聚氨酯弹性密封胶在混凝土桩基施工中的应用

周志强 龚学淼

摘要：在建筑工程中，桩基础的施工是关键环节之一，需注重控制混凝土桩基的施工质量，增强建筑结构稳定性，有效提升工程质量。以改性 MDI、聚醚多元醇等为原料，制备了混凝土桩基伸缩缝用低模量双组分聚氨酯密封胶并制作了弹性体。探讨了胶配制时的异氰酸酯指数（R）及混凝土表面处理工艺对混凝土粘接性能产生的影响，对混凝土桩基施工中频繁出现的问题及解决措施进行分析，更好地提升高层房屋建筑工程的混凝土桩基施工质量。

关键词：混凝土桩基；高层房屋；质量分析

中图分类号：U443.15；TQ436+.6      文献标志码：A          文章编号：1001-5922（2023）03-0052-04

Application of polyurethane elastic sealant in concrete pile foundation construction

ZHOU Zhiqiang，GONG Xuemiao

（Fujian YediHengyuan Construction Co.，Ltd.，Fuzhou 350108，China）

Abstract：In the construction engineering，the pile foundation construction is one of the key links. Therefore，it is necessary to pay attention to controlling the construction quality of concrete pile foundation，enhance the stability of building structure and improve the engineering quality effectively. A low modulus two-component polyurethane seal- ant for expansion joint of concrete pile foundation was prepared with modified 4，4' diphenylmethane-4，4'-diisocy- anate（MDI）and polyether polyol as raw materials. The influence of the Isocyanate index（R）in the preparation of adhesive and the technology of concrete surface treatment on the bonding performance of concrete was discussed. The problems frequently occurring in the construction of concrete pile foundation and the solving measures were an- alyzed to improve the construction quality of concrete pile foundation of high-rise building engineering.

Keywords：concrete pile foundation；high-rise building；quality analysis

伴隨着我国经济的快速发展，群众的生活水平有了明显提高，国内建筑业发展速度持续提升，得到社会高度关注。建筑物质量标准的要求日益严格，桩基础为建筑物的重要基础模块，其重要性不言而喻，其施工质量对建筑物的最终质量产生巨大影响。对混凝土桩基进行灌装施工，容易产生孔底沉泥、端桩等问题，这类问题也严重影响到施工安全性。弹性体伸缩缝采用低模量浇注型聚氨酯弹性密封胶与嵌缝以及混凝土粘接技术，固化后形成的弹性体延伸率大，可满足桥梁伸缩位移，同时采用粘接式防水结构可实现真正的无缝防水。为此，建筑混凝土桩基施工若是出现了这些问题，不仅对施工进度产生不利影响，还容易带来更多的经济损失。为了有效提升桩基础施工品质，就需要解决其中的高层房屋建筑工程施工问题，并引入正确的方法。基于此，从不同层面论述桩基的施工质量控制策略，研究了密封胶与混凝土粘接性能的影响要素，采取一系列工艺措施，提升粘接性能。

1 实验材料与方法

1.1 主要原料及仪器

聚丙二醇（Mn=2000，GE-220B）、聚丙三醇（Mn=3000，GEP-330N）、聚合物多元醇（POP， GPOP36/30G），高桥石化公司（上海）；扩链剂（JCL1201-2130）、改性 MDI（JCL1201-2132），京嘉联创新材料公司（北京）；辛酸亚锡（TMG129），曼海高施米特化工公司（上海）；自制单组分聚氨酯底涂剂。

1.2 低模量聚氨酯弹性密封胶的制备

1.2.1 A 组分制备

在三口烧瓶中配置真空管、温度计与搅拌器，添加POP，将其搅拌与升温，使之达到105～115℃ ，并进行真空脱水，用时1～2 h；在水分测定值低于0.05%（含），不再进行脱水，使之处于常温[2-3]。接着添加改性 MDI，通过搅拌逐步进行升温，使之维持85℃ ， 并保持3 h。当测定的异氨酸酯基（—NCO）值达到理论值，就要停止反应，并将其作为A组分备用。

1.2.2 B 组分的制备

在三口烧瓶中配置真空管、温度计与搅拌器，然后时掺入POP、扩链剂，对其进行搅拌均匀，之后将温度调整到105～115℃ ， 对其进行真空脱水。当水分低于0.1%（含）时开始降温，并加入相应催化剂，再对其进行0.5 h搅拌，然后用作B组分备用。

