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        用水溶性聚氨酯灌漿技術處理船閘混凝土裂縫淺析
        發布時間:2014-08-09

        摘要:結合安徽南漪湖治理工程馬山埠船閘混凝土裂縫處理工程,闡述水溶性聚氨酯灌漿技術在水利工程中的應用。文中著重介紹了水溶性聚氨酯灌漿技術的工作原理、適用范圍、質量要求、關鍵技術措施和施工方法,有利于業主或甲方對該項技術的選擇和在施工中進行質量監控。還在“病害分析”中簡述了裂縫發生的因素,可能產生的危害,預防和控制措施及各種處理裂縫的方法選擇。 

        關鍵詞:混凝土 裂縫 水溶性聚氨脂 化學灌漿

          主要作者簡介:藍全:男,45歲,高工,在河南省水利科學研究所從事工程材料及巖土力學專業研究,通信地址為:鄭州市緯五路39號,郵編為:450003

        一、   工程概況

          馬山埠船閘位于安徽省宣城市南漪湖,閘室為U型結構,凈寬12m,總長110m。沉降縫將閘室分為8段:首尾兩段各長10m,中間6段各長15m;閘室側墻為鋼筋混凝土懸臂式結構,凈高11.4m,底寬2m,頂寬0.5m,混凝土設計強度為C20,采用泵送混凝土澆筑。施工順序:首先是底板部分澆注施工,全部底板施工完畢后,開始墻體施工。

        二、病害分析

          船閘側墻除首尾兩段外,均出現與主筋受力方向平行的裂縫(豎向),共32條,其中大于0.2mm的裂縫22條,多數裂縫已貫穿。裂縫兩端尖滅于側墻凈高5.4m至底板的施工縫范圍內,即發生在混凝土厚度等于或大于1.0m的墻體區間。初步分析:這些裂縫出現的主要因素之一是由于底板與墻體施工時間間隔過長,底板的混凝土體積收縮基本停止,約束了墻體混凝土收縮所致。這種由于工序安排不合理導致的裂縫,為大體積混凝土施工過程中常見的非結構性受約束溫縮裂縫。由2002.4~2003.4相隔一年的兩份檢測報告進行對比,裂縫在觀測期間相對穩定。

        實際上,有經驗的設計師應該考慮到大體積混凝土施工中,采用泵送混凝土是比較方便和經濟的。在設計時,適當縮短側墻長度、加密伸縮縫,即可避免裂縫的發生。同樣,有經驗的施工人員在選擇使用泵送混凝土時,應考慮選擇低水化熱水泥(比如大壩水泥、礦渣水泥等),或在設計混凝土配合比時考慮摻和適當比例的粉煤灰替代水泥,或其他物理和化學的措施(用于控制塌落度、或適當延緩混凝土的膠凝時間),以降低和消散水化熱,并在施工順序上做到盡可能縮短底板和墻體的施工時間間隔,使底板和墻體的混凝土體積收縮盡可能同步,均可以避免裂縫的大面積發生。

        由于裂縫平行于側墻主拉應力(平行于結構短邊),并不影響建筑物的功能及使用。但船閘投入運行后,水位升降頻繁,裂縫與側墻外的土體水位發生聯系,引起雙向補水。雙向流的作用將延遲乃至破壞土體在裂縫周圍形成的自然反濾層;當水位下降過快時,還可能在裂縫處產生負壓,導至土體中的細顆粒大量流失,使靠近側墻的土體出現滲流破壞,引起土體塌陷。因此,必須對貫穿裂縫進行封閉處理。

          常見的封縫處理有化學灌漿、封閉裂縫、堵漏等方式。從本工程的情況看應以環氧樹脂灌漿為最佳方案:即可以封閉裂縫,還能保護鋼筋免遭水氣的銹蝕,又可以達到混凝土補強的作用。由于環氧樹脂灌漿方案必須將貫通裂縫完全封閉才能達到灌漿的效果(漿液充滿裂縫),然爾,裂縫處理的最佳時機已經錯過:裂縫發生后未及時處理,一年后的現在,側墻背面的填土已覆蓋了裂縫,完全封閉裂縫已屬不可能。在現有的條件下只能采取水溶性聚氨脂灌漿封堵裂縫,或裂縫表面封閉等措施。

