化学灌浆技术在混凝土缝隙处理中的综合应用

李 焱

(中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都，611130)



化学灌浆技术在混凝土缝隙处理中的综合应用

李 焱

(中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都，611130)

采用化学灌浆技术处理混凝土缝隙就需要针对不同的情况进行综合处理。特别是对渗水较严重的部位，需要研究和应用多种化学灌浆材料和施工技术，通过对这些化学材料的特性和施工技术的摸索和应用，分析和总结出施工经验。

混凝土 缝隙 化学灌浆 材料性能 施工技术

1 概述

在许许多多的建筑工程施工中,如混凝土预制梁、现浇混凝土、混凝土面板堆石坝、厂房尾水管、低位泄水孔、引水隧洞以及混凝土挡水大坝中，由于种种原因，会出现一些缝隙。这些缝隙有结构缝、施工缝、伸缩缝和裂缝，这些缝隙有宽有窄，有长有短，有干缝也有渗水缝，根据不同设计要求，有些缝隙只需要进行简单的清理和涂抹处理，而有些缝隙不仅影响建筑物的表观，甚至存在结构和功能上的缺陷，影响到建筑物的正常运行，需要针对不同情况综合处理。特别是对渗水较严重的部位，需要研究和应用多种化学灌浆材料和施工技术，分析和总结出施工经验，治理好每一个混凝土工程。施工中要注意对材料的分类管理，严格控制排放，保护好工程所在地的水源和土地不被污染，保护好施工人员的职业健康。

2 缝隙化学灌浆处理技术

缝隙的分类方法有很多种，为了便于说明，在此简单地将缝隙按照是否渗水，分为干缝和渗水缝两种。而根据缝隙宽度的大小和处理方法，干缝可分为窄缝(宽度≤0.2mm)和宽缝(宽度>0.2mm)两个类别；而渗水缝根据渗出水量的多少，分为小缝(渗水量≤5L/min)、中缝(渗水量在5L/min～20L/min)和大缝(渗水量>20L/min)三个类别。

2.1 干缝的处理

干缝的处理相对而言比较简单，根据不同的设计要求，可以采取不同的处理方法，主要有水泥灌浆法、化学灌浆法、综合灌浆法等。但是，有的部位属于隐蔽工程，为了不给将来的工程留下质量隐患，干缝同样也需要处理得彻底和完全。

混凝土结构中存在缝隙的质量缺陷，最好的处理方法就是采用与该部位类似的材料进行填充。在长期的缝隙灌浆处理中发现，宽度小于0.2mm的缝隙对普通水泥的可灌性较差，因此，把干缝分为宽缝和窄缝(两个类别，并采用不同的施工技术进行处理。

2.1.1 宽缝处理的施工技术

此类缝隙经常出现在混凝土趾板、面板堆石坝、大体积混凝土基础中，出现的原因主要有混凝土收缩、温度收缩、基础不均匀沉降、施工冷缝等。

处理的原则是：采用与该部位类似的材料进行填充。如果缝的宽度足够，可以采用重新拌制比原来高一个等级的混凝土进行回填，严格按照混凝土缺陷处理方法进行浇筑和养护。

如果缝隙的宽度不能直接浇筑混凝土，大多采用水泥浆液或水泥砂浆进行回填灌浆，施工的步骤主要有：勘缝→清缝→缝隙处理→钻孔→压水冲洗→压风冲洗→浆液配制→回填灌浆→缝面后期处理。

勘缝工序尤为重要，需要探明缝隙的深度、宽度、发展方向等，为下一步施工提供详细的技术参数，可以采用骑缝取芯钻孔的方法。

钻孔应布置在缝隙上，钻孔深度宜大于缝隙深度，孔距不宜过大，必须布置排气孔，钻孔直径不宜过小，有利于浆液的有效流通和充填缝隙。

浆液的水灰比宜小，小批量的拌制最好，为了减小浆液凝固后的体积收缩，可以在浆液中掺加合适的河砂或人工砂以及膨胀剂等，也可以掺加适量的减水剂，以利于浆液的流动性和可灌性。

