丙烯酸盐灌浆材料VIP

1、丙烯酸盐灌浆材料 在混凝土伸缩缝中的堵水防渗作用 张维欣1邝健政1胡文东1盛乔灵2 中科院广州化灌工程有限公司广东广州市510070华南师范大学广东广州市510631 摘要 本文概括了当前堵水防渗材料的优缺点重点介绍了一种新型的环境友好防渗堵漏灌浆材料丙烯酸盐灌浆材料的基本性能详细阐述了该种材料在各种地下工程中作为堵水防渗材料方面的优势并以地下室伸缩缝堵水为工程实例进行了施工工艺、施工注意事项、施工效果等方面的探讨。 关键词丙烯酸盐、环境友好、伸缩缝、堵水防渗、灌浆材料 混凝土中存在相互连通的裂缝、蜂窝、孔洞、孔隙等缺陷时会形成渗漏通道产生渗漏渗漏水将混凝土中的cao成分溶化析出变成caoh2

2、沿渗漏通道流出在co2的作用下结晶生成白色的caco3并最终导致混凝土强度降低甚至破坏。混凝土产生渗水析钙现象标志着混凝土已发生病变严重的渗水析钙将降低混凝土的耐久性。有资料指出若混凝土中cao被溶出25时混凝土强度将降低60当cao被溶出33时混凝土将变得疏松而失去强度1。地下工程如地铁、隧道、巷道、涵洞、基坑、地下室等永久性混凝土结构设计寿命一般大于50年渗漏水的长期破坏会严重的降低混凝土的设计寿命因此渗漏水的治理就显得尤为重要。而灌浆法无疑是当前处理这种工程难题的最好方法因为灌浆法对整体结构的破坏程度较低且注入的浆液在压力下进入渗漏通道固化后填塞通道堵住渗漏水解决了以往那种“堵排结合”不

3、能从根本上消除渗漏水的对混凝土侵蚀破坏的难题是一种从根本上解决各种混凝土渗漏问题的方法。当前能够在有水的条件下用于堵水防渗的灌浆材料主要有水泥-水玻璃、丙凝、聚氨酯、丙烯酸盐等。水泥-水玻璃属于无机速凝注浆材料丙凝、聚氨酯、丙烯酸盐属于高分子类的速凝灌浆材料。 1.当前防渗堵漏材料的优缺点 1.1 水泥-水玻璃 其特点是颗粒大固化速度快可以暂时封堵大的涌水或者把涌水量有效的降低缺点是颗粒大不能注入细小的裂缝或渗漏点与混凝土界面的融合性较差存在界面问题无法彻底解决渗漏水的问题 1.2 丙凝 丙凝的特点是低粘度和高渗透性能沿着渗漏通道固结后凝胶体与混凝土的融合性好能够较牢固的粘附在混凝土面上且固结

4、体为不溶于水的弹性体能够较好的起到封堵渗漏水的效果缺点是丙烯酰胺是一种中等毒性的亲神经毒物可通过未破损的皮肤、粘膜、肺和消化道吸收入人体分布于体液中长期职业接触丙烯酰胺表现为四肢麻木、乏力、手足多汗、头痛头晕、远端触觉减退等另外大量的实验动物数据证实了丙烯酰胺具有一定的致癌作用2。已经被许多国家禁止使用如美国环保局对自来水中丙烯酰胺的限量制定了非常严格的标准规定不得高于0.5g/kg。而在当前的施工条件下丙烯酰胺溶液在施工过程中难免会溅到地面上污染渗漏水进而污染人类用水同时沿着渗漏通道进入地下的丙烯酰胺溶液如果遇到地下水的稀释可能不固化或者固化不完全在这种情况下丙凝就会污染地下水威胁人们的生命

5、健康安全。当前由于缺乏监管还有很多地区在使用丙凝进行堵水这是潜在的安全隐患。 1.3 聚氨酯 聚氨酯堵水灌浆材料又分为油溶性和水溶性灌浆材料。油溶性聚氨酯是由低分子量的聚氧化丙烯多元醇与多异氰酸酯 tdi、mdi、papi 反应制得的预聚体为基料以有机溶剂为稀释剂制备的溶剂型单组分或双组分浆材。粘度在几十到几千mpas之间固结后可形成坚固的弹性体体积可膨胀至数倍由于-nco含量较高所以固结物的弹性较差3。浆液中含有游离的tdi单体tdi是一种挥发性较强的物质具有明显的刺激和致敏作用它的蒸气对人体的毒害较大如刺激眼粘膜与呼吸系统引发咳嗽、头痛、哮喘等tdi的实际危害在于它的慢性毒性即长期接触对人

