使用化學(xué)漿液進(jìn)行砼裂縫處理的新工藝
2005-05-13 00:00
一、 簡(jiǎn)述
在砼施工中，伸縮縫、施工縫的滲水及溫度應(yīng)力裂縫的處理是一個(gè)世界性難題。為了最大可能減少砼施工過(guò)程中各種裂縫的發(fā)生，在現(xiàn)在砼施工過(guò)程中，我們盡管在其原材料的選用、施工工藝方面都進(jìn)行了不斷的研究和改進(jìn)，然而并不能完全得到避免，如在長(zhǎng)江三峽、黃河小浪底及萬(wàn)家寨等各大中型水利水電工程項(xiàng)目中，雖然采用了各種不同的施工工藝，有嚴(yán)格的質(zhì)量保證體系和控制措施，但在砼施工中都不同程度的發(fā)現(xiàn)有各種裂縫的產(chǎn)生。
砼中產(chǎn)生的各種裂縫，不僅對(duì)其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不良的影響，還可能對(duì)整個(gè)建筑物產(chǎn)生直接的危害，特別是水工建筑物，由于砼中裂縫的產(chǎn)生，如對(duì)位于水下部分的裂縫，會(huì)造成水沿裂縫的滲漏，對(duì)水位線以上的裂縫，則會(huì)由于氣溫的反復(fù)變化，使裂縫中的毛細(xì)水對(duì)結(jié)構(gòu)物造成進(jìn)一步的損傷，從而可能造成結(jié)構(gòu)物的破壞。
化學(xué)灌漿是砼缺陷處理的一項(xiàng)非常有效的施工方法。本文所述的化學(xué)灌漿方法，能夠針對(duì)不同的裂縫類型，使用各自不同的處理工藝，不僅減少了施工過(guò)程中的勞動(dòng)強(qiáng)度，更能夠保證對(duì)缺陷的處理質(zhì)量，縮短施工工期，降低處理的成本，從而獲得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
二、 砼缺陷裂縫類型和滲水的原因
一般砼中出現(xiàn)的缺陷裂縫主要有：伸縮縫、施工縫、溫度應(yīng)力裂縫。
2.1 伸縮縫：它是根據(jù)結(jié)構(gòu)布置、地質(zhì)條件及施工布置，施工強(qiáng)度等在結(jié)構(gòu)物中設(shè)置的橫向縫，為滿足結(jié)構(gòu)變形的要求，縫面間一般不應(yīng)有剛性填充物，僅在上游壩面附近設(shè)止水設(shè)施。在運(yùn)行過(guò)程中，其滲水原因主要有以下兩個(gè)方面：
a、原施工過(guò)程中，由于各種原因造成止水片的破損；
b、地下水沿止水片部位砼缺陷部位形成的繞滲。
a、原施工過(guò)程中，由于各種原因造成止水片的破損；
b、地下水沿止水片部位砼缺陷部位形成的繞滲。
2.2 施工縫：另一類滲水縫是砼的水平施工縫，其滲水的原因主要為，結(jié)合面未按要求進(jìn)行處理，砼澆筑過(guò)程中結(jié)合面砂漿較少，且砼下料的高度較高，造成砼中的砂漿與骨料的局部分離，并且沿結(jié)合面部份區(qū)域振搗不足，而造成部分滲水通道。
2.5 溫度應(yīng)力裂縫：在砼中出現(xiàn)最多的裂縫就是溫度應(yīng)力裂縫，施工過(guò)程中由于基礎(chǔ)溫差和砼內(nèi)外溫差過(guò)大或由于其他原因產(chǎn)生的應(yīng)力釋放等是砼溫度應(yīng)力裂縫產(chǎn)生的主要原因。根據(jù)溫度應(yīng)力裂縫表現(xiàn)形式上的不同，溫度應(yīng)力裂縫可分為表面·、深層、貫通三種。
2.4 裂縫處理的一般原則
根據(jù)裂縫類型和所處位置不同，對(duì)其進(jìn)行處理的方法也不同，對(duì)砼裂縫處理應(yīng)遵循以下
原則：
a．表面有防風(fēng)化、防滲、抗沖、耐磨要求部位的裂縫應(yīng)進(jìn)行表面處理。
b．減弱結(jié)構(gòu)的整體性、強(qiáng)度、防滲性能和造成鋼筋銹蝕的裂縫，要進(jìn)行灌漿處理。
