丙烯酸鹽灌漿材料在混凝土伸縮縫中的堵水防滲作用

1、丙烯酸鹽灌漿材料在混凝土伸縮縫中的堵水防滲作用張維欣 1，鄺健政 1，胡文東 1，盛喬靈 2( 中科院廣州化灌工程有限公司，廣東廣州市， 510070；華南師范大學，廣東廣 州市， 510631)摘要： 本文概括了當前堵水防滲材料的優(yōu)缺點，重點介紹了一種新型的環(huán)境友 好防滲堵漏灌漿材料丙烯酸鹽灌漿材料的基本性能， 詳細闡述了該種材料在 各種地下工程中作為堵水防滲材料方面的優(yōu)勢， 并以地下室伸縮縫堵水為工程實 例進行了施工工藝、施工注意事項、施工效果等方面的探討。關鍵詞 ：丙烯酸鹽、環(huán)境友好、伸縮縫、堵水防滲、灌漿材料混凝土中存在相互連通的裂縫、 蜂窩、 孔洞、孔隙等缺陷時， 會形成滲漏通道產生

2、滲漏， 滲漏水將混凝土中的 CaC成分溶化析出,變成Ca(OH) 2,沿滲漏通道流出，在CQ的作用下結晶生成白色的 CaCO3 ，并最終導致混凝土強度降低甚至破壞。 混凝土產生滲水析鈣現(xiàn)象 , 標志著混凝土已發(fā)生病變 , 嚴重的滲水析鈣將降低混凝土的耐久性。 有資料指出 , 若混 凝土中CaO被溶出25%時，混凝土強度將降低 60%,當CaO被溶出33%時，混凝土將變得疏 松而失去強度 1 。地下工程如地鐵、隧道、巷道、涵洞、基坑、地下室等永久性混凝土結 構設計壽命一般大于 50年，滲漏水的長期破壞會嚴重的降低混凝土的設計壽命， 因此滲漏水 的治理就顯得尤為重要。 而灌漿法無疑是當前處理這種工

3、程難題的最好方法，因為灌漿法對整體結構的破壞程度較低， 且注入的漿液在壓力下進入滲漏通道， 固化后填塞通道堵住滲漏 水，解決了以往那種 “堵排結合”不能從根本上消除滲漏水的對混凝土侵蝕破壞的難題，是 一種從根本上解決各種混凝土滲漏問題的方法。 當前能夠在有水的條件下用于堵水防滲的灌 漿材料主要有水泥 -水玻璃、丙凝、聚氨酯、 丙烯酸鹽等。水泥 - 水玻璃屬于無機速凝注漿材 料，丙凝、聚氨酯、丙烯酸鹽屬于高分子類的速凝灌漿材料。1. 當前防滲堵漏材料的優(yōu)缺點固化速度快， 可以暫時封堵大的涌水或者把涌水量有效的降低， 缺點 與混凝土界面的融合性較差， 存在界面問題， 無法水泥 - 水玻璃 其特點是

4、顆粒大， 是顆粒大不能注入細小的裂縫或滲漏點， 徹底解決滲漏水的問題；沿著滲漏通道固結后， 凝膠體與混凝土的融合性好， 能夠較好的起到封堵滲漏 粘膜、肺 手足丙凝丙凝的特點是低粘度和高滲透性能， 能夠較牢固的粘附在混凝土面上， 且固結體為不溶于水的彈性體， 水的效果， 缺點是丙烯酰胺是一種中等毒性的親神經毒物，可通過未破損的皮膚、 和消化道吸收入人體，分布于體液中，長期職業(yè)接觸丙烯酰胺表現(xiàn)為四肢麻木、乏力、 多汗、 頭痛頭暈、 遠端觸覺減退等， 另外大量的實驗動物數(shù)據(jù)證實了丙烯酰胺具有一定的致 癌作用 2 。已經被許多國家禁止使用，如美國環(huán)保局對自來水中丙烯酰胺的限量制定了非常 嚴格的標準，規(guī)