6、体造成很大的危害4。浆液不溶于水所以在潮湿面和有水的条件下对混凝土面的粘接性能较差无法实现完全堵水一般用来临时封堵大的涌水通道少量的渗漏无能为力。而且含有大量的有机溶剂固化后有机溶剂挥发固结体易收缩会导致重新渗漏。如五强溪大坝1995年3月至1996年6月对528坝段间的15条漏水横缝进行防渗处理时 根据五强溪工地现场动水灌注试验资料和其他一些工程动水堵漏的经验或教训最终优选出sm-1聚氨酯tpt浆液配方供五强溪工程大坝横缝动水堵漏使用5。采取以钻孔注浆为主、嵌缝注浆为辅的方法从坝顶和廊道内对横缝灌入化学材料处理后初期止漏效果明显但1998年1月检查发现经过化学灌浆处理的横缝又全线滴水经分析该

7、坝横缝止漏处理方法考虑得比较周到而化灌材料耐久性较差仅仅2年时间已经失去止漏的作用6。 水溶性聚氨酯灌浆材料是由多异氰酸酯与亲水性的聚醚多元醇反应生成-nco封端的预聚体与一些添加剂所组成的单液型化学浆液。该浆液具有良好的亲水性能水做固化剂灌浆后对水质无污染依靠浆液二次发泡的压力推动浆液在裂缝中充填。当前隧道、地铁、大坝等都大量采用水性聚氨酯灌浆材料进行裂缝或各种施工缝的堵水但是往往持续不长时间就会重新出现渗漏水暂时堵水效果较好但永久防渗效果差需要大量返工浪费了大量的资源这主要是因为水溶性聚氨酯存在如下缺点水溶性聚氨酯的粘度一般大于200mpa.s浆液本身存在的内聚力大于对混凝土表面的铺展作用

8、力属于宾汉体这就决定了聚氨酯浆液在混凝土表面的铺展能力较差对混凝土界面的渗透能力有限因此粘接强度较小聚氨酯灌浆材料凝胶体主要是由如下基团组成这些基团与混凝土的表面接触时主要依靠分子间作用力和氢键因为聚氨酯的粘度大浆液无法渗透到混凝土表面的微小孔隙和毛细管中不能形成“锚索”水溶性聚氨酯凝胶体对混凝土的粘接强度一般低于自身的抗拉强度因此凝胶体在干湿循环的条件下会因为本体的收缩导致凝胶?搴突炷恋谋砻娴恼辰用嬖獾狡苹当黄苹档慕哟嬗只嵝纬尚碌纳莱鱿稚窒笕缤?所示。 图1 聚氨酯固结体收缩后示意图 对于混凝土裂缝来说粘度偏大只能灌注宽度较大的裂缝但是地下工程的渗水裂缝一般都较小因此要加入丙酮、甲苯等稀释这

9、些惰性的有机溶剂不参与反应挥发后固结体收缩会导致重新渗漏由于浆液遇水反应凝胶时间难以调节浆液沿裂缝通道渗透的深度往往不够为了调节固化时间通常加入某些酸性物质作缓凝剂但这类物质遇混凝土、基岩中的碱性物质立即反应对混凝土结构和钢筋造成腐蚀破坏。聚氨酯在发泡的过程中如果遇到混凝土表面的水气泡会破裂形成开孔的发泡体因此在压力下注入裂缝的聚氨酯浆液形成的发泡体开孔率比较高在长期的水压下聚氨酯气泡会破裂重新出现渗漏。 2、 丙烯酸盐的特点 2.1丙烯酸盐的组成及性能 丙烯酸盐堵漏灌浆材料是一种由过量的金属氧化物、氢氧化物和丙烯酸反应生成的丙烯酸盐混合物的水溶液加入各种所需的组分生成的一种低粘度的灌浆材料。

