高渗透性环氧灌浆材料的应用

1、第27卷增刊2002年12月广 州 化 学Guangzhou ChemistryVol. 27Dec.， 2002高渗透性环氧化灌浆材及其在砼裂缝处理中的应用冼安如 何泳生 叶林宏 杨玉芹 许耀光（中国科学院广州化学研究所，广东 广州 510650）摘 要：概述了裂缝处理用的高渗环氧浆材研究成果，经多处研究性施工应用后，证明其在砼裂缝特别是潮湿的微细裂缝的补强、防水处理中作用显著，达到和超过设计技术指标。关键词：高渗透性；砼裂缝处理；灌浆材料高渗透性环氧化灌浆材自1979年问世以来，已在低渗透性软基的固结补强中发挥了积极的作用，取得良好的效果，获得国际大坝会议专家组的肯定。这类新型材料以其优异

2、的渗透性和良好的固结性以及较高的力学性能和异乎寻常的使用效果，早已引起众多研究者的关注；但在混凝土裂缝处理方面的报道则相对较少，那是过去在认识上存在误区所致。目前国内外的研究者都趋向于认为，高渗透性环氧化灌浆材（简称为“高渗环氧浆材”）不仅能处理低渗软基，也可处理混凝土裂缝，包括潮湿的微细裂缝，而且在研究和应用方面的研拓中取得了长足的进步，丰富了对“高渗透性”的认知。在众多补强类浆材中，真正能处理饱水混凝土微细裂隙的尚属少数。究其原因，一是所研究出的补强类新型浆材较少，二是对这类裂隙补强处理与缝宽关系的认识仍存在分歧，三是上述认识上的“误区”以为环氧浆液只能用于灌注缝宽0.2mm的裂缝，而0.

3、2mm尤其是0.05mm的“发丝缝”则不被选用，因而也对它的发展产生了一定的影响。近十多年来，我们在研发高渗环氧浆材及推广应用的同时，利用其渗透性高的优点，有意识地将其向砼裂缝补强、防水、防蚀功能方面拓展，使它兼具对介质的选择性不强，对有饱和水存在的环境也不敏感等特性，因而取得了较好的效果。这些优点都来源于对原有浆材实施“改性”，例如“惰性”稀释剂的“反应化”、增韧化和表面活性处理等“改性”后，赋予它具有一系列特点对介质的亲和力大为提高，成倍地降低了粘度、耐候性更增强和与同类浆材接近的力学性能，进而开发出适于裂缝处理用的化灌浆材。本文将概述这些结果及其应用事例。1 裂缝处理用高渗环氧浆材的研究

4、成果 1.1 稀释剂的“富反应化” 过去以为是“惰性” 的物质，在“改性添加剂”的作用下，稀释剂自身及其反应产物能与主体链产生反应的现象称为“反应化”，而使此反应过程大为增速的则称作“富反应化”。这个过程不仅使体系渗透性增强，而且固结体收缩少、力学性能良好和降低浆材成本。富反应化的典型曲线见图1。它表明，不同添加剂使同一体系材料的力学性能可发生极大的差异，有时甚至达到数量级的水平，因此，研制这些改性添加剂及其富活性化作用就具有十分重要的意义。 添加剂YDS8060402000 环氧树脂添加量/%(质量)图1 改性添加剂使惰性稀释剂富反应化无添加剂添加剂A抗压强度/MPa104中化-798一般环

5、氧浆2YDS一般环氧浆10.01 0.1 1 5 时间/d粘度/mPa·s101102103 图2 高渗环氧浆材与一般环氧浆材粘度变化差异 1.2 表面活性剂功能的扩展 表面活性剂的加入使浆材对基底的接触角大为降低，从而增强润湿性，提升浆材的渗透能力，同时，使浆材对介质的亲和力值也随之增加，并赋于浆材排水能力，有利于对潮湿且微细裂隙的吸渗1。1.3 深化了对表面处理剂作用的认识 常用的表面处理剂是钛、硅类元素有机物，藉助于化学反应和/或物理缠绕，使有机无机物间实现牢固的连接。实验证明，不同成份的无机物应使用各别的表面处理剂方能发挥这“牢固连接”的作用，即以氧化硅为主要成份的介质使用含

6、硅的表面处理剂效果最佳，但当介质以碳酸钙作主要成份时，则应使用含钛的表面处理剂；这种现象可用路易士酸碱理论加以解释2。此外，表面处理剂的加入，使固结体的耐候性更佳，尤其在华南地区高温高湿的气候环境下，这是极可贵的使用功能。1.4 高渗环氧浆材的主要物理力学性能 如前所述，经改性处理所制得的浆材起始粘度更低、渗透性更强，亲和力更高且保持原浆材良好的力学性能，因而具有极好的使用性和更低的成本。表1 列举了其中典型的一些物理、力学性能，图2则以粘度随时间而变化的关系说明它良好的使用性能。表1 几种高渗环氧浆材的主要物理、力学性能名称起始粘度mPa·s，20表面张力10-5N·cm