5、定不得高于 0.5g/kg 。而在當前的施工條件下，丙烯酰胺溶液在施工過程中 難免會濺到地面上污染滲漏水， 進而污染人類用水； 同時沿著滲漏通道進入地下的丙烯酰胺 溶液如果遇到地下水的稀釋， 可能不固化或者固化不完全， 在這種情況下， 丙凝就會污染地 下水，威脅人們的生命健康安全。當前由于缺乏監(jiān)管，還有很多地區(qū)在使用丙凝進行堵水， 這是潛在的安全隱患。聚氨酯聚氨酯堵水灌漿材料又分為油溶性和水溶性灌漿材料。油溶性聚氨酯是由低分子量的聚氧化丙烯多元醇與多異氰酸酯 （TDI、MDI、PAPI）反應制得的預聚體為基料，以有機溶劑為 稀釋劑制備的溶劑型單組分或雙組分漿材。粘度在幾十到幾千mPa- s之間

6、，固結后可形成堅固的彈性體，體積可膨脹至數(shù)倍 ，由于-NCO含量較高，所以固結物的彈性較差3。漿液中含有游離的TDI單體，TDI是一種揮發(fā)性較強的物質，具有明顯的刺激和致敏作用，它的蒸氣對人體的毒害較大，如刺激眼粘膜與呼吸系統(tǒng)，引發(fā)咳嗽、頭痛、哮喘等，TDI的實際危害在于它的慢性毒性，即長期接觸對人體造成很大的危害。漿液不溶于水，所以在潮濕面和有水的條件下對混凝土面的粘接性能較差，無法實現(xiàn)完全堵水，一般用來臨時封堵大的涌水通道，少量的滲漏無能為力。而且含有大量的有機溶劑，固化后有機溶劑揮發(fā)， 固結體易收縮，會導致重新滲漏。如五強溪大壩1995年3月至1996年6月，對5#28#壩段間的15條漏

7、水橫縫進 行防滲處理時，根據(jù)五強溪工地現(xiàn)場動水灌注試驗資料和其他一些工程動水堵漏的經驗或 教訓，最終優(yōu)選出SM-1聚氨酯TPT漿液配方，供五強溪工程大壩橫縫動水堵漏使用5。采取以鉆孔注漿為主、嵌縫注漿為輔的方法，從壩頂和廊道內對橫縫灌入化學材料，處理后初期止漏效果明顯，但1998年1月檢查發(fā)現(xiàn)，經過化學灌漿處理的橫縫又全線滴水，經分析，該壩橫縫止漏處理方法考慮得比較周到，而化灌材料耐久性較差，僅僅2年時間已經失去止漏的作用6O水溶性聚氨酯灌漿材料是由多異氰酸酯與親水性的聚醚多元醇反應生成-NCO封端的預聚體，與一些添加劑所組成的單液型化學漿液。該漿液具有良好的親水性能，水做固化劑， 灌漿后對水

8、質無污染,依靠漿液二次發(fā)泡的壓力推動漿液在裂縫中充填。當前，隧道、地鐵、大壩等都大量采用水性聚氨酯灌漿材料進行裂縫或各種施工縫的堵水，但是往往持續(xù)不長時間就會重新出現(xiàn)滲漏水， 暫時堵水效果較好， 但永久防滲效果差， 需要大量返工，浪費了大 量的資源，這主要是因為水溶性聚氨酯存在如下缺點：水溶性聚氨酯的粘度一般大于，漿液本身存在的內聚力大于對混凝土表面的鋪展作用力（屬于賓漢體），這就決定了聚氨酯漿液在混凝土表面的鋪展能力較差，對混凝土界面的滲透能力有限，因此粘接強度較?。?聚氨酯灌漿材料凝膠體主要是由如下基團組成:CHa這些基團與混凝土的表面接觸時主要依靠分子間作用力和氫鍵，因為聚氨酯的粘度大，

