使用化學漿液進行砼裂縫處理的新工藝
2005-05-13 00:00
一、 簡述
在砼施工中，伸縮縫、施工縫的滲水及溫度應力裂縫的處理是一個世界性難題。為了最大可能減少砼施工過程中各種裂縫的發(fā)生，在現(xiàn)在砼施工過程中，我們盡管在其原材料的選用、施工工藝方面都進行了不斷的研究和改進，然而并不能完全得到避免，如在長江三峽、黃河小浪底及萬家寨等各大中型水利水電工程項目中，雖然采用了各種不同的施工工藝，有嚴格的質(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，不僅對其結構產(chǎn)生了不良的影響，還可能對整個建筑物產(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，如對位于水下部分的裂縫，會造成水沿裂縫的滲漏，對水位線以上的裂縫，則會由于氣溫的反復變化，使裂縫中的毛細水對結構物造成進一步的損傷，從而可能造成結構物的破壞。
化學灌漿是砼缺陷處理的一項非常有效的施工方法。本文所述的化學灌漿方法，能夠針對不同的裂縫類型，使用各自不同的處理工藝，不僅減少了施工過程中的勞動強度，更能夠保證對缺陷的處理質(zhì)量，縮短施工工期，降低處理的成本，從而獲得良好的經(jīng)濟和社會效益。
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、溫度應力裂縫。
2.1 伸縮縫：它是根據(jù)結構布置、地質(zhì)條件及施工布置，施工強度等在結構物中設置的橫向縫，為滿足結構變形的要求，縫面間一般不應有剛性填充物，僅在上游壩面附近設止水設施。在運行過程中，其滲水原因主要有以下兩個方面：
a、原施工過程中，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，結合面未按要求進行處理，砼澆筑過程中結合面砂漿較少，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 溫度應力裂縫：在砼中出現(xiàn)最多的裂縫就是溫度應力裂縫，施工過程中由于基礎溫差和砼內(nèi)外溫差過大或由于其他原因產(chǎn)生的應力釋放等是砼溫度應力裂縫產(chǎn)生的主要原因。根據(jù)溫度應力裂縫表現(xiàn)形式上的不同，溫度應力裂縫可分為表面·、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，對其進行處理的方法也不同，對砼裂縫處理應遵循以下
原則：
a．表面有防風化、防滲、抗沖、耐磨要求部位的裂縫應進行表面處理。
b．減弱結構的整體性、強度、防滲性能和造成鋼筋銹蝕的裂縫，要進行灌漿處理。
c．危及建筑物安全運行的裂縫，除采取灌漿處理外，必要時還應采取其他的加固措施。
d．對溫度反映敏感的裂縫，應在低溫季節(jié)后期裂縫開度較大時處理。
e．對活動性裂縫必須采用柔性材料進行處理。
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行處理，各處理方案結果如下：
a)水泥灌漿方案：試圖通過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合，加之砼段隨氣溫
的變化和影響，從而使水泥灌漿對其滲水道路的封閉很難保證。小浪底1#導流洞的部分滲
水縫段即按此法進行處理，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#導流洞的施工處理中，對伸縮縫的處理，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，施工實踐表明：其效果較差，工程運行中在高壓力的地下水壓力和過流時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，施工過程中勞動強度大。l#導流洞中局部伸縮滲水縫即按此法進行處理，但經(jīng)過在較低水位簡短泄流后檢查，發(fā)現(xiàn)其相當部位的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構伸縮
