水工建筑物灌浆新材料探究

1固粒状灌浆材料

固粒状灌浆材料具有如下特性: (1) 颗粒细。要具有一定的细度, 以便进入裂隙, 其粒径小于裂隙宽度的1/3才宜奏效。 (2) 浆液稳定性好。固体颗粒材料与水混合后, 其颗粒在一定时间内应保持呈均匀分散的悬浮状态, 并具有较好的稳定性和流动性。 (3) 胶结强度高。灌入裂隙中经过一定时间应能胶结成为坚硬的结石, 起到充填与固结的作用。 (4) 结石强度高。结石要具有一定的强度、粘结力和抵抗侵蚀的能力, 以保证灌浆效果的耐久性。

水泥灌浆是使用最早也是使用最广的一种固粒状灌浆材料, 水灰比一般多为10∶1~0.6∶1, 一般普通水泥的最大粒径在44µm~100µm范围内, 由于颗粒粒径的限制, 水泥浆液难于灌入渗透系数小于0.5cm/s的粗砂或裂隙宽度小于0.6mm的岩体中。通过水泥细度和掺合料的改进可解决以上问题。其中新型常用水泥主要包括以下几种。

(1) 超细水泥:将水泥磨细至平均粒径为4µm, 最大粒径为10µm, 比表面积在8000m2/kg以上, 这时浆体稳定性好, 固结时析水少, 有利于防止新的渗水通道产生, 可灌入渗透系数在10-3cm/s~10-4cm/s的细砂中。超细水泥可以单独使用加固建筑物的地基, 也可以混以水玻璃使用用于堵漏灌浆。

(2) 硅粉水泥:硅粉是生产硅或硅铁合金的副产品, 直径约为0.1µm的细微玻璃状球体。它是一种高活性材料, 极细的硅粉颗粒可使浆液稳定, 水泥颗粒不沉降, 浆液亦不泌水, 可得到触变性能的浆液。掺入硅粉后水泥浆体具有如下影响:增加水泥浆液初始粘度, 需要掺加外加剂降低粘度;有好的触变性;浆液稳定性提高;固结体抗压强度显著提高;孔隙分布更细, 抗渗、耐久性能优良。

2化学灌浆材料

水泥浆液由于颗粒粒径的限制, 难于灌入一些细微裂缝。水泥灌浆还受水流流速的限制, 一般灌浆规范中规定, 地下水流速不大于600m/d。但在实际应用中地下水流速小于80m/d才可灌注水泥浆, 超过需在水泥浆液中掺加速凝剂。遇到基础涌水、基岩夹泥断层破碎带, 水泥灌浆便无法操作。

化学灌浆材料比水泥具有好的可灌性, 而且能按工程的需要调节浆液的胶凝时间, 故也适用于有流动水部位的堵漏或防渗。有的化学灌浆材料还具有较高的粘结强度和抗拉、抗压强度, 适用于混凝土结构补强处理。化学灌浆在改进工程质量、提高施工进度和经济合理性方面都有作用。化学灌浆材料具有如下特性:其一是浆液粘度低, 可灌性好, 能在较低压力下灌入细微裂缝。其二是凝胶体具有较好的密实性、防渗性和耐久性, 用于补强加固灌浆的, 还须具有一定的抗压、抗拉强度, 用于混凝土裂缝处理则需有良好的粘结强度。其三是须特殊操作工艺, 浆液有较长时间的适用期, 便于浆液能进入裂缝深处, 还要求浆液的胶凝时间容易调节, 以适应不同的灌浆要求。其四是浆液无毒或低毒, 不会造成环境污染。

化学灌浆材料按灌浆对象可分为:防渗堵漏材料和补强加固材料。其中防渗堵漏材料包括水玻璃类、丙烯酰胺类、丙烯酸盐类、发泡型聚氨酯类;补强加固材料包括环氧树脂类、丙烯酸酯类、聚酯树脂类、加固型聚氨酯类。

(1) 丙烯酸酯浆材 (甲凝) 。

丙烯酸酯浆材是以甲基丙烯酸甲酯为主要原料配制而成一种低粘度液体, 可灌性好, 能灌入0.05mm的细微裂缝, 在0.2MPa~0.3MPa压力下, 浆液能够渗入混凝土内4~6cm, 起到浸渍作用, 固化物粘结强度高, 使得混凝土裂缝及其附近的缺陷得到加固。