c．危及建筑物安全運(yùn)行的裂縫，除采取灌漿處理外，必要時(shí)還應(yīng)采取其他的加固措施。
d．對(duì)溫度反映敏感的裂縫，應(yīng)在低溫季節(jié)后期裂縫開(kāi)度較大時(shí)處理。
e．對(duì)活動(dòng)性裂縫必須采用柔性材料進(jìn)行處理。
三、 裂縫處理方案的選擇與確定
3.1 伸縮縫灌漿方案
在小浪底工程中，處理伸縮縫滲水，曾先后采用了不同的處理方案進(jìn)行處理，各處理方案結(jié)果如下：
a)水泥灌漿方案：試圖通過(guò)在伸縮縫間注入水泥漿，而阻止地下水沿縫面滲漏，但由在伸縮縫間涂刷的泥清油膏等，造成灌入縫面內(nèi)漿體不能與縫面砼直接結(jié)合，加之砼段隨氣溫
的變化和影響，從而使水泥灌漿對(duì)其滲水道路的封閉很難保證。小浪底1#導(dǎo)流洞的部分滲
水縫段即按此法進(jìn)行處理，但其處理效果極差。并且由于水泥灌漿需要較大的灌漿孔，鉆孔施工輔助作業(yè)多，施工工藝性差，因此，水泥灌漿方法處理伸縮縫滲水其施工可靠性不能滿足工程需要和工藝需要。
b)相嵌止水條方案，在原1#導(dǎo)流洞的施工處理中，對(duì)伸縮縫的處理，還采用了在環(huán)間裂縫上相嵌膨脹止水條的方案，其做法為：沿滲水縫面切割砼約寬為5em，深約10em的方形槽，然后在槽內(nèi)放入5X 5em的膨脹式止水條，并隨及使用C80水泥砂漿進(jìn)行封閉，止水條遇地下水后，模向膨脹，形成止水，從而防止地下水的滲透，施工實(shí)踐表明：其效果較差，工程運(yùn)行中在高壓力的地下水壓力和過(guò)流時(shí)的高速下泄水流的雙重作用下，相嵌的c80水泥砂漿極易脫落，從而對(duì)襯砌洞壁產(chǎn)生新的損傷，并且其施工工藝性能極差，施工過(guò)程中勞動(dòng)強(qiáng)度大。l#導(dǎo)流洞中局部伸縮滲水縫即按此法進(jìn)行處理，但經(jīng)過(guò)在較低水位簡(jiǎn)短泄流后檢查，發(fā)現(xiàn)其相當(dāng)部位的c80水泥砂漿相嵌體脫落，止水膠條失效。因此此種方法不適用于具有高地下水壓力和高流速過(guò)流表面的滲水裂縫處理。
c)以上兩種處理方法，均在伸縮縫面間嵌入了剛性填充體，使縫面喪失了允許結(jié)構(gòu)伸縮
變形的功能，可能對(duì)建筑物的安全運(yùn)行造成潛在危害，并且在結(jié)構(gòu)物經(jīng)過(guò)外界溫度變化的影響，很容易使填入體損壞，經(jīng)過(guò)對(duì)已實(shí)施的方案和結(jié)果的研究分析，針對(duì)砼伸縮縫結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和滲水情況，決定使用化學(xué)漿材進(jìn)行灌漿處理，其方案如下：沿伸縮縫鉆斜交孔，使灌漿孔繞過(guò)上層止水帶，與伸縮縫相交，使用較低的灌漿壓力灌注化學(xué)漿液。其布置見(jiàn)附圖?；瘜W(xué)灌漿材料選用KLY-G3聚氨酯堵漏劑，利用該堵漏劑遇水膨脹、固化的原理，在止水帶間形成彈性充填墊，以達(dá)到止水目的。由于化學(xué)灌漿漿材的粘度小，可灌性高，能夠容易的灌入出現(xiàn)的砼缺陷部位。灌漿泵采用局科研所生產(chǎn)的輕型化灌泵和進(jìn)口電動(dòng)泵。
3.2 施工縫和溫度應(yīng)力裂縫灌漿方案
與伸縮縫的處理相似，對(duì)砼上出現(xiàn)的施工縫和溫度裂縫，曾使用傳統(tǒng)的方法，對(duì)其進(jìn)行切槽填縫和埋設(shè)灌漿盒，采用磨細(xì)水泥與普通環(huán)氧漿液灌漿，但其效果均較差，并且由于封縫操作，對(duì)原砼結(jié)構(gòu)造成了新的損傷。為此我們根據(jù)其裂縫較細(xì)和滲水相對(duì)較小的特點(diǎn)，經(jīng)多次試驗(yàn)，確定采取打斜孔(灌漿孔深根據(jù)裂縫類型、深度確定，其與縫面相交一般不少于裂縫深度的一半)、使用較高的灌漿壓力進(jìn)行高壓灌漿的方法進(jìn)行施工，最大灌漿壓力約為砼抗壓強(qiáng)度的1/10。灌漿材料據(jù)現(xiàn)場(chǎng)每條裂縫的滲水量情況而定，分別采用KLY-G#聚氨酯堵漏劑和改性環(huán)氧樹(shù)脂系統(tǒng)漿材，滲水量較大的采用KLY-G3聚氨酯堵漏劑，堵漏原理與伸縮縫相同；滲水量小和干縫以及需要補(bǔ)強(qiáng)的裂縫采用KLY-G1系統(tǒng)。
