使用化学浆液进行砼裂缝处理的新工艺

一、　简述
在砼施工中，伸缩缝、施工缝的渗水及温度应力裂缝的处理是一个世界性难题。为了最大可能减少砼施工过程中各种裂缝的发生，在现在砼施工过程中，我们尽管在其原材料的选用、施工工艺方面都进行了不断的研究和改进，然而并不能完全得到避免，如在长江三峡、黄河小浪底及万家寨等各大中型水利水电工程项目中，虽然采用了各种不同的施工工艺，有严格的质量保证体系和控制措施，但在砼施工中都不同程度的发现有各种裂缝的产生。
砼中产生的各种裂缝，不仅对其结构产生了不良的影响，还可能对整个建筑物产生直接的危害，特别是水工建筑物，由于砼中裂缝的产生，如对位于水下部分的裂缝，会造成水沿裂缝的渗漏，对水位线以上的裂缝，则会由于气温的反复变化，使裂缝中的毛细水对结构物造成进一步的损伤，从而可能造成结构物的破坏。
　　化学灌浆是砼缺陷处理的一项非常有效的施工方法。本文所述的化学灌浆方法，能够针对不同的裂缝类型，使用各自不同的处理工艺，不仅减少了施工过程中的劳动强度，更能够保证对缺陷的处理质量，缩短施工工期，降低处理的成本，从而获得良好的经济和社会效益。
二、 砼缺陷裂缝类型和渗水的原因
　　一般砼中出现的缺陷裂缝主要有：伸缩缝、施工缝、温度应力裂缝。
2.1　伸缩缝：它是根据结构布置、地质条件及施工布置，施工强度等在结构物中设置的横向缝，为满足结构变形的要求，缝面间一般不应有刚性填充物，仅在上游坝面附近设止水设施。在运行过程中，其渗水原因主要有以下两个方面：a、原施工过程中，由于各种原因造成止水片的破损；b、地下水沿止水片部位砼缺陷部位形成的绕渗。
2.2　施工缝：另一类渗水缝是砼的水平施工缝，其渗水的原因主要为，结合面未按要求进行处理，砼浇筑过程中结合面砂浆较少，且砼下料的高度较高，造成砼中的砂浆与骨料的局部分离，并且沿结合面部份区域振捣不足，而造成部分渗水通道。
2.5　温度应力裂缝：在砼中出现最多的裂缝就是温度应力裂缝，施工过程中由于基础温差和砼内外温差过大或由于其他原因产生的应力释放等是砼温度应力裂缝产生的主要原因。根据温度应力裂缝表现形式上的不同，温度应力裂缝可分为表面·、深层、贯通三种。
2.4　裂缝处理的一般原则
根据裂缝类型和所处位置不同，对其进行处理的方法也不同，对砼裂缝处理应遵循以下
原则：
　　a．表面有防风化、防渗、抗冲、耐磨要求部位的裂缝应进行表面处理。
　　b．减弱结构的整体性、强度、防渗性能和造成钢筋锈蚀的裂缝，要进行灌浆处理。
　　c．危及建筑物安全运行的裂缝，除采取灌浆处理外，必要时还应采取其他的加固措施。
　　d．对温度反映敏感的裂缝，应在低温季节后期裂缝开度较大时处理。
　　e．对活动性裂缝必须采用柔性材料进行处理。
三、 裂缝处理方案的选择与确定
3.1　伸缩缝灌浆方案
　　在小浪底工程中，处理伸缩缝渗水，曾先后采用了不同的处理方案进行处理，各处理方案结果如下：
　　a)水泥灌浆方案：试图通过在伸缩缝间注入水泥浆，而阻止地下水沿缝面渗漏，但由在伸缩缝间涂刷的泥清油膏等，造成灌入缝面内浆体不能与缝面砼直接结合，加之砼段随气温
的变化和影响，从而使水泥灌浆对其渗水道路的封闭很难保证。小浪底1#导流洞的部分渗
水缝段即按此法进行处理，但其处理效果极差。并且由于水泥灌浆需要较大的灌浆孔，钻孔施工辅助作业多，施工工艺性差，因此，水泥灌浆方法处理伸缩缝渗水其施工可靠性不能满足工程需要和工艺需要。