9、 漿液無法滲透到混凝土表面的微小孔隙和毛細管中，不能形成“錨索”，水溶性聚氨酯凝膠體對因此凝膠體在干濕循環(huán)的條件下，會因為本體混凝土的粘接強度一般低于自身的抗拉強度，被破壞的接觸面又會形成新的滲漏通的收縮導致凝膠體和混凝土的表面的粘接面遭到破壞， 道，出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，如圖 1所示。圖1聚氨酯固結體收縮后示意圖 對于混凝土裂縫來說粘度偏大，只能灌注寬度較大的裂縫，但是地下工程的滲水裂縫一般都較小，因此要加入丙酮、甲苯等稀釋，這些惰性的有機溶劑不參與反應，揮發(fā)后固結體收縮會導致重新滲漏； 由于漿液遇水反應， 凝膠時間難以調節(jié)， 漿液沿裂縫通道滲透的 深度往往不夠，為了調節(jié)固化時間，通常加入某些酸性物

10、質作緩凝劑，但這類物質遇混凝土、 基巖中的堿性物質立即反應，對混凝土結構和鋼筋造成腐蝕破壞。聚氨酯在發(fā)泡的過程中如果遇到混凝土表面的水，氣泡會破裂形成開孔的發(fā)泡體，因此在壓力下注入裂縫的聚氨酯漿液形成的發(fā)泡體開孔率比較高，在長期的水壓下聚氨酯氣泡會破裂，重新出現(xiàn)滲漏。2、丙烯酸鹽的特點丙烯酸鹽的組成及性能丙烯酸鹽堵漏灌漿材料是一種由過量的金屬氧化物、氫氧化物和丙烯酸反應生成的丙烯酸鹽混合物的水溶液，加入各種所需的組分生成的一種低粘度的灌漿材料。以丙烯酸鈣和丙烯酸鎂為主體成分，在促進劑和引發(fā)劑的作用下， 雙鍵發(fā)生自由基反應生成線性高分子，在交聯(lián)劑的作用下，線性分子發(fā)生交聯(lián)生成網格狀高分子的凝膠體

11、，水與網格中所含的大量親水基團相互作用，依靠氫鍵、分子鍵作用力等物理作用容納幾倍于自身體積的水。該凝膠體仍然是以C分子為骨架的高分子聚合物，是一種不溶于水的凝膠體。在固化過程中，漿液存在誘導期，開始時粘度保持不變，開始放熱后進入加速聚合階段， 粘度上升，所以在采用丙烯酸鹽灌漿的過程中，應考慮到灌漿壓力下漿液的滲透深度以及漿液的凝膠時間的相互影響，調整好灌漿壓力和凝膠時間應確保漿液能夠滲透到缺陷部位。丙烯酸鹽的漿液和凝膠體的主要性能如表1:表1丙烯酸鹽漿液和凝膠體基本性能凝膠體力學性能（混合后主劑濃度為20%序號項目性能指標1外觀淡黃色透明溶液2piH直3凝膠時間30s20min可調3漿液密度4

12、初始粘度 /mPa S (23C± 2C)165固砂體抗壓強度/KPa6凝膠體滲透系數(shù)/X 10-87抗擠出破壞強度/MPa8遇水膨脹率/%2009斷裂伸長率/%10010表面張力mN/m11與混凝土粘接強度遠大于自身的內聚力丙烯酸鹽堵水防滲機理采用灌漿方法解決裂縫的防滲堵漏，應注重裂縫界面狀況一一防滲堵漏工作機理。按照通常辦法，基本可以劃分為3種防滲工作機理：粘結機理，通過漿材把裂縫界面粘合起來； 填塞機理，通過漿材對裂縫間隙進行充填；脹塞防滲機理，利用漿材浸水膨脹特性，把裂縫脹塞起來進行防滲堵漏。一種好的灌漿材料首先應該對注入的界面具有良好的浸潤粘 接能力，不留有新的界面問題，