        這一工程案例給我們一個啟示:在施工過程中,發現裂縫應及時觀察、及時分析、及時處理,才能達到最佳的治理效果。

        三、水溶性聚胺脂灌漿處理裂縫的工作原理。

          當水溶性聚胺脂灌漿材料在壓力作用下進入裂縫,與裂縫中存留的水或水汽 — 水溶性聚胺脂催化媒介結合,即刻產生化學反應并膨脹,在很短的時間內形成密實的彈性膠凝體,堵塞裂縫,達到防滲的目的。

          由于水溶性聚胺脂灌漿材料成膠時間很短,對于大體積混凝土來講,不可能充滿裂縫。水溶性聚胺脂灌漿材料進入裂縫的深度與裂縫寬度相關:裂縫越寬,漿液流速越大,進入裂縫就越深,灌漿效果越好。

          水溶性聚胺脂初始膨脹率能夠達到100%,形成膠凝體以后,第一次膨脹消失,但具有很好的彈性,成為穩定的類似止水橡皮的彈性體。一般來講,水溶性聚胺脂灌漿技術適用于處理穩定型(非活動型)裂縫的防滲工程,并在裂縫開展最寬的時機 — 當地最低氣溫下施工效果最好。

        水溶性聚氨脂彈性止水漿材特性

        抗拉強度

        粘結強度

        膨脹率

        耐久性

        >20.MPa

        0.6~1.5MPa

        >100%

        30年

         

         

         

        四、施工方案制定

          寬度大于0.2mm的裂縫采用水溶性聚胺脂漿材進行灌漿處理;小于0.2mm裂縫采用環氧樹脂膠封縫(對于干燥縫:采用改性環氧樹脂基液封堵;對于潮濕縫:盡可能采用水溶性聚胺脂灌漿,止水干燥后采用改性環氧樹脂基液封閉。灌漿困難的裂縫采用“堵漏靈”堵漏止水,干燥后用改性環氧樹脂基液封閉)。

        裂縫灌漿施工工藝及操作步驟如下:

        4.1灌漿施工操作步驟:清理裂縫→固定灌漿咀→封閉裂縫→通氣試驗→配置漿液→灌漿→環境保護

        4.2、施工工藝及關鍵技術措施

        4.2.1為了保證封縫質量,應清除裂縫周圍的析出物及其他殘留物,裂縫兩邊各5cm內的混凝土表面,打磨出均勻的新鮮面。

        4.2.2根據水溶聚氨酯進漿特性和施工經驗,若要達到滿意的灌漿效果:裂縫寬度在0.5mm以上,設置灌漿咀的距離應在0.5m左右;裂縫寬度在0.4mm~0.5mm,灌漿孔距0.4m左右;裂縫寬度在0.3mm~0.4mm,灌漿孔距0.3m左右;裂縫寬度在0.3mm以下,灌漿孔距0.2m左右。裂縫越窄,越容易堵塞,灌漿咀的孔距就應該越小。還需注意灌漿咀應設在縫隙明顯且較寬的部位。

        在裂縫上安裝的灌漿咀,多數是用于觀察裂縫是否通暢、灌漿是否順利。一旦某個灌漿咀不出漿,就要立即進行檢查,分析原因、找出對策進行處理。否則就可能造成裂縫內的聚胺脂彈性體不連續,影響防滲效果。

          固定灌漿嘴的作用是灌漿和便于觀察灌漿效果。灌漿嘴應固定在設計好的灌漿孔位置并采用騎縫的方式安裝灌漿咀,裂縫尖滅處及斷開、分岔部位應加密。

        當裂縫為干燥表面,灌漿咀采用粘結法固定,使灌漿咀能承受一定壓力。當裂縫為潮濕表面,應使用快干水泥固定基座或打孔后清洗孔眼,將灌漿管固定在孔眼內。上述方法均要保證孔眼與裂縫暢通,灌漿嘴不松動。