10、以丙烯酸钙和丙烯酸镁为主体成分在促进剂和引发剂的作用下双键发生自由基反应生成线性高分子在交联剂的作用下线性分子发生交联生成网格状高分子的凝胶体水与网格中所含的大量亲水基团相互作用依靠氢键、分子键作用力等物理作用容纳几倍于自身体积的水。该凝胶体仍然是以c分子为骨架的高分子聚合物是一种不溶于水的凝胶体。 在固化过程中浆液存在诱导期开始时粘度保持不变开始放热后进入加速聚合阶段粘度上升所以在采用丙烯酸盐灌浆的过程中应考虑到灌浆压力下浆液的渗透深度以及浆液的凝胶时间的相互影响调整好灌浆压力和凝胶时间应确保浆液能够渗透到缺陷部位。丙烯酸盐的浆液和凝胶体的主要性能如表1 表1 丙烯酸盐浆液和凝胶体基本性能

11、凝胶体力学性能混合后主剂浓度为20 2.2丙烯酸盐堵水防渗机理 采用灌浆方法解决裂缝的防渗堵漏应注重裂缝界面状况防渗堵漏工作机理。按照通常办法基本可以划分为3种防渗工作机理粘结机理通过浆材把裂缝界面粘合起来填塞机理通过浆材对裂缝间隙进行充填胀塞防渗机理利用浆材浸水膨胀特性把裂缝胀塞起来进行防渗堵漏7。一种好的灌浆材料首先应该对注入的界面具有良好的浸润粘接能力不留有新的界面问题同时必须具有足够的渗透能力沿渗漏通道固化堵塞渗漏水的源头还必须能够适应环境和被灌界面的变化比如环境的干湿循环、被灌体的收缩变形等。 混凝土是多孔材料主要是由水泥、砂、石子及其各种添加剂混合形成的固体材料硅酸盐水泥熟料中的主

12、要化学组成是氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化铁等各氧化物与水接触时发生水化反应即水合生成氢氧化钙、水化硅酸钙凝胶、水化铝酸钙和水化铁酸钙等。所以混凝土结构中主要成分是各种ca2的化合物以及sio2、钢筋等同时含有孔隙、毛细管道、空气、水蒸气等是一种具有高表面能的多孔固体材料。丙烯酸盐凝胶体在混凝土的多孔表面主要存在物理吸附和化学吸附物理吸附主要形式有毛细管作用、氢键、分子间作用力等毛细管作用主要发生在浆液未固化前浆液在毛细管的吸渗作用下进入混凝土的毛细管道固化后填塞毛细管道如一条条锚索一样牢固的嵌入混凝土的内部结为一体。丙烯酸盐中含有-cooca、-coomg、-oh、-h、h2o等较大极性的基团

13、与混凝土中的ca2、si等形成大量氢键以及分子间作用力也是丙烯酸盐凝胶体与混凝土表面牢固粘接的一个重要原因。化学序号 项目 性能指标 1 外观 淡黄色透明溶液 2 ph值 6.08.0 3 凝胶时间 30s20min可调 3 浆液密度 1.0051.105 4 初始粘度/mpa s232 16 5 固砂体抗压强度/kpa 0.2 6 凝胶体渗透系数/cm.s-1 1.310-8 7 抗挤出破坏强度/mpa 0.76 8 遇水膨胀率/ 200 9 断裂伸长率/ 100 10 表面张力mn/m 29.15 11 与混凝土粘接强度远大于自身的内聚力 吸附主要是因为丙烯酸钙、丙烯酸镁以及一些其他的丙烯

14、酸的化合物与混凝土裂缝表面ca2发生络合形成化学键牢固的粘附在混凝土的表面这是与混凝土表面的粘接强度大于凝胶体自身的内聚力的原因丙烯酸钙和丙烯酸镁的存在有助于改善消除了异种材料之间的差异改善了界面之间的相互作用丙烯酸盐的堵水原理更接近于同种材料的粘结因此丙烯酸盐灌浆材料的堵水防渗的机理符合粘接机理。如图2所示丙烯酸盐在混凝土表面的粘附该粘有丙烯酸盐凝胶体的混凝土块是施工过程中检查灌浆效果从灌浆部位打下来的可以清楚的看到丙烯酸盐凝胶体已经完全与混凝土表面结为一体一天后丙烯酸盐凝胶体稍有些失水但是更牢固的与混凝土粘为一体无法剥离。 图2 丙烯酸盐凝胶体在混凝土表面粘接图 根据现代灌浆技术的研究浆液