1.2.3 密封胶固化物弹性体的制备

在分配A、B组时应按照标准配比，将溶液缓慢倒入至同一容器中进行混合，之后选取真空设备进行除泡处理，等待没有气泡产生后放置于80℃烘箱中固化8 h，待取出备用。

1.3 测试方法

根据《建筑密封材料试验方法》（GB /T 13477—2002）标准，当弹性体达到百分百拉伸状态，此时根据测定的拉伸强度对材料拉伸弹性模量进行明确。利用拉拨强度对粘接强度进行评价，根据《建筑防水涂料试验方法》（GB /T 16777—2008）选择合适的测试方法，将双组分涂抹至粘接面，由此形成弹胶层，其厚度在1.5～2.5 mm，选用8字形试块。依据 TJ-W2013《铁路混凝土桥梁弹性体伸缩缝暂行技术条件》进行粘接疲劳性能测试与制样[4]。

2 结果与讨论

2.1 混凝土表面结构对粘接性能的影响

新制混凝土表面存在着弱界面层，如蜂窝层、浮浆层等，此时缺乏强度。为了增强其粘接强度就需要尽可能去除弱界面，通常采用表面理化处理方法。表1给出了不同处理模式下对应的粘接性能。

由表1可知，仅仅通过物理处理，其粘接强度不超过0.4 MPa，其弹性体与混凝土脱开，满足《弹性体伸缩缝技术条件》（简称《条件》）要求。对被接混凝土试块进行机械打磨处理其表面，将油迹、浮浆等进行去除，使之表面粗糙度提升，进而增强其粘接强度[5-6]。因為混凝土表面性质与弹性体差异显著，聚氨酯胶黏度颇高，很难向混凝土内部扩散，因此缺乏机械锚定效应。黏度较低涂剂能拓展至混凝土毛细孔，使得有效粘接面积提升，弱界面、气孔的出现也显著减少，而且和聚氨酯弹性体间也有显著强化学键效应，使之粘接具有牢固性。

2.2 异氰酸酯指数对粘接性能的影响

双组分聚氨酯胶在混合后，得到的异氰酸酯指数将会显著影响到聚氨酯胶固化后所形成弹性体材料的粘接、力学等性能，该指数可用 R 表示。表2展示的就是不同 R 的弹性体粘接强度与拉伸模型[7]。

由表2可知，R 与弹性模量呈现正相关性，前者增大时，粘接强度呈现先增后降特点。当 R 为1.1，粘接强度最高，达到2.52 MPa。因为前者增大后，弹性体硬段含量等有了显著提升。应用于伸缩缝的聚氨酯密封胶，其模量较低，混凝土界面为高模量材料，因此双方界面显著差异，若是模量相近，对应的粘接力才越大。当R提升后，意味着弹性体中的活性基团—NCO 就会提升，于是界面粘接力提升[8-9]。R 由1.1提升至1.15，此时—NCO基团数量显著增多，于是和水分形成副反应，进而产生气孔，反而降低粘接力。《条件》对材料拉伸模量在常温条件下给予了规定，也就是不超过0.3 MPa（含），对上述结果进行综合，R 为1.05，可以获得更为良好的综合性能。

3 建筑混凝土桩基施工质量的控制方法

3.1 混凝土原材料质量的控制

因为混凝土制作厂家不同，再加上入场批次也有差异，即便是同批次混凝土在质量上也存在着一定差异。为此，在施工前需要对有关材料质量进行检查。由于混凝土在制作环节，含水量、碎石、水泥等用量不同，就会使得混凝土强度出现不同[10-11]。在具体生产环节需要对材料质量进行关注，并给出科学的控制机制，提升质量的稳定性。

3.2 施工企业“人”质量要素的控制

工程企业作为施工阶段的责任主体，施工方人员配置必须完全根据项目要求进行设置，此高层房屋建筑工程主要有机电施工员、造价员、土建施工员、项目经理、质量员、资料员、安全员等，都是需要有职业资格证才可以正式上岗；对于高层房屋建筑工程质量员的配置，要依据工作需要，满足工程作业最低人数，也要适当的添加配置。图1所示为施工单位人员配置。

在高层房屋建筑施工过程中，建筑单位可以引入奖惩制度来控制人员质量，更好地进行人员管控。对出现质量问题、质量事故等相关人员给予处罚，对控制质量、履行职责并取得成果的人员给予奖励；控制的详细方法及内容如图2所示。严格控制高层房屋建筑施工的各个阶段，加强对质量下降或隐蔽部位等关键点的平行检查和巡回检查的控制，从源头上控制高层房屋建筑工程的质量[12]。