7、-1，20接触角SiO2，20亲和力比值*乐南SG798-LF5.513.03436 5621162019400-LF2.212.033344120133025YDS-LF2.212.032361162133293330323233名称固砂体的力学性能 / MPa可渗入裂隙的渗透系数抗压强度抗拉强度抗剪强度Cm·s-1798-LF50801020104010-610-8400-LF406069183010-7YDS-LF70100814355610-8* 此为不同浆液对同一介质下亲和力的比值。其中，乐：乐山大佛红砂岩，实验时的粒径7090m。 南：西汉南越王墓墓道土，实验时的粒径70

8、 90m，采用YDS-1作参照浆液。S：石英砂，实验时的粒径65 90m。G：硅胶G，实验时的粒径10 40m，采用YDS-4作参照浆液。显然，同一介质情况下亲和力比值越大者，该材料的渗透能力越佳。2 高渗环氧浆材在裂缝处理中的应用 高渗环氧浆材在砼裂缝中作补强防水的应用已经历了多处研究性施工，处理后考查时间长的已超过十年，其效果是令人满意的。部分实例见表2。它们不仅达到了原设计的技术要求而且显示出一代比一代强的渗透能力，例如，万家寨大坝坝基岩石样品的室内试验（图3）表明：在无压浸泡的条件下，浆液已自行充填入饱和水的微细裂隙中，这种排水能力的本质是“浆液对介质（此处是岩石）的亲和力大于水对同一

9、介质的亲和力”1，因而浆液在排开裂隙水的同时自行充填入内并固结，形成电镜照片中（缝宽 0.05mm）的“浆脉”。 表2 高渗环氧浆材应用在裂缝处理中的部份实例序号应 用 地 点时间主要应用地段和目的用材名称使用效果1广州珠江隧道1990隧道砼贯穿性裂缝（补强防水）400VI中化-798达到原设计技术指标；400VI的可灌性更佳。2广州青溪水电站大坝1991a）坝体贯穿性裂缝（补强防水）b）溢流面裂缝（补强）c）蜗壳（防水补强）YDS达到原设计技术指标3广东天堂山大坝1991坝体施工缝（补强防水）400VI达到原设计技术指标4广东飞来峡水电站大坝1996坝体裂缝（补强防水）溢流面裂缝（补强）YD

10、S达到原设计技术指标5广州某大厦地下室底板1995砼底板(1m厚)贯穿性裂缝(补强防水)YDS达到原设计技术指标；取芯测试超过C30。6广州地铁公园前站1997砼墙体贯穿性裂缝（补强防水）YDS中化-798达到原设计技术指标；YDS比798效果好。7广州黄埔开发区厂房1999砼梁（1m厚）贯穿性裂缝（补强）YDS达到原设计技术指标；取芯测试超过C30。8山西万家寨大坝2001坝基岩样室内试验（无压浸泡）YDS浆液饱满充填0.02mm岩石裂隙（电镜照片）图3 万家寨大坝坝基岩样室内试验的SEM照片表2的应用实例中大约有一半现场的表观缝宽仅为0.1mm（例如天堂山大坝、珠江隧道、广州地铁等），它们

11、都处在微渗水的状态，但施灌后的检测结果均达到原设计要求，表明现场条件下的结果与室内试验的效果是可以互为印证的（例如万家寨大坝、沙坡头大坝岩样的室内试验），它们的排水和渗透、固结能力类同于过去用作低渗软基处理用的环氧浆材。为便于区分，使用了“LF”作脚注。考虑到我国幅员辽阔、南北温差较大的情况，目前已将此类材料发展为南方型和北方型，两者的差异主要是在温差15下能控制其“粘度时间”曲线的相似性和近似的初凝时间，本质上是控制高分子反应的速率，而实用上则以利于施工应用和达到良好的技术效果为目标。表2实例中，一般情况下，灌后的现场测试（例如检查孔、压水试验、取岩芯等）获通过后，还将取出的岩芯进行力学性能