(2) 环氧树脂类浆材。

环氧树脂具有粘结力强, 收缩小, 常温固化等特点, 由于本身粘度较大, 作为灌浆材料使用时必须降低其粘度。按稀释体系的种类可分为3类。

(1) 非活性稀释剂体系。采用丙酮、二甲苯等非活性稀释剂来稀释环氧树脂, 配制简单, 固化反应放热小, 使用方便, 但是由于稀释剂不参与反应, 因此固化物物理力学性能下降, 粘结力较低。

(2) 活性稀释剂体系。活性稀释剂可参与固化反应, 不影响固化物性能, 但稀释效果不理想, 可灌性受到一定的限制。

(3) 糠醛—丙酮稀释体系。目前最为广泛采用的是糠醛—丙酮作混合稀释剂的环氧树脂浆液。此法配制的浆材起始粘度降低为1cp~10cp数量级, 与水的粘度相近, 配合压力灌浆能够较好的处理一般水工建筑物的裂缝加固问题。

(3) 加固型聚氨酯类浆材。

油溶性聚氨酯通常是先将多异氰酸酯和多羟基化合物预聚成低聚物, 再配以稀释剂、表面活性剂、催化剂等成分组成。其固化物会产生体积膨胀, 提高了浆体在裂缝内的充填率, 但随着掺入的稀释剂逸出还会发生体积收缩, 效果不甚理想。

(4) 水溶性聚氨酯灌浆材料。

水溶性聚氨酯化学灌浆材料既可用于补强加固, 也可用于防渗堵漏。其主要由丙烯酸酯、聚氨酯预聚体和复合固化剂组成, 粘度较低, 调节丙烯酸酯和聚氨酯预聚体的比例可得到不同性能的浆体, 以满足不同的灌浆要求。水溶性聚氨酯浆液的起始粘度仅为30cp, 接近水的粘度, 可灌性好, 可以灌入开度为0.05mm的细微裂隙, 用于混凝土裂缝加固的同时, 还可以渗入混凝土裂缝两侧的微小气孔内, 起到浸渍加固的作用。固化物抗压强度最高可达60MPa, 粘接强度可达2.2MPa~2.5MPa, 潮湿界面粘结强度可达1.5MPa, 能够满足普通混凝土细微裂缝的补强加固要求。水溶性聚氨酯聚合时间可调, 且诱导期较长, 浆液适用时间长, 便于施工操作, 浆材损耗也大为减少。水溶性聚氨酯浆液固化时体积不收缩, 根据配比的不同, 可以得到硬化时大小不等的体积膨胀, 适用于各种不同裂缝的补强加固和防渗堵漏。

当今水工新材料的研究方向向着水下修补材料和快固化、防腐蚀、抗冲磨混凝土表面防护涂层的方向发展, 研究开发水下环氧砂浆 (混凝土) 、水下快速密封剂、丙烯酸盐灌浆材料和快固化、防腐蚀、抗冲磨混凝土表面保护涂层等新材料, 适用于水下混凝土如坝面、消力池、桥墩等水下部位的薄层修复, 水下混凝土裂缝、伸缩缝的密封和补强加固, 混凝土水下化学灌浆前的灌浆管埋设及封面止封处理以及隧洞止水, 混凝土渗水裂隙防渗堵漏, 坝基岩石裂隙防渗帷幕灌浆, 土壤加固和喷射混凝土施工等, 应用前景较为广泛。

摘要：近几十年来, 随着工程建设的实践和新技术的开发, 灌浆材料、施工工艺、施工设备和效果检测等方面, 都取得了重大的进展, 在水利水电建设中得到了广泛应用, 其中灌浆是把浆液灌入土壤或岩石地基中的空隙、裂隙、缝隙或洞穴用以减少渗透性, 增加强度或减少地基变形等。灌浆材料根据所制成的浆液状态, 可以分为:固粒状浆材和化学浆材。

关键词：建筑材料,工程建设,施工公益