā)生漏水現(xiàn)象。

2.1.6 灌漿

在正式開(kāi)始灌漿前,需調(diào)整關(guān)鍵材料性能保持最佳狀態(tài),并利用注漿泵澆灌到裂縫內(nèi)。為提升灌漿效率與質(zhì)量,可采用真空灌漿技術(shù),即在裂縫一端利用真空泵面向裂縫抽取真空,促使裂縫內(nèi)部出現(xiàn)0.1MPa 真空度,并利用注漿泵由另一端灌入灌漿材料。此技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是可強(qiáng)化裂縫灌漿飽滿度、密實(shí)度、耐久度。

2.1.7 封孔

在結(jié)束灌漿工作之后,將多余注漿管應(yīng)及時(shí)切除,以修正表面。

在防滲堵漏工程完成后,需全方位詳細(xì)檢查施工質(zhì)量?？刹扇”碛^檢查法,在工程施工結(jié)束之后,查看灌漿位置,明確補(bǔ)灌混凝土結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)相符,以此確定補(bǔ)灌質(zhì)量；可采取蓋帽灌漿法,在埋好注漿管18h 之后,于注漿管頭上鋪蓋膠管套,并加以固定,詳細(xì)觀察兩側(cè)是否出現(xiàn)漏水,以此便可準(zhǔn)確評(píng)估封縫效果。

2.2 實(shí)例分析

2.2.1 地鐵與隧道主體結(jié)構(gòu)混凝土工程防滲加固

某市地鐵管理單位通過(guò)詳細(xì)調(diào)查7.4km 洞體滲漏情況,發(fā)現(xiàn)其中65 處滲漏位置,其中23 處嚴(yán)重漏水位置。地鐵隧道滲漏水導(dǎo)致環(huán)境不斷惡化,通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)道岔電動(dòng)精轍機(jī)對(duì)地電阻值是600MΩ,走行軌道處于潮濕狀態(tài),電壓信號(hào)極其不穩(wěn)定,軌道和地面絕緣,導(dǎo)致信號(hào)無(wú)法傳輸,且鋼軌嚴(yán)重銹蝕,腹板從15mm 銹蝕剝落到11mm。在此條件運(yùn)行地鐵,已經(jīng)嚴(yán)重威脅到了行車(chē)及乘客生命安全。因此市地鐵管理單位邀請(qǐng)相關(guān)專(zhuān)家做了專(zhuān)業(yè)論證,決議采取丙凝與氰凝作為主要材料,以此進(jìn)行灌漿處理,從而獲得了良好效果。

施工方式具體為,利用真空泵吸水,以促使裂縫水壓下降,并鑿縫處理,生成U 型槽,并根據(jù)方案設(shè)計(jì)位置進(jìn)行注漿管下放,利用快硬性水泥砂漿抹平U 型槽。注漿需嚴(yán)格遵循從下到上的順序完成,在裂縫內(nèi)的水抽除干凈之后,且上部注漿管流出新鮮漿液的時(shí)候,停止灌漿,并進(jìn)入下一施工段灌漿工作。值得注意的是地鐵為地下工程,在灌漿處理時(shí)需要加強(qiáng)通風(fēng)[10]。

2.2.2 地鐵風(fēng)亭混凝土修補(bǔ)工程防滲堵漏

某市地鐵風(fēng)亭風(fēng)道地下主體結(jié)構(gòu)工程出現(xiàn)了幾十條條狀裂縫,最大寬度可達(dá)到0.8mm,滲水現(xiàn)象十分嚴(yán)重。對(duì)此,施工企業(yè)通過(guò)對(duì)比分析大量灌漿材料與工藝,以試驗(yàn)選擇了以聚氨酯灌漿材料為主要成分的泌必止,防滲堵漏加固效果顯著,使得工程一次性驗(yàn)收通過(guò)。

2.2.3 大壩壩基混凝土工程防滲加固

在實(shí)際應(yīng)用中,低滲透介質(zhì)灌漿理論實(shí)現(xiàn)了突破性發(fā)展,即中華-798 系灌漿材料可充分滲透到泥化夾層中去。某大壩壩基在灌漿過(guò)程中,選用了798 系灌漿材料,不僅可滲透K 值于10-6～10-8cm/s 間的軟弱夾層中,在固結(jié)后,夾層硬度還會(huì)得以提高,非常堅(jiān)硬,壓縮強(qiáng)度可達(dá)到34MPa,變形模量可達(dá)到125GPa,基于確保灌漿質(zhì)量,可節(jié)約工程成本。

3 結(jié)論

總而言之,高分子灌漿不僅簡(jiǎn)單便捷,且迅速有效,既能夠防滲堵漏,又能夠加固結(jié)構(gòu)。而既有防滲堵漏材料,水溶性良好但強(qiáng)度偏低,固結(jié)補(bǔ)強(qiáng)材料強(qiáng)度較高但水溶性偏差,一般工程要求防滲堵漏與固結(jié)補(bǔ)強(qiáng)作用同時(shí)具備,所以在混凝土堵漏工程合理利用高分子灌漿材料勢(shì)在必行,可有效發(fā)揮其防滲加固機(jī)理,可彌補(bǔ)單一材料缺陷,且可就實(shí)際需求綜合應(yīng)用各種材料,彼此互補(bǔ),綜合利用,從而最大程度上有效發(fā)揮各種材料優(yōu)勢(shì)特征。未來(lái)高分子灌漿材料逐漸朝向多方向發(fā)展,即灌漿技術(shù)與其他工藝融合、材料黏度實(shí)現(xiàn)兩極化(低黏度、高滲透、高濃度、易流動(dòng)稠漿)、灌漿材料綠色環(huán)保又無(wú)毒無(wú)污染、灌漿工藝實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、灌漿機(jī)械實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。