　　b)相嵌止水条方案，在原1#导流洞的施工处理中，对伸缩缝的处理，还采用了在环间裂缝上相嵌膨胀止水条的方案，其做法为：沿渗水缝面切割砼约宽为5em，深约10em的方形槽，然后在槽内放入5X 5em的膨胀式止水条，并随及使用C80水泥砂浆进行封闭，止水条遇地下水后，模向膨胀，形成止水，从而防止地下水的渗透，施工实践表明：其效果较差，工程运行中在高压力的地下水压力和过流时的高速下泄水流的双重作用下，相嵌的c80水泥砂浆极易脱落，从而对衬砌洞壁产生新的损伤，并且其施工工艺性能极差，施工过程中劳动强度大。l#导流洞中局部伸缩渗水缝即按此法进行处理，但经过在较低水位简短泄流后检查，发现其相当部位的c80水泥砂浆相嵌体脱落，止水胶条失效。因此此种方法不适用于具有高地下水压力和高流速过流表面的渗水裂缝处理。
　　c)以上两种处理方法，均在伸缩缝面间嵌入了刚性填充体，使缝面丧失了允许结构伸缩
变形的功能，可能对建筑物的安全运行造成潜在危害，并且在结构物经过外界温度变化的影响，很容易使填入体损坏，经过对已实施的方案和结果的研究分析，针对砼伸缩缝结构特点和渗水情况，决定使用化学浆材进行灌浆处理，其方案如下：沿伸缩缝钻斜交孔，使灌浆孔绕过上层止水带，与伸缩缝相交，使用较低的灌浆压力灌注化学浆液。其布置见附图。化学灌浆材料选用KLY-G3聚氨酯堵漏剂，利用该堵漏剂遇水膨胀、固化的原理，在止水带间形成弹性充填垫，以达到止水目的。由于化学灌浆浆材的粘度小，可灌性高，能够容易的灌入出现的砼缺陷部位。灌浆泵采用局科研所生产的轻型化灌泵和进口电动泵。
3.2　施工缝和温度应力裂缝灌浆方案
　　与伸缩缝的处理相似，对砼上出现的施工缝和温度裂缝，曾使用传统的方法，对其进行切槽填缝和埋设灌浆盒，采用磨细水泥与普通环氧浆液灌浆，但其效果均较差，并且由于封缝操作，对原砼结构造成了新的损伤。为此我们根据其裂缝较细和渗水相对较小的特点，经多次试验，确定采取打斜孔(灌浆孔深根据裂缝类型、深度确定，其与缝面相交一般不少于裂缝深度的一半)、使用较高的灌浆压力进行高压灌浆的方法进行施工，最大灌浆压力约为砼抗压强度的1/10。灌浆材料据现场每条裂缝的渗水量情况而定，分别采用KLY-G#聚氨酯堵漏剂和改性环氧树脂系统浆材，渗水量较大的采用KLY-G3聚氨酯堵漏剂，堵漏原理与伸缩缝相同；渗水量小和干缝以及需要补强的裂缝采用KLY-G1系统。
四、 新灌浆工艺的特点
　　传统灌浆工艺流程：施工准备→查缝定位→布孔、钻孔→清孔→凿槽→安装灌浆管、贴盒→封缝→试气补漏→现场灌浆→缝面处理→验收
新的灌浆工艺流程：施工准备→查缝定位→布孔、钻孔→清孔→安装灌浆塞、连接灌浆泵→灌浆→清理施工现场→验收
新的灌浆工艺针对传统灌浆工艺效率较低、工序较多、在处理细微裂缝时需凿槽与封缝、容易对原砼结构造成损伤，并且灌浆压力偏小、处理后的裂缝不美观等缺点的基础上对灌浆工艺上作了大量改进：
4.1　灌浆塞
采用利用膨胀原理加工而成的膨胀型灌浆塞，替代了需用环氧砂浆固定的灌浆塞，能够有效的避免用环氧砂浆固定灌浆塞过程中对灌浆孔的堵塞。并且在膨胀型灌浆塞内部设有两道单向阀，灌浆结束后，单向阀能够有效的防止灌入的浆材倒溢，保证了灌浆的质量。
灌浆塞经独特设计，它由塞体和灌浆杆两部分组成。塞体所需钻孔孔径为ф18mm。
4.2　钻孔
采用进口电锤钻孔，最大孔深达85cm，孔径范围ф10～ф50，替代了风钻钻孔，减少了钻孔的辅助工作量，简化了施工工艺。
4.5　灌浆泵
采用德国产1750型灌浆泵，替代了手压灌浆泵，减轻了劳动强度，并且由于此灌浆泵具有较高的灌浆压力，从而使进行高压灌浆能够得以实施。
灌浆泵性能参数表
设备名称　　　　　　　　　　 电动泵
功率(kW)　　　　　　　　　　　 1.5
最大压力(MPa)　　　　　　　 24(可调)
最大流量(1/min)　　　　　　　　 3.2
备　　注　　　　　　　　　与灌浆塞用高压管联接

