摘要：為了開發(fā)適用于水工建筑在滲漏情況下的可靠封堵材料，基于試驗(yàn)的方式探究3種混凝土注漿材料對(duì)水工建筑滲漏封堵效果，并基于材料可注性、固結(jié)性和混凝土的凝結(jié)時(shí)間評(píng)價(jià)3種材料的封堵性能，由此確定了一種堵水效果佳、耐久性能強(qiáng)的新型封堵材料。研究結(jié)果表明：試驗(yàn)配得的雙液漿材料B擁有極佳的封堵性能，其極佳的可注性降低了注漿堵管風(fēng)險(xiǎn)且滿足壁后飽滿填充性，在滿足結(jié)石強(qiáng)度和安全穩(wěn)定性前提下保證了經(jīng)濟(jì)性。材料的終凝時(shí)間隨水灰比的升高而延長，當(dāng)水灰比為0.6且材料A和材料B的用量最少時(shí)，初凝和終凝時(shí)間均最短，而其他對(duì)初凝和終凝時(shí)間的影響因素基本可忽略。受到材料種類、含水量以及環(huán)境等因素的影響，3種材料的初凝時(shí)間差別較大，且缺乏規(guī)律性。該研究可為水工建筑滲漏封堵材料的研制、性能測(cè)試以及封堵效果評(píng)估等提供支持。

關(guān)鍵詞：注漿材料；試驗(yàn)分析；混凝土凝結(jié)時(shí)間；可注性；固結(jié)性

基金號(hào)，湖南省交通科項(xiàng)目201917

0" "引言

發(fā)電廠房是航電樞紐工程的重要水工建筑。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，各級(jí)航電樞紐工程投入運(yùn)營后，已投入運(yùn)營的航電樞紐廠房都存在不同程度的滲漏問題，對(duì)廠房的耐久性、安全性和航電樞紐的經(jīng)濟(jì)效益均產(chǎn)生一定的影響[1]。

滲漏封堵材料的強(qiáng)度直接決定了其抗?jié)B漏能力。水工建筑物通常處于水壓力的作用下，如果使用強(qiáng)度較低的封堵材料，可能無法承受水壓力的沖擊，導(dǎo)致封堵層產(chǎn)生破裂或漏水現(xiàn)象[2]。因此，選用具備足夠強(qiáng)度的封堵材料是保證封堵效果的關(guān)鍵。只有通過嚴(yán)格的強(qiáng)度試驗(yàn)，確保封堵材料具備足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，才能有效防止?jié)B漏問題的發(fā)生[3]。

水工建筑物常常長期處于水環(huán)境中，面臨著水壓力和水質(zhì)的不斷作用[4]。如果封堵材料的強(qiáng)度不夠，受到長期水流侵蝕和環(huán)境變化的影響，可能會(huì)導(dǎo)致封堵層的疲勞破壞、變形或脫落，使?jié)B漏問題再次出現(xiàn)[5]。而強(qiáng)度優(yōu)越的封堵材料能夠更好地抵御外界環(huán)境的侵蝕和變化，保持長期的封堵效果，有效延長水工建筑物的使用壽命。水工建筑物的滲漏封堵材料常常需要具備較長的使用壽命，能夠承受長期的運(yùn)行和維護(hù)[6]。

綜上所述，水工建筑滲漏封堵材料的強(qiáng)度對(duì)滲漏封堵效果具有重要性。強(qiáng)度優(yōu)越的封堵材料能夠提供更好的抗?jié)B漏能力、持久性和耐久性，同時(shí)也能提高施工工藝的可操作性和質(zhì)量。本文以土谷塘航電樞紐工程為研究對(duì)象，研究一種新型封堵材料，提高材料堵水效果，提高其耐久性，分析提出最佳的材料組分配比。