變形的功能，可能對建筑物的安全運行造成潛在危害，并且在結構物經(jīng)過外界溫度變化的影響，很容易使填入體損壞，經(jīng)過對已實施的方案和結果的研究分析，針對砼伸縮縫結構特點和滲水情況，決定使用化學漿材進行灌漿處理，其方案如下：沿伸縮縫鉆斜交孔，使灌漿孔繞過上層止水帶，與伸縮縫相交，使用較低的灌漿壓力灌注化學漿液。其布置見附圖。化學灌漿材料選用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，以達到止水目的。由于化學灌漿漿材的粘度小，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)的輕型化灌泵和進口電動泵。
3.2 施工縫和溫度應力裂縫灌漿方案
與伸縮縫的處理相似，對砼上出現(xiàn)的施工縫和溫度裂縫，曾使用傳統(tǒng)的方法，對其進行切槽填縫和埋設灌漿盒，采用磨細水泥與普通環(huán)氧漿液灌漿，但其效果均較差，并且由于封縫操作，對原砼結構造成了新的損傷。為此我們根據(jù)其裂縫較細和滲水相對較小的特點，經(jīng)多次試驗，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行高壓灌漿的方法進行施工，最大灌漿壓力約為砼抗壓強度的1/10。灌漿材料據(jù)現(xiàn)場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強的裂縫采用KLY-G1系統(tǒng)。
四、 新灌漿工藝的特點
傳統(tǒng)灌漿工藝流程：施工準備→查縫定位→布孔、鉆孔→清孔→鑿槽→安裝灌漿管、貼盒→封縫→試氣補漏→現(xiàn)場灌漿→縫面處理→驗收
新的灌漿工藝流程：施工準備→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→驗收
新的灌漿工藝針對傳統(tǒng)灌漿工藝效率較低、工序較多、在處理細微裂縫時需鑿槽與封縫、容易對原砼結構造成損傷，并且灌漿壓力偏小、處理后的裂縫不美觀等缺點的基礎上對灌漿工藝上作了大量改進：
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程中對灌漿孔的堵塞。并且在膨脹型灌漿塞內(nèi)部設有兩道單向閥，灌漿結束后，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)獨特設計，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
采用進口電錘鉆孔，最大孔深達85cm，孔徑范圍ф10～ф50，替代了風鉆鉆孔，減少了鉆孔的輔助工作量，簡化了施工工藝。
4.5 灌漿泵
采用德國產(chǎn)1750型灌漿泵，替代了手壓灌漿泵，減輕了勞動強度，并且由于此灌漿泵具有較高的灌漿壓力，從而使進行高壓灌漿能夠得以實施。
灌漿泵性能參數(shù)表
|
設備名稱 |
功率(kW) |
最大壓力(MPa) |
最大流量(1/min) |
備 注 |
|
手搖泵 |
手動 |
2 |
1 |
灌漿管與泵間用氣管聯(lián)接 |
|
電動泵 |
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)保無毒并且能夠滿足結構物缺陷處理的需要，經(jīng)反復試驗，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) |
細微裂縫(滲水，
縫寬小于0.2mm) |
無滲水縫(施工
縫、細微裂縫) |
|
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 灌漿用材料及相應指標
|
指標 |
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 |
|
粘接強度(MPa) |
1～1.8 |
0.7—1.7 |
1.7—1.9 |
|
抗壓強度(MPa) |
|
|
80~100 |
|
抗壓強度(MPa) |
|
|
12.5~14.8 |
|
抗?jié)B |
S15 |
S15 |
S15 |
|
伸長率(％) |
300 |
273 |
|
|
膨脹率(％) |
≥350 |
300 |
|
|
毒性 |
聚合體無毒 |
聚合體無毒 |
聚合體無毒 |
|
特點 |
遇水發(fā)生固化反應，固化時間可用阻聚到在十幾秒至幾分鐘之間可調(diào)。固結體有較好的彈性，失水收縮遇水膨脹。 |
雙組份材料，遇水發(fā)生固化反應，固化時間也可在十幾秒至幾分鐘之間可調(diào)。固結體有較好的彈性，失水收縮遇水膨脹。 |
可根據(jù)裂縫類型，配制相應漿液。適用于潮濕縫灌漿。這種漿材親水性較好，固結體強度高，即有堵水功能，又有補強效果。 |
|
優(yōu)缺點 |
單組份材料，打開即用，滲透力強。 |