2.1.2 窄缝处理的施工技术

窄缝在混凝土结构物中十分常见，已经成为混凝土的通病之一，在钢衬结构中也常见，形成原因主要有浇筑时形成的冷缝、温度缝、混凝土收缩缝等。

由于窄缝对普通水泥的可灌性较差，最好采用颗粒更小的化学材料进行灌浆处理。而且此类缝隙的建筑物对强度要求较高，因此宜选用环氧树脂类的化学材料进行灌浆。

窄缝化学灌浆处理的工艺流程主要有：勘缝→掏槽→洗缝→缝面处理→等强→钻孔→清孔→卡塞与管路安装→压水冲洗检查→压风冲洗→浆液配制→灌浆→等强→表面后期处理等。

缝面处理是对缝隙部位表面进行清理，用电钻及电镐将缝隙处的松散混凝土凿除，并采用风水轮换冲洗，确保缝隙清晰可见、缝面清洁无充填物。

钻孔施工主要采用电钻在缝隙处钻骑缝孔，或在缝隙两侧交叉钻穿缝斜孔，独立的区域钻孔个数不得少于2个，以确保有灌浆孔和排气、返浆孔。钻孔孔径应根据所选用的卡塞大小决定，直径不宜小于φ10mm。钻孔深度宜在200mm至500mm，保证钻孔有效地穿过缝隙与缝隙联通。钻孔完成后，应清理钻孔，将冲洗管头插入孔底进行冲洗，并用风将积水吹净。灌浆孔的布置、钻孔参数和常用的灌浆塞如图1所示。

压水或试气时，在孔口和缝口抹少量洗涤剂与水混合液，逐孔通风，检查灌浆孔间串通性和封缝效果。试气过程中缝口若有漏气现象，应对漏气部分进行封闭。试气过程中若无外漏，但不起压，应进一步采取压水试验的方法检查，查明原因后拟定专项措施，试气完毕用风吹净孔内积水待灌。

灌浆材料宜选用强度较高的环氧树脂类化学材料，细度和粘性符合工程要求，灌浆次序为：由里向外、由下向上、自一端向另一端灌注。灌浆压力根据各个工程的特点分别制定，逐级升压，当吸浆率小于5ml/min时，可提升压力达到设计值。在设计最高压力下，缝隙停止吸浆或者吸浆量小于1ml/min后，持续灌注5min可结束灌浆。

图1 钻孔卡塞法灌浆孔的布孔和钻孔示意

灌浆结束，等浆液强度达到设计值后，进行缝隙的表面处理，沿裂缝两边凿除多余的浮碴，采用预缩砂浆或环氧砂浆将缝隙和灌浆孔洞抹实，略高于结构面，并在等强后，打磨平整光滑。

2.2 渗水缝的处理

渗水缝隙处理的原则是堵水和加固，堵水是方法，加固是目的。

2.2.1 堵水技术

按照前面的渗水缝分类方法，对于渗水量≤5L/min的小缝和结构表面潮湿的缝隙，形成原因主要是混凝土的收缩、温度收缩，缝隙宽度较小，对工程的危害程度较低，因此只需要进行堵水处理。钻孔和灌浆施工方法可以参照2.1.2，只是灌浆材料应根据工程的具体情况采用不同的材料和配合比。

对于中缝(渗水量在5L/min～20L/min)和大缝(渗水量>20L/min)，除了需要堵住渗漏水以外，还应有进一步的加固措施，以确保工程长期运行安全。

目前，堵水施工技术大多采用堵水材料在压力作用下，填充到渗漏水部位，利用材料在水中体积膨胀，切断渗漏通道。常用的化学材料是聚胺脂类。

堵水化学灌浆施工工序主要有：缝隙勘查→钻孔→引水→化学灌浆→等强→钻孔→二次化学灌浆→等强→表面后期处理等。

缝隙勘查应全面对建筑物混凝土表面存在渗水、滴水、流水部位进行普查，对需处理的裂缝编号，并进行素描登记。为了更清楚地检查渗漏通道，可以进行取芯钻孔检查，绘制缝隙素描图，内容包括渗漏点分布情况、渗漏裂隙宽度、深度、走向及缝长、渗水量等。如果有条件，可以使用孔内成像技术，全面系统地掌握缝隙情况，制定和试验出有效的堵水施工技术措施。