四、 新灌漿工藝的特點(diǎn)
傳統(tǒng)灌漿工藝流程：施工準(zhǔn)備→查縫定位→布孔、鉆孔→清孔→鑿槽→安裝灌漿管、貼盒→封縫→試氣補(bǔ)漏→現(xiàn)場(chǎng)灌漿→縫面處理→驗(yàn)收
新的灌漿工藝流程：施工準(zhǔn)備→查縫定位→布孔、鉆孔→清孔→安裝灌漿塞、連接灌漿泵→灌漿→清理施工現(xiàn)場(chǎng)→驗(yàn)收
新的灌漿工藝針對(duì)傳統(tǒng)灌漿工藝效率較低、工序較多、在處理細(xì)微裂縫時(shí)需鑿槽與封縫、容易對(duì)原砼結(jié)構(gòu)造成損傷，并且灌漿壓力偏小、處理后的裂縫不美觀等缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)灌漿工藝上作了大量改進(jìn)：
4.1 灌漿塞采用利用膨脹原理加工而成的膨脹型灌漿塞，替代了需用環(huán)氧砂漿固定的灌漿塞，能夠有效的避免用環(huán)氧砂漿固定灌漿塞過(guò)程中對(duì)灌漿孔的堵塞。并且在膨脹型灌漿塞內(nèi)部設(shè)有兩道單向閥，灌漿結(jié)束后，單向閥能夠有效的防止灌入的漿材倒溢，保證了灌漿的質(zhì)量。灌漿塞經(jīng)獨(dú)特設(shè)計(jì)，它由塞體和灌漿桿兩部分組成。塞體所需鉆孔孔徑為ф18mm。
4.2 鉆孔
采用進(jìn)口電錘鉆孔，最大孔深達(dá)85cm，孔徑范圍ф10～ф50，替代了風(fēng)鉆鉆孔，減少了鉆孔的輔助工作量，簡(jiǎn)化了施工工藝。
4.5 灌漿泵
采用德國(guó)產(chǎn)1750型灌漿泵，替代了手壓灌漿泵，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，并且由于此灌漿泵具有較高的灌漿壓力，從而使進(jìn)行高壓灌漿能夠得以實(shí)施。
灌漿泵性能參數(shù)表
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設(shè)備名稱 |
功率(kW) |
最大壓力(MPa) |
最大流量(1/min) |
備 注 |
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手搖泵 |
手動(dòng) |
2 |
1 |
灌漿管與泵間用氣管聯(lián)接 |
|
電動(dòng)泵 |
1.5 |
24(可調(diào)) |
3.2 |
與灌漿塞用高壓管聯(lián)接 |
五、 灌漿材料
5.1 灌漿材料的選用
灌漿漿材選用的原則為：具有較好的可灌性，粘度小、環(huán)保無(wú)毒并且能夠滿足結(jié)構(gòu)物缺陷處理的需要，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，選用材料如下表。
灌漿材料選用表
|
裂縫類型 |
伸縮縫 |
施工縫
(滲水) |
細(xì)微裂縫(滲水，
縫寬小于0.2mm) |
無(wú)滲水縫(施工
縫、細(xì)微裂縫) |
|
新施工工藝 |
KLY-G3 |
KLY-G3和KLY-G1 |
KLY-G3和KLY-G1 |
KLY-G1 |
|
傳統(tǒng)施工工藝 |
HW+LW |
HW-~-LW和EFA |
HW+LW和EFA |
EFA |
5.2 灌漿用材料及相應(yīng)指標(biāo)
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指標(biāo) |