五、 灌浆材料
5.1　灌浆材料的选用
灌浆浆材选用的原则为：具有较好的可灌性，粘度小、环保无毒并且能够满足结构物缺陷处理的需要，经反复试验，选用材料如下表。
灌浆材料选用表
裂缝类型
伸缩缝
施工缝
渗水)
细微裂缝(渗水，
缝宽小于0.2mm)
无渗水缝(施工
缝、细微裂缝)

新施工工艺
KLY-G3
KLY-G3和KLY-G1
KLY-G3和KLY-G1
KLY-G1

传统施工工艺
HW+LW
HW-~-LW和EFA
HW+LW和EFA
EFA

5.2　灌浆用材料及相应指标
指标
KLY-G3
HW+LW
EFA系统

粘度(厘泊)
40～80
60～80
1.1

比重(g／cm3)
1.1
1.1
1.03一1.07

粘接强度(MPa)
1～1.8
0.7—1.7
1.7—1.9

抗压强度(MPa)
　　　 80~100

抗压强度(MPa)
　　　 12.5~14.8

抗渗
S15
S15
S15

伸长率(％)
300
273
　　
膨胀率(％)
≥350
300
　　
毒性
聚合体无毒
聚合体无毒
聚合体无毒

特点
遇水发生固化反应，固化时间可用阻聚到在十几秒至几分钟之间可调。固结体有较好的弹性，失水收缩遇水膨胀。
双组份材料，遇水发生固化反应，固化时间也可在十几秒至几分钟之间可调。固结体有较好的弹性，失水收缩遇水膨胀。
可根据裂缝类型，配制相应浆液。适用于潮湿缝灌浆。这种浆材亲水性较好，固结体强度高，即有堵水功能，又有补强效果。