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灌浆孔位尽可能布置在缝隙或漏水通道的上游位置，为下一步的加固处理留有余地。钻孔可以骑缝，也可以钻斜孔，漏水量大的部位，钻孔直径应加大，渗漏水量小的部位，钻孔孔径可以减小。大钻孔完成后应进行压水检查，以保证灌浆段能有效地进入漏水部位，并且应布置引水孔或者排水孔。

目前使用的聚胺脂类材料大多遇水膨胀，或者两种材料在设计的范围内产生化学反应。因此，化学灌浆施工时，应确保化学材料在初凝前快速地进入指定的灌浆段位，这就要求用于灌浆的设备具有适当的压力和流量。

根据渗漏缝隙和结构缺陷的类型，对于混凝土表面平整、缝面未受污染、通畅性和可灌性良好的缝隙，可采用“无损贴咀化学灌浆法”。其它情况，可采用“钻孔卡塞化学灌浆法”。为了使化学灌浆处理取得良好效果，处理时段宜安排在低温枯水季节，此时已暴露的缝面开合度最大，外部水头最低。贴咀结构及布孔方法见图2。

图2 无损贴咀及灌浆孔布置

对于漏水特别严重的部位，应保证灌浆段在灌浆施工时处于一个静止的空间，才能达到预设的效果。

例如，某大坝，由于坝体止水板施工时遭到部分损坏，蓄水后该部位漏水严重，漏水量达300L/min。在对该大坝通风竖井化学灌浆施工时，在灌入大量的油溶性聚胺脂材料后，由于上游水压太大，漏水流速很大，这些材料在反应未完全结束就被水流冲带走，没有起到堵水作用。经过分析和技术改进，在漏水部位不同高程处，分别设置引水孔，并加装快速阀门，封闭所有结构面漏水部位后，再次进行化学灌浆，从漏水部位最低点进浆，并加大进浆的速度和压力，在施工过程中严密观察各高程点的出水情况，发现引水点返出正在发生反应的浆液时，从低到高依次关闭引水口的阀门，在关闭最高点阀门后，持续灌注10min结束灌浆。等待浆液反应完全，凝结等强后，打开所有的引水阀门，发现大多数引水孔都不再漏水，经过二次灌浆后，该部位不再渗漏水，堵水工作取得圆满成功。

2.2.2 加固技术

缝隙或通道经过化学灌浆堵水处理后，渗漏水基本都会堵住，但是随着压力水的长期作用和化学材料在缝隙中的收缩，原有缝隙可能会扩张而发生新的渗漏。因此，对于有较大渗漏水的部位，在经过堵水处理后，应及时进行加固处理。

3 化学灌浆材料的性能分析与选用

化学灌浆的浆液，采用特定的化学制剂研制的液态水性的化学制剂，它具有以下特点：(1)粘度低(10～20)×103Pa·S，可灌入0.05mm的细微裂缝；(2)固体强度高；(3)胶凝时间易控制，从几分钟到几十小时均可调节；(4)可在干燥或潮湿环境下固化，满足粘结、补强、抗渗等多种要求。