KLY-G3 |
HW+LW |
EFA系統(tǒng) |
|
粘度(厘泊) |
40～80 |
60～80 |
1.1 |
|
比重(g／cm3) |
1.1 |
1.1 |
1.03一1.07 |
|
粘接強(qiáng)度(MPa) |
1～1.8 |
0.7—1.7 |
1.7—1.9 |
|
抗壓強(qiáng)度(MPa) |
|
|
80~100 |
|
抗壓強(qiáng)度(MPa) |
|
|
12.5~14.8 |
|
抗?jié)B |
S15 |
S15 |
S15 |
|
伸長(zhǎng)率(％) |
300 |
273 |
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|
膨脹率(％) |
≥350 |
300 |
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|
毒性 |
聚合體無(wú)毒 |
聚合體無(wú)毒 |
聚合體無(wú)毒 |
|
特點(diǎn) |
遇水發(fā)生固化反應(yīng)，固化時(shí)間可用阻聚到在十幾秒至幾分鐘之間可調(diào)。固結(jié)體有較好的彈性，失水收縮遇水膨脹。 |
雙組份材料，遇水發(fā)生固化反應(yīng)，固化時(shí)間也可在十幾秒至幾分鐘之間可調(diào)。固結(jié)體有較好的彈性，失水收縮遇水膨脹。 |
可根據(jù)裂縫類型，配制相應(yīng)漿液。適用于潮濕縫灌漿。這種漿材親水性較好，固結(jié)體強(qiáng)度高，即有堵水功能，又有補(bǔ)強(qiáng)效果。 |
|
優(yōu)缺點(diǎn) |
單組份材料，打開(kāi)即用，滲透力強(qiáng)。 |
現(xiàn)場(chǎng)兩種材料需混合，粘度較大，滲透力較YN小。 |
滲透力強(qiáng)，粘度小，強(qiáng)度高，適用于細(xì)微裂縫。 |
六、 鉆孔灌漿工藝
6.1 鉆孔：采用進(jìn)口電錘和Ф20的鉆頭鉆孔。最大鉆孔深度：85cm。伸縮縫鉆孔：距縫0．3m，鉆60˚斜孔至上、下止水之間，孔深以過(guò)縫5cm～10cm最佳，開(kāi)孔位置和孔斜避開(kāi)上層止水，孔距1．5—2．0m。施工縫和細(xì)微裂縫鉆孔距縫10cm，鉆60˚斜孔，孔深30cra，孔距0．5～0．8m。
6.2 灌漿：
灌漿順序自下而上、由低向高，單孔逐一連續(xù)進(jìn)行。
6.3 灌漿壓力及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：
a 伸縮縫灌漿壓力及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：
灌漿時(shí)利用上層止水片出漿，灌漿開(kāi)始時(shí)控制壓力及進(jìn)漿率，等繞過(guò)上層止水漏出的漿液初凝后，提高灌漿壓力至1．0Mpa，持續(xù)灌漿20min后即可結(jié)束灌漿。
b 施工縫、細(xì)微裂縫灌漿壓力及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：
由于上述兩種裂縫較細(xì)，灌漿開(kāi)始時(shí)控制壓力和進(jìn)漿速率，逐漸提高灌漿壓力(一般不大于砼抗壓強(qiáng)度的10％)至縫面出漿后，保持10min即可結(jié)束本孔灌漿，改灌相鄰灌漿孔。當(dāng)
相鄰孔灌漿后，縫面出漿不能連通時(shí)，應(yīng)在兩孔間補(bǔ)孔。
6.4 所有孔灌漿結(jié)束后，使用環(huán)氧沙漿進(jìn)行封孔。
七、 運(yùn)用效果分析