3.3 施工阶段中孔径和孔位的控制

为了提升施工质量，在施工前就需要明确相应的固定测量管控点，并在施工环节对其进行校正与参考。开展桩位放线之际，需要在桩柱中心处配置木桩，并据此构建孔口护筒。随后在钢筋笼、钻孔环节需要基于护筒完成定位，确保孔口护筒位置不会变化，按照桩位定位钻机位置，然后保障钻杆具有垂直性，这也是开钻施工的重要前提。钻孔直径根据设计要求，需要稍大于10 cm，这样可以保障钢筋笼在后序下吊环节能够高质量实现。钻孔模式、进尺速度、施工模式等都会影响到桩基施工质量，需要根据现场地质情况明确科学的钻孔方案，主要涉及到回转、冲击等钻机，来完成钻孔作业。

为了规避钻孔作业导致混凝土产生过多沉积物，在钻孔作业之后需要及时清理孔内杂质[13]。通过钻头对孔内泥浆进行处理时，通常要将钻头置于距离底部1 cm区域，使之处于空转态，使得沉淀处于悬浮态，维持抽水量与供浆量的平衡。最后要对孔进行清理，同时还需要投入适当细石骨料，并将其压向钻孔底部。

3.4 混凝土桩基“整体工程”粘接

在混凝土桩基施工过程中，各种构建都需要提前定制，往往很难在现场进行浇筑，即便是现场浇筑，也很难一次性浇筑大型整体性结构，因为大体积混凝土工程，如桥梁码头、水库大坝等，都需要不同混凝土构件相互对接，从而使得工程形成规模较大的整体，而且在力学上还需要具有较高的稳定性。为此，混凝土桩基连接区域的整体性就需要得到严格的要求，这也是当前混凝土桩基础成为混凝土工程研究的焦点的具体原因。

以往主要是通过刚刚拌和的水泥砂浆与混凝土对已硬化的混凝土构件进行粘接，然而这种方式产生的粘接强度较低，往往不需要多长时间就会出现粘接脱落问题[14]。环氧树脂胶粘剂的问世，则对该问题进行较好的解决。通过对其粘接强度、抗拉强度进行测试，该胶粘剂在硬化的混凝土构建、水泥砂浆表面的粘接，即便是受到较大的载荷，胶粘剂层也具有完好性，这意味着环氧树脂胶粘剂有着较强的粘合性，而且经过测试，胶粘剂的粘合强度还高于混凝土材料的抗拉强度，能很好解决混凝土桩基相互之间的粘接问题，使得整体结构的稳定性更为显著[15]。

4 桩基问题处理基本原则

4.1 混凝土桩基事故处理方法

（1）接桩法。对高层房屋建筑工程进行施工之际，一旦形成成桩后，此时桩顶不能满足方案高度要求，就需要引入接桩施工方法。当前，成桩接桩法主要有2类：第1类就是成桩已经凝固，此时需要将完成浇筑的混凝土进行清理；然后再通过嵌入式接桩法进行处理，这种方式可以提升桩的牢固性[16]。第2类就是将混凝土之上的松散层、浮浆进行清理，确保上层干净，随后露出其中的钢筋，并对其进行清理干净之后，接着接长钢筋，并进一步浇灌混凝土，使得桩体的高度可以满足要求；

（2）补桩法。若是钻孔桩距过高，缺乏足够的承受力，对其上的载重量不能承受，那么就需要对桩基承台之间的不同桩进行补桩施工，提升其承载力；

（3）补强法。倘若桩基基身混凝土存在着松散桩、蜂窝状之际，就可以使用钻孔补强法。此时，也容易产生桩基强度不能满足要求，桩底沉渣过厚，这就需要运用高压注浆之法[17]；

（4）扩大承台梁法。若是承台梁断面宽度不能满足规范要求，就需要使用这种方法进行处理，不过此时需要对承台梁配筋进行高度关注，切实有效的提升桩基强度。

4.2 环氧树脂胶粘剂配制混凝土桩基施工时注意事项

不要选择在阴雨天进行施工，对环氧树脂胶粘剂进行调配之际，需要穿戴防护装置，如手套、口罩等，否则就容易受到固化剂的伤害，而且作业空间要有良好的通风，否则容易中毒。在调配之际，相关工具都需要确保干燥性，若是手指触碰到环氧树脂，就需要将其立即擦拭，接着通过肥皂、温水将其清洁；若是长期粘附在人体上，也会对身心健康带来不利影响。调配时所使用的稀释剂通常容易挥发，不能在火源附近作业，否则容易引起火灾。调配之际还需要严格按照相应比例进行，要做到细致，若是出现比例参数出现问题，胶粘剂就难以使用[18-20]。调配之后还需要立即盖上瓶口，消除挥发问题。调配所使用的工具，都需要在应用之后将其快速清洗，倘若放置时间长，就会使得胶水出现凝固，工具也难以使用。