13、同時必須具有足夠的滲透能力,沿滲漏通道固化堵塞滲漏水環(huán)境的干濕循環(huán)、被灌體的收縮變形的源頭，還必須能夠適應環(huán)境和被灌界面的變化比如： 等。由水泥、混凝土是多孔材料， 主要是由水泥、砂、石子及其各種添加劑混合形成的固體材料，硅 酸鹽水泥熟料中的主要化學組成是氧化鈣、氧化硅、氧化鋁和氧化鐵等， 各氧化物與水接觸時發(fā)生水化反應（即水合），生成氫氧化鈣、水化硅酸鈣凝膠、水化鋁酸鈣和水化鐵酸鈣等。 所以混凝土結構中主要成分是各種Ca2+的化合物以及SIQ、鋼筋等，同時含有孔隙、毛細管道、空氣、水蒸氣等，是一種具有高表面能的多孔固體材料。丙烯酸鹽凝膠體在混凝土的多 孔表面主要存在物理吸附和化學吸附，物理吸

14、附主要形式有毛細管作用、氫鍵、分子間作用力等，毛細管作用主要發(fā)生在漿液未固化前，漿液在毛細管的吸滲作用下進入混凝土的毛細管道，固化后填塞毛細管道， 如一條條錨索一樣牢固的嵌入混凝土的內部結為一體。丙烯酸鹽中含有-COOCa -COOMg -OH -H、HO等較大極性的基團與混凝土中的C擊、SI等形成大量氫鍵以及分子間作用力也是丙烯酸鹽凝膠體與混凝土表面牢固粘接的一個重要原因。化學吸附主要是因為丙烯酸鈣、丙烯酸鎂以及一些其他的丙烯酸的化合物與混凝土裂縫表面Ca2+發(fā)生絡合形成化學鍵，牢固的粘附在混凝土的表面，這是與混凝土表面的粘接強度大于凝膠 體自身的內聚力的原因；丙烯酸鈣和丙烯酸鎂的存在有助于

15、改善消除了異種材料之間的差 異，改善了界面之間的相互作用，丙烯酸鹽的堵水原理更接近于同種材料的粘結，因此丙烯酸鹽灌漿材料的堵水防滲的機理符合粘接機理。如圖2所示，丙烯酸鹽在混凝土表面的粘附，該粘有丙烯酸鹽凝膠體的混凝土塊是施工過程中檢查灌漿效果從灌漿部位打下來的，可以清楚的看到丙烯酸鹽凝膠體已經完全與混凝土表面結為一體，一天后丙烯酸鹽凝膠體稍有些失水，但是更牢固的與混凝土粘為一體，無法剝離。>圖2丙烯酸鹽凝膠體在混凝土表面粘接圖只有粘度而沒有內聚力特 這樣可根據(jù)力的平衡表示根據(jù)現(xiàn)代灌漿技術的研究， 漿液可分為牛頓體和賓漢體兩種， 性的服從牛頓定律稱牛頓體； 具有粘度和內聚力特性的屬賓漢體

16、。 出寬度為2t的縫中最大擴散半徑 RmaX:Rmax= Pmax t/C式中Pmax為最大灌漿壓力（Pa） ; t為1/2縫寬（m） ; C為漿液內聚力（N/m2）。上式計算的是理論值， 實際的擴散距離遠小于理論計算值，因為混凝土裂縫界面粗糙不平，漿液的內聚力也在隨時間變化。根據(jù)現(xiàn)場用平板內聚力儀測試，水溶性聚氨酯在各種配比下，盡管其值大小各異，但均可測得內聚力，因此可以視其漿液為賓漢體，符合粘塑性流 體的規(guī)律。而丙烯酸鹽漿液是小分子單體組成的水溶液，其粘度只有，幾乎沒有內聚力，應丙烯酸鹽滲透性能優(yōu)異，其表面張力也遠小于在壓力下沿滲漏通道滲入到混凝土的內部，屬于牛頓體，表面張力只有 m,牛頓