优缺点
单组份材料，打开即用，渗透力强。
现场两种材料需混合，粘度较大，渗透力较YN小。
渗透力强，粘度小，强度高，适用于细微裂缝。

5.3　EFA系统材料性能
材料性能与各因素关系曲线如下所示：
二乙烯三胺加量与固化时间关系曲线：　　　　　　　
　　　　　
　温度与固化时间关系曲线：

环氧树脂粘度与固化时间关系曲线：

环氧树脂粘度与时间关系曲线：

环氧脂粘度与时间关系曲线：

六、 钻孔灌浆工艺
6.1　钻孔：采用进口电锤和Ф20的钻头钻孔。最大钻孔深度：
85cm。　　
伸缩缝钻孔：距缝0．3m，钻60˚斜孔至上、下止水之间，孔深以过缝5cm～10cm最佳，开孔位置和孔斜避开上层止水，孔距1．5—2．0m。
施工缝和细微裂缝钻孔距缝10cm，钻60˚斜孔，孔深30cra，孔距0．5～0．8m。
6.2 灌浆：
灌浆顺序自下而上、由低向高，单孔逐一连续进行。
6.3 灌浆压力及结束标准：
a　伸缩缝灌浆压力及结束标准：
灌浆时利用上层止水片出浆，灌浆开始时控制压力及进浆率，等绕过上层止水漏出的浆液初凝后，提高灌浆压力至1．0Mpa，持续灌浆20min后即可结束灌浆。
b　施工缝、细微裂缝灌浆压力及结束标准：
由于上述两种裂缝较细，灌浆开始时控制压力和进浆速率，逐渐提高灌浆压力(一般不大于砼抗压强度的10％)至缝面出浆后，保持10min即可结束本孔灌浆，改灌相邻灌浆孔。当
相邻孔灌浆后，缝面出浆不能连通时，应在两孔间补孔。
6.4　所有孔灌浆结束后，使用环氧沙浆进行封孔。
七、 运用效果分析
通过我们在长江三峡，黄河小浪底，万家寨等工程项目中，使用上述方法，针对不同的裂缝类型进行灌浆处理后，未发现任何渗漏痕迹，从处理的裂缝的结果看，所采用的处理方法是成功的，所选材料是适合的。针对施工缝和温度裂缝，这种施工方法改变了以往传统的凿槽→埋管→封缝→灌浆的灌浆工艺。提高了灌浆效率4~5倍。根据我们在工程施工过程中做的对比试验，新方法克服了传统工艺对裂缝处原状砼的破坏和细微裂缝因手摇灌浆泵压力过低、进浆量小处理结果差等缺点。在材料的选用上，对渗水较小的细微裂缝采用KLY-G1环氧树脂浆液，该浆液粘度小，可灌性强，具有堵漏和补强两种功能。在伸缩缝灌浆材料的选用上，首次采用KLY-G3堵漏剂，该材料是单组份材料，与LW和Hw相比施工较方便，且膨胀率大、密实性好、粘度较小，可灌性强，与水反应时间可调，在施工中可根据渗漏量大小在KLY-G3中加入阻聚剂调整与水反应速度，可满足各种裂缝的灌浆需要。特别是对伸缩缝的处理，由于固化体具有弹性变形的特点，不会改变伸缩缝的使用功能。
通过灌浆成果分析，可以看出，伸缩缝灌浆时，由于电动泵进浆率高，在相同压力情况下，单米吃浆量较手动泵大，单米耗时电动泵比手动泵少用时5分钟。由此可见，在提高工效的情况下，由于电动泵吃浆量大，材料消耗太大，多数浆液从缝中漏掉。针对上述情况，电动泵在后期伸缩缝灌浆施工中，采用单孔间断灌浆，使浆液在缝中有足够的固化反应日引司，减少了二次进浆量，单米吃浆量明显的下降，降低3％左右，基本上解决了材料的浪费问题。相对用传统工艺处理伸缩缝灌浆，材料单米消耗多出40％，但工效却提高4~5倍。

温度裂缝和施工缝灌浆时电动泵和手压泵单米吃浆量差别不大，单米灌浆历时平均相差4倍。由于手动泵灌浆压力过小材料扩散半径也相对较小，单米钻孔和灌浆塞消耗相对电动泵多出1倍左右。由此可见，电动泵在工效上和材料消耗上都优于手动灌浆泵，与传统工艺相比较，材料消耗多出30％左右，但由于电动泵灌浆压力大，材料扩散半径相对也较大，灌浆质量相对较好，工作效率提高5～6倍，取得了较好的整体效益。新的灌浆工艺整体上优于传统灌浆工艺，基本上可满足各种裂缝的处理要求，便于在施工中推广。
实践还表明：较高的灌浆压力，有助于对细小裂缝的处理，只要灌浆压力合适，并不会对砼造成新的破坏。
八、 应用前景
化学灌浆是砼缺陷处理的一项非常有效的施工方法，它不仅能够在水利水电等工程中得到应用，而且广泛的应用于房屋、交通运输等结构缺陷的处理，前景广阔。新材料、新工艺和新设备的采用；，大大地提高了工作效率，缩短了工期，降低了处理的成本，具有良好的经济和社会效益。
此方法在施工过程中，能够针对不同的裂缝类型，选用不同的化学浆材和相应的施工工艺，使灌浆效果完全能够满足规范的要求。此方法工艺先进，操作简便，施工进度快，对各种缝面的处理质量优良，便于施工中的推广运用。