5 结语

建筑混凝土桩基施工是一项系统性、复杂性工程，不仅涵盖工程施工与设计，同时还涉及到整个工程的各个方面。低模量聚氨酯弹性体材料粘接强度随 R 值增大而先增后减，拉伸弹性模量随 R 值大而提升，R 为1.05时综合性能最佳。采用聚氨酯类底涂剂处理混凝土表面后，粘接强度可达1.5 MPa 以上。桩基施工也是整个建筑项目的重要基础性工程，其质量的高低会对最终的建筑物安全性、质量都会带来显著影响。只有提前做好相关准备工作，对现场进行科学的地质、水文勘察，利用科学严谨的施工方案组织施工，才能有效提升桩基施工质量，进而对建筑工程质量提供基础保障。

【参考文献】

[1] 李人哲，钟源，关玲玲.轨道交通车辆用聚氨酯弹性胶黏剂 TVOC 综合评价方法研究（英文）[J].聚氨酯工业，2021，36（5）：45-48.

[2] 罗维刚，钞鑫，卢国文，等.聚丙烯纤维改性聚合物透水混凝土路面路用性能试验[J].建筑科学与工程学报，2018，35（6）：118-126.

[3] 张荣荣，苏会芳，张志新，等.建筑用弹性密封胶的选用[J].有机硅材料，2020，34（2）：59-62.

[4] 王建彬，姜文英，张永兆.低模量聚氨酯弹性密封胶与混凝土粘接性能研究[J].聚氨酯工业，2018，33（2）：28-30.

[5] 修福晓，刘鑫，王磊.碎石/聚氨酯透水路面影響因素研究[J].聚氨酯工业，2021，36（2）：32-34.

[6] 吴若冰，王熙.聚氨酯基道路修补材料的研究进展[J].材料科学与工程学报，2021，39（1）：164-166.

[7] 应国强，廖四萍，张倩，等.聚氨酯-沥青混合料层间黏结材料性能与选择[J].公路，2020，65（11）：335-339.

[8] 王晓磊，梁志权.内埋聚氨酯胶管混凝土自修复效果计算式[J].建筑材料学报，2020，23（4）：794-800.

[9] 李人哲，钟源，关玲玲.轨道交通车辆用聚氨酯弹性胶 TVOC散发速率研究[J].聚氨酯工业，2020，35（5）：45-48.

[10] 洪树强.高层房屋建筑工程施工质量控制技术探析[J].建材发展导向，2020，18（20）：63-64.

[11] 董洪静，谭德银，刘志军，等. CFRP-钢管混凝土桩基腐蚀特性试验研究[J].水运工程，2021（6）：26-32.

[12] 姜学洲.高桩码头混凝土桩基修复加固技术分析[J].绿色环保建材，2021（11）：3-4.

[13] 高晓晶，胡元潮，姜志鹏，等.输电杆塔混凝土桩基接地散流与结构优化研究[J].电瓷避雷器，2021（5）：115-122.

[14] 刘意成，胡洪国，施浩威，等.无溶剂聚氨酯胶粘剂研究进展[J].粘接，2018，39（8）：47-50.

[15] 王伟峰，沈婧，文静，等.不同粘接剂在氧化锆全瓷粘接中的应用成效对比[J].粘接，2019，40（10）：8-12.

[16] 赵以明.混凝土预制桩基施工技术与管理[J].砖瓦，2022（1）：156-157.

[17] 汪健江，雷文凯，郑其虎.桥梁工程钻孔灌注桩基础质量控制研究[J].四川建材，2022（7）：75-76.

[18] 万爱国.环氧树脂胶粘剂在建筑结构设计中的应用[J].粘接，2022，49（7）：41-44.

[19] 王金福.土木工程中大体积混凝土结构裂缝成因及技术优化[J].四川建材，2022（7）：184-185.

[20] 程志西.浅析房屋建筑主体结构工程质量监理控制要点[J].新型工业化，2020，10（9）：133-134.