17、體的鋪展性遠大于賓漢體，這就是丙烯酸鹽比聚氨酯滲 透能力強、粘接強度高于自身內聚力的原因。水的表面張力，可以很好的在混凝土的表面鋪展， 有效的堵塞滲漏通道，這符合填塞機理。200%同樣符合脹塞機理。丙烯酸鹽凝膠體能夠在浸水的環(huán)境下膨脹另外，丙烯酸鹽在干濕循環(huán)的環(huán)境中仍然能夠牢固的粘附在混凝土表面，不會因失水收縮而脫離混凝土裂縫面， 這是因為丙烯酸鹽凝膠體的對混凝土裂縫面的粘接遠大于自身的內 聚力，如圖3所示。當?shù)叵滤簧仙?，丙烯酸鹽凝膠體在水的浸泡下重新膨脹，這種雙重作 用使裂縫干縮循環(huán)后仍然不會出現(xiàn)滲漏，起到長久的堵水作用。線収中it?砂慟MI圖3丙烯酸鹽注漿效果和收縮示意圖【83、工程實例

18、一、工程概況該工程位于廣東省佛山市南海區(qū)某大型的房地產小區(qū)。該小區(qū)由幾十棟高、 低層樓房組成，每棟樓房均有一層地下室，地下室頂板標高一致，各地下室之間依靠混凝土頂板連接， 為了防止混凝土收縮導致連接在一起的樓房結構出現(xiàn)問題，該地下室頂板之間設置了U形鋼筋混凝土誘導縫（伸縮縫的一種），來減輕混凝土結構的收縮應力，為了防止誘導縫在應 力下開裂后出現(xiàn)滲漏，在 U型鋼筋混凝土內部分別填充改性瀝青、陶粒等，并在上面加蓋 的混凝土板上做了 911聚氨酯防水層。然后在上面鋪設了一定厚度的土層，建成了一個連為一體的假山、魚池、草地、樹木等小型露天式廣場花園。在竣工驗收時發(fā)現(xiàn)，個別地下室砼 頂板、以及普遍誘導縫

19、兩側或底部等部位出現(xiàn)較大滲漏水現(xiàn)象，尤其是誘導縫部位，呈流水狀，其他滲漏水的部位也已出現(xiàn)明顯鈣化、霉變痕跡，由于地下室漏水嚴重導致無法正常使用。二、原因分析初步分析認為，該地下室滲漏水的原因主要有如下幾條：主要是由于混凝土收縮應力導致誘導縫發(fā)生開裂， 形成貫穿性裂縫，填充的瀝青被拉裂或者粘接面遭到破壞；聚氨酯涂層在表面填土和施工過程中發(fā)生破損；施工過程中混凝土澆搗不實等出現(xiàn)的砂眼、蜂窩、空洞等。這三種主要原因導致了地表水下滲至誘導縫內部并積藏，沿著砼體出現(xiàn)的裂縫、蜂窩、 砂眼等通道滲出，并且具有雨天滲漏量大，連續(xù)晴天后滲漏明顯減少的特點。三、施工方案由于該工程整體施工已經完成，地下室上面的廣場

20、式花園也已植樹、種草、蓄水等，且樓盤已經開始銷售，因此業(yè)主不可能從表面重做防水層，考慮到以上因素及滲漏水的原因， 唯一經濟、方便、可靠、徹底的解決問題的辦法就是板底埋管灌漿法，通過灌漿法填充、堵 塞漏水通道，解決地下室漏水問題。 再在保護層上涂一層聚氨酯防水涂料，起到雙重保護作用。1. 材料選擇及性能針對該工程主要滲漏部位就是誘導縫開裂形成的貫穿性裂縫，且變形仍未停止，以及雨天滲漏量大，連續(xù)晴天后滲漏明顯減少的特點， 為了起到良好的堵水防滲效果， 我們對防滲 堵漏的關鍵因素一一灌漿材料的選取確定了如下幾個原則：I、針對伸縮縫的變形尚未終止的特點，選取的材料必須具有較大的伸縮性或彈性，防止灌注材