15、可分为牛顿体和宾汉体两种只有粘度而没有内聚力特性的服从牛顿定律称牛顿体具有粘度和内聚力特性的属宾汉体。这样可根据力的平衡表示出宽度为2t的缝中最大扩散半径rmax7 rmax pmaxt/c 式中pmax为最大灌浆压力pat为1/2缝宽mc为浆液内聚力n/m2。 上式计算的是理论值实际的扩散距离远小于理论计算值因为混凝土裂缝界面粗糙不平浆液的内聚力也在随时间变化。根据现场用平板内聚力仪测试水溶性聚氨酯在各种配比下尽管其值大小各异但均可测得内聚力因此可以视其浆液为宾汉体符合粘塑性流体的规律。而丙烯酸盐浆液是小分子单体组成的水溶液其粘度只有2-10mpa.s几乎没有内聚力应属于牛顿体表面张力只有2

16、9.15mn/m牛顿体的铺展性远大于宾汉体这就是丙烯酸盐比聚氨酯渗透能力强、粘接强度高于自身内聚力的原因。丙烯酸盐渗透性能优异其表面张力也远小于水的表面张力可以很好的在混凝土的表面铺展在压力下沿渗漏通道渗入到混凝土的内部有效的堵塞渗漏通道这符合填塞机理。 丙烯酸盐凝胶体能够在浸水的环境下膨胀200同样符合胀塞机理。 另外丙烯酸盐在干湿循环的环境中仍然能够牢固的粘附在混凝土表面不会因失水收缩而脱离混凝土裂缝面这是因为丙烯酸盐凝胶体的对混凝土裂缝面的粘接远大于自身的内聚力如图3所示。当地下水位上升丙烯酸盐凝胶体在水的浸泡下重新膨胀这种双重作用使裂缝干缩循环后仍然不会出现渗漏起到长久的堵水作用。 图

17、3丙烯酸盐注浆效果和收缩示意图8 3 、工程实例 一、工程概况 该工程位于广东省佛山市南海区某大型的房地产小区。该小区由几十栋高、低层楼房组成每栋楼房均有一层地下室地下室顶板标高一致各地下室之间依靠混凝土顶板连接为了防止混凝土收缩导致连接在一起的楼房结构出现问题该地下室顶板之间设置了u形钢筋混凝土诱导缝伸缩缝的一种来减轻混凝土结构的收缩应力为了防止诱导缝在应力下开裂后出现渗漏在u型钢筋混凝土内部分别填充改性沥青、陶粒等并在上面加盖的混凝土板上做了911聚氨酯防水层。然后在上面铺设了一定厚度的土层建成了一个连为一体的假山、鱼池、草地、树木等小型露天式广场花园。在竣工验收时发现个别地下室砼顶板、以

18、及普遍诱导缝两侧或底部等部位出现较大渗漏水现象尤其是诱导缝部位呈流水状其他渗漏水的部位也已出现明显钙化、霉变痕迹由于地下室漏水严重导致无法正常使用。 二、原因分析 初步分析认为该地下室渗漏水的原因主要有如下几条主要是由于混凝土收缩应力导致诱导缝发生开裂形成贯穿性裂缝填充的沥青被拉裂或者粘接面遭到破坏聚氨酯涂层在表面填土和施工过程中发生破损施工过程中混凝土浇捣不实等出现的砂眼、蜂窝、空洞等。 这三种主要原因导致了地表水下渗至诱导缝内部并积藏沿着砼体出现的裂缝、蜂窝、砂眼等通道渗出并且具有雨天渗漏量大连续晴天后渗漏明显减少的特点。 三、施工方案 由于该工程整体施工已经完成地下室上面的广场式花园也已