1" "工程概況

本文依托工程為土谷塘航電樞紐工程。土谷塘航電樞紐是湘江干流航道八個(gè)梯級(jí)樞紐之一、湘江千噸級(jí)航道向上延伸的控制性工程、交通運(yùn)輸部和湖南省“十二五”利用亞行貸款的重點(diǎn)內(nèi)河建設(shè)項(xiàng)目，是一個(gè)以航運(yùn)為主、航電結(jié)合，并兼有交通、灌溉、供水與養(yǎng)殖等綜合利用效益的工程。

湘江土谷塘航電樞紐工程在建設(shè)期，就十分重視航電樞紐后期的滲漏水的預(yù)防工作，在混凝土工程質(zhì)量管理上采取了很多措施，但是土谷塘航電樞紐工程滲漏水問題仍然在一定程度上存在。

2" "試驗(yàn)材料

本項(xiàng)目中擬測(cè)試以42.5水泥、材料A、材料B、石英砂等組成的3種混凝土注漿材料。根據(jù)注漿目的不同，分為同步注漿材料、搶險(xiǎn)注漿材料和高強(qiáng)加固注漿材料。試驗(yàn)中，材料A為一種密度低于水泥的混凝土注漿添加劑，有多種種類，以適應(yīng)不同的注漿混凝土的性能需求。材料B為一種配合材料A使用的粘稠液體，具有加速混凝土凝結(jié)的作用。材料A和材料B需要按照一定配比與水泥混合。

為了選出性能最佳的混凝土注漿材料，需對(duì)相應(yīng)的混凝土材料在不同水灰比和材料配比下的性能進(jìn)行測(cè)試，研究分析不同材料配比對(duì)注漿材料性能的影響，最后確定目標(biāo)性能最佳的材料。3種試驗(yàn)材料的原始配比如表1至表3所示。

最初給定的材料配比數(shù)值僅為初始設(shè)定配比，在生產(chǎn)應(yīng)用中，僅憑一組配比數(shù)據(jù)無法得出最佳的混凝土性能，需要事先設(shè)計(jì)10組以上的配比，再逐一試驗(yàn)相關(guān)性能，選出最接近目標(biāo)性能的實(shí)驗(yàn)組再進(jìn)行下一步試驗(yàn)。

3" "試驗(yàn)方案及結(jié)果

3.1" "可注性和固結(jié)性試驗(yàn)

3.1.1" "試驗(yàn)設(shè)備和方案

試驗(yàn)儀器為注漿泵（手動(dòng)壓力泵），注漿管路采用高壓軟管連接。試驗(yàn)過程中，首先將漿液與外加劑雙組分分別壓入注漿管路中（充滿首節(jié)注漿管即可），然后在注漿管路中停留至初凝時(shí)間，然后進(jìn)行泵送。

3.1.2" "試驗(yàn)結(jié)果分析

考慮對(duì)注漿材料的和易性和速凝性需求，選取水灰比1：1，漿液與外加劑體積比為2：1、3：1、5：1進(jìn)行可泵性試驗(yàn)。本試驗(yàn)設(shè)泵送壓力不高于2MPa的持續(xù)時(shí)間為可注漿操作的時(shí)間，泵送壓力隨時(shí)間變化曲線如圖1所示。

雙液漿與水玻璃雙液漿結(jié)石體1～28d強(qiáng)度對(duì)比如圖2所示。其中流量比為2：1，無水環(huán)境材料B與水玻璃均為10kg。試驗(yàn)雙液漿與水玻璃雙液漿配比、性能對(duì)照表見表4，水玻璃雙液漿配比、性能對(duì)照表見表5。

通過上述無水環(huán)境的可注性和固結(jié)性試驗(yàn)，可以得到結(jié)論：

試驗(yàn)雙液漿材料B用量小，稀釋比例高，注漿流量可在2：1～1：1之間任意調(diào)節(jié)，雙液可注性極佳，既無注漿堵管風(fēng)險(xiǎn)，也滿足壁后飽滿填充性。