        4.2.3、對于不滲水的干燥縫:首先用環氧膩子均勻封縫,然后使用結構膠將裂縫兩邊各2.0cm范圍內的表面批2.0 ~ 5.0mm厚做第二道密封層,以確保灌漿時裂縫中的漿液不會瀉漏。潮濕縫:首先用堵漏劑堵水,待干燥后,在裂縫兩邊各2.0cm寬的范圍用結構膠批2.0 ~ 5.0mm厚做為保護層,確保裂縫不漏漿。

        4.2.4、通氣試驗的目的是為了了解灌漿孔與裂縫是否通暢,檢查封縫是否有效,確定可否灌漿。

        以不大于設定灌漿的壓力氣體充入裂縫中,詳細觀察每個灌漿孔的通暢情況:封閉后的裂縫是否漏氣,周邊混凝土是否有漏氣孔。認真填寫試氣紀錄,把發現的問題、部位詳細填寫清楚。

        4.2.5、根據裂縫的縫寬估計可灌程度,配制適宜的漿液。漿材配制時應置于容器中,用攪拌器均勻攪拌至色澤均勻。攪拌用容器內及攪拌器具不得有油污及雜質。應根據裂縫寬度、環境溫度決定漿材的每次拌合量,并嚴格控制漿液不得長時間暴露在空氣中。

        4.2.6、按由下而上的順序進行灌漿。灌漿過程中,應保持工作壓力在0.1 ~ 0.3mPa,當灌到最后一個灌漿嘴時,應適當加大壓力迸漿。迸漿期間應觀察是否還在進漿,灌漿結束標準以不吸漿為原則,如果吸漿率小于0.01升/分鐘,應維持至少10分鐘,可做為結束標準,停止灌漿。要求進漿均勻,計量準確,計錄詳細無誤。

        4.2.7、對于有外觀要求的建筑物,在裂縫灌漿前必須采取表面保護措施,防止漿液污染建筑物;在漿液固化以后,必須沿裂縫走向,鑿除封縫用的結構膠、灌漿嘴及殘留物,并用聚合物水泥砂漿找平對裂縫表面進行防護。所有施工殘留物必須清理出現場。

        五、質量控制標準

          在許多場合都有人詢問:為什么混凝土病害處理行業很少見到規范?施工的質量優劣如何判定?

        由于混凝土病害處理技術往往是大專院校、科研院所研究成果的產物,至今還未形成統一的行業質量標準。但是,在實踐過程中,多數企業對水溶性聚胺脂灌漿技術的質量標準還是具有共識。河南省水利科學研究所對水溶性聚胺脂裂縫灌漿施工的質量要求如下:

        5.1、灌漿處理后的裂縫沒有明顯滲水現象,局部出現面濕(不滲水),為合格。灌漿處理后的裂縫沒有滲水現象為優良。

        5.2裂縫表面基本平整、干凈,遺留少量的漿液,水泥防護層硬化后僅出現極少的鼓泡、脫落為合格。裂縫表面平整干凈、美觀,基本沒有殘留漿液,水泥漿硬化后沒有出現鼓泡、脫落,為優良。

        5.3灌漿資料基本齊全、整潔,記錄基本清晰為合格。灌漿記錄資料齊全、整潔,記錄清晰、詳細為優良。

        每一項病害處理工程的成功與否,關鍵取決于病害成因分析的正確以及處理方案制定的合理。有經驗的施工隊伍固然重要,但不起決定性作用,這也是行業規范遲遲不能出臺的原因。我們只能根據具體情況制定適宜的技術措施及質量要求,以達到設計方案制定的目標和要求。因此,以上質量要求,僅僅是對作業班組施工行為的一般規范。

        六、結束語

          工程病害產生原因是復雜多樣的。與地質勘探、工程設計、工程施工、自然與人為的多種因素相關,還有不確定因素的影響。工程病害處理這一行業的魅力在于不斷探索未知,靠行業專家的智慧分析原因、解決問題,具有挑戰性的同時也存在很高的風險。

         



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