因此化学浆液具有很好的可灌性，它可通过灌浆压力至微细裂缝中，使其扩散、凝固，达到防水、堵漏、补强、加固的目的。

针对渗水部位特征，宜选用相应化学浆材。就目前常用的化学灌浆材料的性能和适用范围，推荐的化学浆材如表1、表2和表3。

表1 环氧树脂材料LPL性能

表2 聚胺脂LW主要性能指标

表3 聚胺脂HW主要性能指标

表4 (油溶性)聚氨酯HK-9105化灌材料的性能指标

4 化学灌浆施工的环境保护

固化后的化学灌浆材料，其主体成分是聚合物，性质稳定、耐老化、寿命长，对环境影响不大。有关化学灌浆的环保问题，主要应从以下几个方面进行考虑。

4.1 稀释剂

化学灌浆材料的重要性能之一是黏度要低，因为较低的黏度将使其能在细微的缝隙中渗透。黏度低、属于真溶液，是化学灌浆材料和水泥灌浆材料的主要区别。对于降低黏度的方法有多种，例如选择初始黏度小的单体；预聚时控制分子量不要太大；组合原料(如固化剂、助剂)也要选择低黏度的成份等。但有时仍存在黏度大的情况，此时需要采用稀释剂。稀释剂中有活性稀释剂和非活性稀释剂之分。活性稀释剂可以和主剂或固化剂起化学反应，故不容易释出。例如，环氧灌浆材料中的低分子量的环氧树脂、带环氧基团的醚类化合物、糠醛-丙酮缩合物等。这类材料因可以和环氧灌浆材料的主剂产生化学反应，固化后可共同成为聚合物。而另一类是非活性稀释剂，如苯、甲苯、二甲苯、丙酮、醋酸乙酯、醋酸丁酯等，其中，苯类的溶剂毒性较大。这些有机物刺激人体呼吸道和眼睛，使人产生皮肤过敏、头痛、咽喉痛、白血球降低等症状，严重者会导致苯中毒的职业病。

许多溶剂除有毒性外，还有易燃易爆性能，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热极易燃烧爆炸。与氧化剂能发生强烈反应， 易产生和聚集静电。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃。对丙酮这类稀释剂，虽然其毒性远小于苯类，但其沸点低，只有54℃，容易燃烧。因此在煤矿止水中，不可大量使用低沸点、易燃溶剂。即使在其他隧道、洞室中进行堵水施工时，因通风不畅，易燃溶剂的浓度过高，也可能引起施工人员和环境的安全事故。

4.2 固化剂

固化剂是化灌材料中的重要组成部分，在选择时，不能只顾价格便宜，既应着重其固化性能，也要注意环保效果。如以前的环氧材料的固化剂，常采用分子量低的胺类固化剂，如乙二胺、二乙基三胺、三乙基四胺等，这些材料分子量小，挥发性很大，非常刺鼻，对施工环境很不利。而目前，国际和国内都选择分子量大的合成胺，如酚醛胺系固化剂、芳香胺改性固化剂、聚酰胺固化剂、改性混合胺固化剂等，产品性能和施工条件大有改善。

4.3 主剂

主剂是化灌材料的主要成分，其性能对材料至关重要。通常在选择时，大多从性能好、粘度小、价格低去考虑，但是随着时代进步，更多国内外生产企业多从环保性能出发来选择原材料。例如，在聚氨酯化灌材料中的主要原料异氰酸酯，以前多数采用甲苯二异氰酸酯(TDI)，而现在更多地选择多次甲基多苯基异氰酸酯(PAPI，聚合MDI系列)。因为它的沸点、闪点要高很多，挥发性明显减少。

4.4 施工用具的清洗剂选择

灌浆结束后必须采用清洗剂来清洗设备和工具，以保证有良好的使用状况。清洗剂一般都是强溶剂，对灌浆材料有很强的溶解性能，国内常采用的二甲苯、丙酮，实际上都不符合环保。国外现在采用一种环保型高沸点溶剂，杜邦命名为DBE，一些大的国外化灌公司以清洗剂为名，成桶供应，用于聚氨酯、环氧树脂灌浆泵和容器的清洗，其沸点为196℃～225℃，闪点为100℃，国内也有类似产品。

4.5 施工机具的密闭

对灌浆施工来说，是否从环保角度来选择设备也是很重要的。如果在不良通风条件下，配浆、加料、压浆都采用敞开式的简单设备进行施工，肯定对施工人员的安全操作不利。施工组织者要重视灌浆机具的革新，不能只顾经济效益，而不采用密闭的设备。

4.6 妥善处置灌浆废液

灌浆过程中难免会产生的剩余浆液，不得随意倾倒、丢弃，必须装入专门的料桶，待其固化后，运到合适的地点进行集中处置。

李 焱(1970-)，男，成都人，工程师，主要从事水利水电地基与基础工程施工管理工作。

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