10kg材料B用12倍以上的水稀釋，結(jié)石率確達(dá)100%，強(qiáng)度是水玻璃7倍以上。超高結(jié)石率所體現(xiàn)的出方量是水泥漿液的2倍，同樣的空間體積可節(jié)省1/2的水泥材料成。超高的結(jié)石強(qiáng)度和密度均勻的結(jié)石體所體現(xiàn)的安全穩(wěn)定性，更是水玻璃雙液漿無法比擬的。粉煤灰水泥漿1m3結(jié)石體較水泥漿可節(jié)約100元的材料成本，綜合計(jì)算一環(huán)可節(jié)省2000多元。

水玻璃無論用量多少，雙液都會(huì)出現(xiàn)要么凝膠太慢，要么急凝而快速失流的兩種局限性，雙液凝膠太慢抑制管片位移的作用就差，急凝就潛在堵管風(fēng)險(xiǎn)。而試驗(yàn)雙液漿既能迅速凝膠，又具有緩慢失流性，完全具備不堵管和飽滿填充的良好性能。

3.2" "初、終凝時(shí)間試驗(yàn)

3.2.1" "試驗(yàn)方法

初凝時(shí)間測(cè)定具體方法如下：將初凝試針固定在維卡儀上，將正方形玻璃板放置在維卡儀下端平臺(tái)上，讓試針尖端接觸玻璃板并將指針調(diào)整至0點(diǎn)。從所有原料都被加入燒杯中開始計(jì)時(shí)，將試件養(yǎng)護(hù)30min后進(jìn)行首次測(cè)試。測(cè)試時(shí)，將模具小截面朝上水平放置在初凝試針下，保證初凝試針的針頭和試塊表面剛好接觸。然后讓試針在重力作用下落入試塊中并在30s后讀取刻度數(shù)。當(dāng)初凝試針下落到距底板4mm且不再發(fā)生變化時(shí)，此時(shí)試塊的狀態(tài)稱為初凝狀態(tài)，這段時(shí)間即為初凝時(shí)間。

終凝時(shí)間測(cè)定具體方法如下：為更加準(zhǔn)確測(cè)定終凝針沉入混凝土試塊的情況，終凝針在尖端安裝了一個(gè)環(huán)形附件。在完成初凝時(shí)間的測(cè)定后，取下初凝試針并換上終凝試針固定在維卡儀上。將圓模上下顛倒，翻轉(zhuǎn)180°，使大底面向上，小底面繼續(xù)緊貼玻璃正方形玻璃片并繼續(xù)養(yǎng)護(hù)。觀察試塊變化，在臨近終凝時(shí)每15min進(jìn)行一次測(cè)試。當(dāng)終凝針沉入試件表面0.5mm時(shí)，此時(shí)試塊的狀態(tài)即為終凝狀態(tài)，從所有原材料加入到終凝狀態(tài)的這段時(shí)間即為終凝時(shí)間。

3.2.2" "試驗(yàn)方案

分別開展同步注漿膠混凝土性能測(cè)試、搶險(xiǎn)注漿膠材料性能測(cè)試和高強(qiáng)加固注漿膠混凝土性能測(cè)試。試驗(yàn)正交表如表6所示。

3.2.3" "試驗(yàn)結(jié)果分析

表7給出了3種測(cè)試混凝土凝結(jié)時(shí)間結(jié)果。比較3項(xiàng)試驗(yàn)每個(gè)試驗(yàn)編號(hào)的凝結(jié)時(shí)間可知：同步注漿材料凝結(jié)試驗(yàn)表明，當(dāng)水灰比為0.6時(shí)，初凝時(shí)間和終凝時(shí)間均明顯短于其他水灰比的初凝和終凝時(shí)間，且互相之間差別不大。搶險(xiǎn)注漿材料凝結(jié)試驗(yàn)表明，搶險(xiǎn)注漿材料需要較快的凝結(jié)時(shí)間，所以初凝時(shí)間是最重要的指標(biāo)。從試驗(yàn)結(jié)果中可以得出，當(dāng)水灰比為0.6且材料A和材料B最少時(shí)，搶險(xiǎn)注漿材料擁有最快的凝結(jié)時(shí)間。高強(qiáng)加固注漿材料凝結(jié)試驗(yàn)表明，當(dāng)水灰比為0.6且材料A和材料B的用量最少時(shí)，初凝和終凝時(shí)間均最短。