通過(guò)我們?cè)陂L(zhǎng)江三峽，黃河小浪底，萬(wàn)家寨等工程項(xiàng)目中，使用上述方法，針對(duì)不同的裂縫類型進(jìn)行灌漿處理后，未發(fā)現(xiàn)任何滲漏痕跡，從處理的裂縫的結(jié)果看，所采用的處理方法是成功的，所選材料是適合的。針對(duì)施工縫和溫度裂縫，這種施工方法改變了以往傳統(tǒng)的鑿槽→埋管→封縫→灌漿的灌漿工藝。提高了灌漿效率4~5倍。根據(jù)我們?cè)诠こ淌┕み^(guò)程中做的對(duì)比試驗(yàn)，新方法克服了傳統(tǒng)工藝對(duì)裂縫處原狀砼的破壞和細(xì)微裂縫因手搖灌漿泵壓力過(guò)低、進(jìn)漿量小處理結(jié)果差等缺點(diǎn)。在材料的選用上，對(duì)滲水較小的細(xì)微裂縫采用KLY-G1環(huán)氧樹(shù)脂漿液，該漿液粘度小，可灌性強(qiáng)，具有堵漏和補(bǔ)強(qiáng)兩種功能。在伸縮縫灌漿材料的選用上，首次采用KLY-G3堵漏劑，該材料是單組份材料，與LW和Hw相比施工較方便，且膨脹率大、密實(shí)性好、粘度較小，可灌性強(qiáng)，與水反應(yīng)時(shí)間可調(diào)，在施工中可根據(jù)滲漏量大小在KLY-G3中加入阻聚劑調(diào)整與水反應(yīng)速度，可滿足各種裂縫的灌漿需要。特別是對(duì)伸縮縫的處理，由于固化體具有彈性變形的特點(diǎn)，不會(huì)改變伸縮縫的使用功能。
通過(guò)灌漿成果分析，可以看出，伸縮縫灌漿時(shí)，由于電動(dòng)泵進(jìn)漿率高，在相同壓力情況下，單米吃漿量較手動(dòng)泵大，單米耗時(shí)電動(dòng)泵比手動(dòng)泵少用時(shí)5分鐘。由此可見(jiàn)，在提高工效的情況下，由于電動(dòng)泵吃漿量大，材料消耗太大，多數(shù)漿液從縫中漏掉。針對(duì)上述情況，電動(dòng)泵在后期伸縮縫灌漿施工中，采用單孔間斷灌漿，使?jié){液在縫中有足夠的固化反應(yīng)日引司，減少了二次進(jìn)漿量，單米吃漿量明顯的下降，降低3％左右，基本上解決了材料的浪費(fèi)問(wèn)題。相對(duì)用傳統(tǒng)工藝處理伸縮縫灌漿，材料單米消耗多出40％，但工效卻提高4~5倍。
溫度裂縫和施工縫灌漿時(shí)電動(dòng)泵和手壓泵單米吃漿量差別不大，單米灌漿歷時(shí)平均相差4倍。由于手動(dòng)泵灌漿壓力過(guò)小材料擴(kuò)散半徑也相對(duì)較小，單米鉆孔和灌漿塞消耗相對(duì)電動(dòng)泵多出1倍左右。由此可見(jiàn)，電動(dòng)泵在工效上和材料消耗上都優(yōu)于手動(dòng)灌漿泵，與傳統(tǒng)工藝相比較，材料消耗多出30％左右，但由于電動(dòng)泵灌漿壓力大，材料擴(kuò)散半徑相對(duì)也較大，灌漿質(zhì)量相對(duì)較好，工作效率提高5～6倍，取得了較好的整體效益。新的灌漿工藝整體上優(yōu)于傳統(tǒng)灌漿工藝，基本上可滿足各種裂縫的處理要求，便于在施工中推廣。
實(shí)踐還表明：較高的灌漿壓力，有助于對(duì)細(xì)小裂縫的處理，只要灌漿壓力合適，并不會(huì)對(duì)砼造成新的破壞。
八、 應(yīng)用前景
化學(xué)灌漿是砼缺陷處理的一項(xiàng)非常有效的施工方法，它不僅能夠在水利水電等工程中得到應(yīng)用，而且廣泛的應(yīng)用于房屋、交通運(yùn)輸?shù)冉Y(jié)構(gòu)缺陷的處理，前景廣闊。新材料、新工藝和新設(shè)備的采用；，大大地提高了工作效率，縮短了工期，降低了處理的成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
此方法在施工過(guò)程中，能夠針對(duì)不同的裂縫類型，選用不同的化學(xué)漿材和相應(yīng)的施工工藝，使灌漿效果完全能夠滿足規(guī)范的要求。此方法工藝先進(jìn)，操作簡(jiǎn)便，施工進(jìn)度快，對(duì)各種縫面的處理質(zhì)量?jī)?yōu)良，便于施工中的推廣運(yùn)用。
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