19、植树、种草、蓄水等且楼盘已经开始销售因此业主不可能从表面重做防水层考虑到以上因素及渗漏水的原因唯一经济、方便、可靠、彻底的解决问题的办法就是板底埋管灌浆法通过灌浆法填充、堵塞漏水通道解决地下室漏水问题。再在保护层上涂一层聚氨酯防水涂料起到双重保护作用。 1. 材料选择及性能 针对该工程主要渗漏部位就是诱导缝开裂形成的贯穿性裂缝且变形仍未停止以及雨天渗漏量大连续晴天后渗漏明显减少的特点为了起到良好的堵水防渗效果我们对防渗堵漏的关键因素灌浆材料的选取确定了如下几个原则 、针对伸缩缝的变形尚未终止的特点选取的材料必须具有较大的伸缩性或弹性以防止灌注材料的凝胶体在干湿循环过程中发生脱离混凝土表面发生重

20、新渗水的现象。 、针对混凝土裂缝、蜂窝、砂眼等问题选取的材料必须具有粘度低、渗透能力强的特点能够渗透的混凝土的微细裂缝及各种孔隙中去能够彻底的堵住渗水通道。 、灌浆材料与混凝土表面的粘接性能好能够牢固的粘附在混凝土的表面抗干湿循环能力强不会与混凝土表面脱离。 另外在我们进场之前业主已经找了一家单位在做聚氨酯灌浆堵水但是施工过程中发现堵水效果差、不能一次性堵住漏水返修率大成本高。针对以上特点并结合我公司的长期实践经验我们决定采用中科院广州化灌工程有限公司生产的xt-丙烯酸盐灌浆材料进行该工程的堵漏防渗的施工。xt-丙烯酸盐灌浆材料主要具有以下特性 浆液粘度小其粘度为26mpa.s且在固化胶结前一

21、直保持不变因此具有良好渗透性在压力作用下可逆向灌入渗漏通道中充满通道并固结堵死渗漏通道使原渗漏部位不再渗漏。 凝胶时间可以准确控制在几十秒数分钟范围内固结是在瞬间发生并完成可以在压力和凝胶时间的共同作用下控制浆液的渗透半径。 凝胶体抗渗性能好渗透系数为1.310-8cm/s。 凝胶体不受细菌、酸、碱等侵蚀耐久性强可长期使用。 固结体具有较好的弹性断裂伸长率大于100且能遇水膨胀其膨胀率可达200能够防止裂隙变形破坏粘接面再次出现渗漏现象。 浆液和凝胶体基本无毒不会影响施工人员的健康和污染地下水属于环保型产品。 2、施工工艺 、清理场地包括清理漏水范围内的物件及铲除内批荡层装饰层以便发现渗漏部位

22、留出工作场地。 、查找渗漏部位在渗漏处仔细查找砼板的裂隙及渗漏点在渗水处用锤子打开砼表面边打边观察水源渗出路径以便准确地打开漏水砼表层。本工程中包括诱道缝与其它砼底板裂缝均为水源渗出路径须通长打开砼表层。 、封闭表层先清理干净裂缝两侧的余泥渣土然后用化学水泥砂浆将裂缝表层封闭该工序能有效地控制浆液渗透范围提高灌浆压力。 、埋设灌浆嘴凿开渗漏部位后尽量寻找较大渗漏源然后按照一定的间距埋设灌浆嘴。在裂缝交叉处较宽处、端部以及裂缝贯穿处均应埋设灌浆嘴盒其方法为无论何种裂缝缝端应设嘴如果裂缝是断续的须在断续处两边各加一嘴即在一条裂缝上必须有进浆嘴排气嘴出浆嘴灌浆嘴之间的间距根据裂缝宽度大小而定大致为350500mm同时有较大渗漏源出宜埋设灌浆嘴。 、浆液的配制供应到现场的材料需调配成主剂a和固化剂b两种组分根据配制比例现场调节好浆液的凝固时间。 、灌浆待埋设灌浆嘴材料有一定强度后即可进行灌浆。一般按从裂缝一端到另一端循序渐进的原则以免空气的混入影响浆液的密实性注浆压力则视裂缝宽度、深度和浆液性能而定在本工程中较粗的缝宜用0.20.3mpa的压力较细的缝以大致为0.30.5mpa具体施工时应结合现场实际情况予以调整能使裂缝为浆液充填饱满。 灌浆时将调配好的主剂和固化剂按一定的