由上述結(jié)論確定下一步性能試驗(yàn)選取的材料如下：同步注漿材料凝結(jié)試驗(yàn)中水灰比0.6：1，材料A18g、材料B30g的試驗(yàn)組。搶險(xiǎn)注漿材料凝結(jié)試驗(yàn)中水灰比0.6：1，材料A12g、材料B20g的試驗(yàn)組。高強(qiáng)加固注漿材料凝結(jié)試驗(yàn)中水灰比0.6：1，材料A12g、材料B20g的試驗(yàn)組。

圖3至圖8展示了水灰比和材料A含量分別固定時(shí)另一項(xiàng)因素對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響。在凝結(jié)時(shí)間測(cè)試的試驗(yàn)中，3種材料的終凝時(shí)間差別較小，且基本與水灰比程線性正相關(guān)，所以可得出結(jié)論：3種材料的終凝時(shí)間主要受水灰比影響，水灰比越高，終凝時(shí)間越長，其他因素的影響較小，所以可基本忽略。

與此同時(shí)，3種材料的初凝時(shí)間差別較大，且缺乏規(guī)律性，原因有以下幾點(diǎn)：首先是材料A種類不同。不同種類的材料A有不同的用途，搶險(xiǎn)注漿類材料A在特定水灰比下可以顯著縮短材料的初凝時(shí)間。而其他材料A雖然也可以縮短初凝時(shí)間，但效果不是很明顯。其次是材料B中的水也是一個(gè)重要的影響因素。在水灰比較小的試驗(yàn)組中，材料B較多的試驗(yàn)組可以大幅增加總體水量，使得水灰比偏高，影響材料的初凝時(shí)間。最后是試驗(yàn)誤差原因，在添加材料的過程中材料用量，環(huán)境的溫度和濕度、材料攪拌的充分程度，都可以影響到試驗(yàn)結(jié)果，需要在具體使用過程中具體分析，控制誤差，以提高結(jié)果準(zhǔn)確性。

4" "結(jié)束語

本文采用試驗(yàn)的方式針對(duì)3種混凝土注漿材料對(duì)水工建筑滲漏封堵效果進(jìn)行了研究，并結(jié)合注漿材料的可注性、固結(jié)性以及混凝土的凝結(jié)時(shí)間對(duì)封堵性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，主要結(jié)論如下：

材料B擁有極佳的雙液可注性，其在降低注漿堵管風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)又能滿足壁后飽滿填充性。此外，10kg材料B用12倍以上的水稀釋時(shí)的結(jié)石率可達(dá)100%，且其結(jié)石強(qiáng)度及安全穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于水玻璃。

與材料B的結(jié)石體相比，水玻璃采用的雙液凝膠慢，且易出現(xiàn)急凝而快速失流的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致抑制管片位移的作用變差，且急凝潛在堵管風(fēng)險(xiǎn)。相比之下。試驗(yàn)雙液漿既能迅速凝膠，又具有緩慢失流性，完全具備不堵管和飽滿填充的良好性能。

在對(duì)3種混凝土注漿材料的凝結(jié)時(shí)間研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，3種材料的終凝時(shí)間主要受水灰比影響，終凝時(shí)間隨水灰比的升高而延長，其他因素的影響較小，基本可忽略。然而受到材料種類、含水量以及環(huán)境等因素的干擾，導(dǎo)致本研究中3種材料的初凝時(shí)間差別較大，且缺乏規(guī)律性。

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