12、测试，其破坏的部位往往是砼而不是化灌浆材，即使如此，所测出的数据也足够高，均符合原设计要求，这与浆材渗入砼毛细管中有关，典型的例子见表35。表3 青溪大坝裂缝化灌后岩芯的测试结果试样号试件拉断面积/cm2抗拉强度/MPa试件断裂情况92819-292819-392819-492819-592819-64.834.765.184.994.902.181.871.661.762.34断面的5%为原缝面新砼面拉断断面的65%为原缝面断面的75%为原缝面断面的50%为原缝面表4 化灌后的梁体取芯试件抗折强度试验结果试件编号梁体名称龄期/d个别强度/MPa强度代表值/MPa备 注99-5-9-199-5

13、-9-2屋面梁屋面梁20345.45.55.46.46.15.35.55.9非粘结处断裂非粘结处断裂非粘结处断裂非粘结处断裂非粘结处断裂非粘结处断裂表5 地下室底板砼裂缝化灌后岩芯抗压强度试验结果试件编号取样深度/m抗压强度代表值/MPa备注518651875188518900.250.250.370.370.640.640.8636.735.936.637.3所有试件破坏处均远离裂缝10mm以外试件规格为高径比2 ：1参 考 文 献1 叶林宏等. 论化灌浆液与被灌岩土的相互作用. 岩土工程学报，1994，16(6)：4755.2 冼安如等. 环氧系化灌浆材中偶联剂作用的研究. 粘合剂，199

14、0（3）：3033.Grouting Materials of High Permeability Epoxy Resin andTheir Application in Concrete CrocksXIAN An-ru, HE Yong-sheng, YE Lin-hong, YANG Yu-qin, XU Yao-guang（Guangzhou Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510650）Abstract: A new chemical grouting materials have been

15、 developed for the treater of concrete crocks. It possesses high permeability and excellent mechanical properties. It can be grouted in micro-crock and is suitable for reinforcer and waterproof.Key words: high permeability；treater for concrete crocks；grouting material一高渗环氧浆材在裂缝处理中的应用高渗环氧浆材在砼裂缝中作补强防水

16、的应用已经历了多处研究性施工，处理后考查时间长的已超过十年，其效果是令人满意的。部分实例见表2。它们不仅达到了原设计的技术要求而且显示出一代比一代强的渗透能力，例如，万家寨大坝坝基岩石样品的室内试验（图3）表明：在无压浸泡的条件下，浆液已自行充填入饱和水的微细裂隙中，这种排水能力的本质是“浆液对介质（此处是岩石）的亲和力大于水对同一介质的亲和力”1，因而浆液在排开裂隙水的同时自行充填入内并固结，形成电镜照片中（缝宽 0.05mm）的“浆脉”。 表2 高渗环氧浆材应用在裂缝处理中的部份实例序号应 用 地 点时间主要应用地段和目的用材名称使用效果1广州珠江隧道1990隧道砼贯穿性裂缝（补强防水）4

17、00VI中化-798达到原设计技术指标；400VI的可灌性更佳。2广州青溪水电站大坝1991a）坝体贯穿性裂缝（补强防水）b）溢流面裂缝（补强）c）蜗壳（防水补强）YDS达到原设计技术指标3广东天堂山大坝1991坝体施工缝（补强防水）400VI达到原设计技术指标4广东飞来峡水电站大坝1996坝体裂缝（补强防水）溢流面裂缝（补强）YDS达到原设计技术指标5广州某大厦地下室底板1995砼底板(1m厚)贯穿性裂缝(补强防水)YDS达到原设计技术指标；取芯测试超过C30。6广州地铁公园前站1997砼墙体贯穿性裂缝（补强防水）YDS中化-798达到原设计技术指标；YDS比798效果好。7广州黄埔开发区厂

18、房1999砼梁（1m厚）贯穿性裂缝（补强）YDS达到原设计技术指标；取芯测试超过C30。8山西万家寨大坝2001坝基岩样室内试验（无压浸泡）YDS浆液饱满充填0.02mm岩石裂隙（电镜照片）图3 万家寨大坝坝基岩样室内试验的SEM照片 提交物品清单1 护照 正本 G02150189 G021501902 照片3 身份证 复印 各 2 份4 户口本 复印 1 份5 房产证 复印 1 份 032 0283 号6 结婚证 正本 356 号7 退休证 正本 219 号(2000.6.30) 1 份 220 号(1999.12.30) 1 份8 个人资料表 各 1 份9 存折 工资 活期 工行沙河办 3

19、60 200 270 100 052 5450 (xian) 360 200 270 100 052 1168 (L. ) 定期 工行西湖支 360 206 861 600 063 1814 (9.215) (xian) 工行黄花料支 360 207 441 603 011 5084 (19.7) (L. ) 四川弘泽律师事务所: 函悉。首先，对贵所的办事效率之高表示由衷的敬意，从函件的措词看，你们对此个案已做了许多工作。 阅此传真件后，我认为写得很好，除个别地提出了意见外(P. 1上三处、 P.2 上一处)，末尾的倒数笫二行可否这样表达: 按国家有关法律法规，妥善赔偿，给出一个满意的处理结果