21、料的凝膠體在干濕循環(huán)過程中發(fā)生脫離混凝土表面發(fā)生重新滲水的現(xiàn)象。n、針對混凝土裂縫、蜂窩、砂眼等問題，選取的材料必須具有粘度低、滲透能力強的 特點，能夠滲透的混凝土的微細裂縫及各種孔隙中去，能夠徹底的堵住滲水通道。川、灌漿材料與混凝土表面的粘接性能好，能夠牢固的粘附在混凝土的表面，抗干濕循環(huán)能力強，不會與混凝土表面脫離。另外， 在我們進場之前業(yè)主已經找了一家單位在做聚氨酯灌漿堵水，但是施工過程中發(fā)現(xiàn)堵水效果差、不能一次性堵住漏水，返修率大，成本高。針對以上特點，并結合我公司的 長期實踐經驗，我們決定采用中科院廣州化灌工程有限公司生產的XT-丙烯酸鹽灌漿材料進行該工程的堵漏防滲的施工。 XT-丙

22、烯酸鹽灌漿材料主要具有以下特性： 漿液粘度小，其粘度為 2，且在固化膠結前一直保持不變，因此具有良好滲透性， 在壓力作用下可逆向灌入滲漏通道中， 充滿通道， 并固結堵死滲漏通道， 使原滲漏部位不再 滲漏。固結是在瞬間發(fā)生并完成， 可以在 凝膠時間可以準確控制在幾十秒數(shù)分鐘范圍內， 壓力和凝膠時間的共同作用下控制漿液的滲透半徑。 凝膠體抗?jié)B性能好，滲透系數(shù)為X10-8cm/s。 凝膠體不受細菌、酸、堿等侵蝕，耐久性強，可長期使用。 固結體具有較好的彈性斷裂伸長率大于100%，且能遇水膨脹，其膨脹率可達200%，能夠防止裂隙變形破壞粘接面再次出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。 漿液和凝膠體基本無毒，不會影響施工人員的

23、健康和污染地下水，屬于環(huán)保型產品。2、施工工藝，以便發(fā)現(xiàn)滲漏 、清理場地：包括清理漏水范圍內的物件及鏟除內批蕩層（裝飾層） 部位，留出工作場地。 、查找滲漏部位：在滲漏處仔細查找砼板的裂隙及滲漏點， 在滲水處用錘子打開砼表 面，邊打邊觀察水源滲出路徑， 以便準確地打開漏水砼表層。 本工程中 （包括誘道縫與其它 砼底板）裂縫均為水源滲出路徑，須通長打開砼表層。 、封閉表層：先清理干凈裂縫兩側的余泥渣土，然后用化學水泥砂漿將裂縫表層封閉，該工序能有效地控制漿液滲透范圍，提高灌漿壓力。 、埋設灌漿嘴：鑿開滲漏部位后，盡量尋找較大滲漏源，然后按照一定的間距埋設灌漿嘴。在裂縫交叉處，較寬處、端部以及裂縫

24、貫穿處均應埋設灌漿嘴（盒），其方法為：無論何種裂縫，縫端應設嘴，如果裂縫是斷續(xù)的，須在斷續(xù)處兩邊各加一嘴，即在一條裂縫上必須有進漿嘴，排氣嘴，出漿嘴，灌漿嘴之間的間距根據(jù)裂縫寬度大小而定，大致為350500mm，同時有較大滲漏源出宜埋設灌漿嘴。 、漿液的配制：供應到現(xiàn)場的材料需調配成主劑 A和固化劑B兩種組分，根據(jù)配制比 例現(xiàn)場調節(jié)好漿液的凝固時間。 、灌漿：待埋設灌漿嘴材料有一定強度后，即可進行灌漿。一般按從裂縫一端到另一端循序漸進的原則， 以免空氣的混入影響漿液的密實性， 注漿壓力則視裂縫寬度、 深度和漿 液性能而定，在本工程中，較粗的縫宜用的壓力，較細的縫以大致為，具體施工時應結合現(xiàn)場實際情況予以調整，能使裂縫為漿液充填飽滿。灌漿時將調配好的主劑和固化劑按一定的比例進行混合，混合后立即采用手壓灌漿泵， 將混合后的漿液從灌漿嘴灌入滲漏部位的裂隙中，串漿時依次封閉灌漿管，直至不再串漿， 保持壓力一段時間，