現(xiàn)場兩種材料需混合，粘度較大，滲透力較YN小。 |
滲透力強，粘度小，強度高，適用于細微裂縫。 |
六、 鉆孔灌漿工藝
6.1 鉆孔：采用進口電錘和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，孔深以過縫5cm～10cm最佳，開孔位置和孔斜避開上層止水，孔距1．5—2．0m。施工縫和細微裂縫鉆孔距縫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)進行。
6.3 灌漿壓力及結束標準：
a 伸縮縫灌漿壓力及結束標準：
灌漿時利用上層止水片出漿，灌漿開始時控制壓力及進漿率，等繞過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后即可結束灌漿。
b 施工縫、細微裂縫灌漿壓力及結束標準：
由于上述兩種裂縫較細，灌漿開始時控制壓力和進漿速率，逐漸提高灌漿壓力(一般不大于砼抗壓強度的10％)至縫面出漿后，保持10min即可結束本孔灌漿，改灌相鄰灌漿孔。當
相鄰孔灌漿后，縫面出漿不能連通時，應在兩孔間補孔。
6.4 所有孔灌漿結束后，使用環(huán)氧沙漿進行封孔。
七、 運用效果分析
通過我們在長江三峽，黃河小浪底，萬家寨等工程項目中，使用上述方法，針對不同的裂縫類型進行灌漿處理后，未發(fā)現(xiàn)任何滲漏痕跡，從處理的裂縫的結果看，所采用的處理方法是成功的，所選材料是適合的。針對施工縫和溫度裂縫，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)我們在工程施工過程中做的對比試驗，新方法克服了傳統(tǒng)工藝對裂縫處原狀砼的破壞和細微裂縫因手搖灌漿泵壓力過低、進漿量小處理結果差等缺點。在材料的選用上，對滲水較小的細微裂縫采用KLY-G1環(huán)氧樹脂漿液，該漿液粘度小，可灌性強，具有堵漏和補強兩種功能。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、密實性好、粘度較小，可灌性強，與水反應時間可調(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)整與水反應速度，可滿足各種裂縫的灌漿需要。特別是對伸縮縫的處理，由于固化體具有彈性變形的特點，不會改變伸縮縫的使用功能。
通過灌漿成果分析，可以看出，伸縮縫灌漿時，由于電動泵進漿率高，在相同壓力情況下，單米吃漿量較手動泵大，單米耗時電動泵比手動泵少用時5分鐘。由此可見，在提高工效的情況下，由于電動泵吃漿量大，材料消耗太大，多數(shù)漿液從縫中漏掉。針對上述情況，電動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日引司，減少了二次進漿量，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問題。相對用傳統(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電動泵和手壓泵單米吃漿量差別不大，單米灌漿歷時平均相差4倍。由于手動泵灌漿壓力過小材料擴散半徑也相對較小，單米鉆孔和灌漿塞消耗相對電動泵多出1倍左右。由此可見，電動泵在工效上和材料消耗上都優(yōu)于手動灌漿泵，與傳統(tǒng)工藝相比較，材料消耗多出30％左右，但由于電動泵灌漿壓力大，材料擴散半徑相對也較大，灌漿質(zhì)量相對較好，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。
實踐還表明：較高的灌漿壓力，有助于對細小裂縫的處理，只要灌漿壓力合適，并不會對砼造成新的破壞。
八、 應用前景
化學灌漿是砼缺陷處理的一項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用，而且廣泛的應用于房屋、交通運輸?shù)冉Y構缺陷的處理，前景廣闊。新材料、新工藝和新設備的采用；，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)濟和社會效益。
此方法在施工過程中，能夠針對不同的裂縫類型，選用不同的化學漿材和相應的施工工藝，使灌漿效果完全能夠滿足規(guī)范的要求。此方法工藝先進，操作簡便，施工進度快，對各種縫面的處理質(zhì)量優(yōu)良，便于施工中的推廣運用。
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