20、。 又，在已留给贵所的(整个过程的)复印手写件中所提及车辆到达瓦斯沟、随后又开出时我对曹先生的对话一段，是否可在此补充上? 请酌定。(有助于该公司认定曹先生所应付的责任)此致敬礼 冼安如 上.2 nd.,Sept.,2005. 我所了解的龙羊峡水电大坝左岸基础2530 廊道伟晶岩劈理带(G4) 复合灌浆处理后取样的情况及其他龙羊峡水电大坝是由西北院设计的、黄河上游龙头电站大坝，其坝高是当时(上世纪八十年代)中国大陆第一高坝。由于坝基及坝肩上存在大范围的软弱破碎带-伟晶岩劈理带，若不开展有效的工程处理，当蓄水运行后，将会产生滑移并危及大坝的安全(此论点是清华大学模拟试验后所得出的结论)。经时任水

21、电四局的局长、总工、总工办等同志的努力申报，由当时的水电部长钱正英与中科院院长卢嘉锡会商，确定由00639部队、四局和中科院广州化学所等共同进行现场试验和施工性试验。试验后开展了相应的取样分析、水下录像分析等后续研究工作。冼安如先生的样品盒内龙羊峡G4的岩芯就是这些取样的一部分。此项研究的结果后来荣获中国科学院一等奖，而且得到国际大坝会议执委会专家组的充分肯定;在中科院院级鉴定会上，本成果被认定为国内首创、居世界领先地位。专家们在现场考查和审视了取样岩芯后，对此预工作给予了高度的评价。据我所知，冼安如先生的样品盒内有两块特别值得一提的样品-一是龙羊峡坝基上的G4 化灌后的取样岩芯，一是万家寨大

22、坝高剪力硐微裂缝取样岩心的室内试验后的切割样，它们均为我国化灌学界和工程界的代表性作品之一，具有极重要的研究意义和工程实际意义，也是极难获得的实物样品，因而，它们都是极其珍贵的。这两个样品过去我都看到过。 冼先生此次康定小天都电站之行所携的样品盒中就有这两件样品-含泥化夹层的伟晶岩劈理带经复合灌浆处理后、由00639部队使用先进的取芯技术和设备在左坝肩2530廊道下所取得的典型岩芯和万家寨大坝高剪力硐岩芯微裂隙室内模拟化灌试验后的切割样-这是我所了解的冼先生外出工作时的习惯，亦即除文字说明、介绍外，以典型的取样让有关方一目了然，更容易接受和了解。 上述样品的科学意义和技术价值在于:前者是世界上

23、首次用复合化灌法取代传统的开挖回填(砼)来处理低渗性软弱基础的大型施工实践后的取样，不仅为国家节约了大笔资金，同时又使人们对低渗透性软弱基础处理的理论和实践认识前进了一大步，就龙羊峡大坝而言，这项工作的结果，所产生的直接和间接的经济效益就超过一亿元。后者表明，在无压或只需很低的压力，高渗透性浆材就可以自行渗入饱和水的岩石的细小裂隙中并固化、达到良好的补强固结目标，因而对万家寨或类似的工程处理投标具有打基础的良好作用。此外，对总体施灌方案的制订也有重要的指导作用。 至于取自青溪大坝的、经化灌处理的坝体砼裂缝的芯样等，虽也曾在样品盒中看到过，因本人对此不了解，在此就不评价了。 国家电力总公司西北水

24、利水电工程公司 专业总工程师 师存禄 谨识 年 月 日 我所了解的龙峡水电大坝左岸基础 2530 廊道伟晶岩劈理带(G4) 复合灌浆处理后取样的情况及其他龙羊峡水电大坝是由西北院设计的、黄河上游龙头电站大坝，其坝高是当时(上世纪八十年代)中国大陆第一高坝。由于坝基及坝肩上存在大范围的软弱破碎带-伟晶岩劈理带，若不开展有效的工程处理，当蓄水运行后，将会产生滑移并危及大坝的安全(此论点是由清华大学模拟试验后所得出的结论)。经时任水电四局的局长、总工和总工办等同志的努力申报，由当时的水电部部长钱正英与中国科学院院长卢嘉锡会商，确定委派00639部队、四局和中科院广化所、水电部基础局、水科院等共同进行现场试验和施工性试验。试验后开展了相应的取样分析、水下录像分析等基础性和工程方面的后续研究工作。冼安如先生的样