论化学灌浆在混凝土裂缝处理中的应用

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摘 要:混凝土的裂缝是一个普遍存在而又难于解决的工程实际问题,对化学灌浆法处理混凝土裂缝施工工艺进行了分析,并对工程建筑中混凝土裂缝采用化学灌浆法处理进行了探讨。

关键词:化学灌浆;混凝土裂缝;化学灌浆材料;防渗止水;结构补强

中图分类号:TU

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)09-0314-02

1 引言

混凝土建筑物裂缝是导致工程建筑物损坏的主要原因。混凝土裂缝产生的原因很多,有变形引起的裂缝:如温度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因引起的裂缝;有外载作用引起的裂缝;有养护环境不当和化学作用引起的裂缝等。

2 化学灌浆在对裂缝处理前期准备工作

2.1 裂缝的分类处理

Ⅰ类:表面缝宽δ

Ⅱ类:表面缝宽0.2mm≤δ

Ⅲ类:0.3mm ≤ 表面缝宽δ

Ⅳ类:表面缝宽δ>0.4mm,缝长L≥400cm,缝深h≥200cm或基本将结构裂穿(大于2/3结构厚度)。

化学灌浆主要用于Ⅱ类～Ⅳ类裂缝处理,Ⅲ类～Ⅳ类裂缝,除进行化学灌浆处理外,还需进行补强加固处理。

2.2 裂缝处理的机理

结构补强主要以“灌”为主,要求化学灌浆后其抗压、抗拉、粘结、抗老化等性能指标符合技术要求。

2.3 裂缝的检查

混凝土裂缝检查采用外观普查、钻孔压水(压风)检查和超声波检查相结合的综合检查方法,检查项目包括缝宽(表面缝宽)、缝深、缝长、裂缝方向、所处部位、及缝面是否渗水、溶出物等。

(1)外观普查。

先用人工对混凝土裂缝发育情况进行仔细检查,逐一编号,并做好标记,再用读数放大镜、赛尺和米尺等测缝仪测量裂缝宽度长度 ,对其产状进行素描并绘制成图表。

(2)钻孔压水(压风)检查。

对一般裂缝,可采用钻孔压水(压风)法检查裂缝深度,沿裂缝走向每隔2m～3m,在裂缝一侧或两侧以不同倾角打斜孔穿过缝面(穿过缝面不小于 0.2m),进行钻孔压水(压风)检查。钻孔直径为56mm。对于干缝采用压风检查,风压0.15MPa ～0.2MPa;对于湿缝,采用压水检查,压水压力0.2MPa～0.25MPa。压水(压风)压力可根据现场情况进行调整。若压水(压风)裂缝表面出水(风),说明钻孔过缝且缝深大于钻孔穿过缝的垂直深度;若出现表面无水(风)冒出的钻孔。则基本认定此时斜孔与缝的交点至混凝土表面的垂直距离即为裂缝深度。压水(压风)过程中,应密切注意钻孔与缝面连通情况及外漏情况等。

(3)超声波检查。

对于初步判断为深层或贯穿性的裂缝,应布置2～3组钻孔进行超声波检查裂缝深度,每组为2个检查孔,分布在裂缝两侧,距缝80cm～100cm,钻孔孔径根据超声波探头大小确定,一般应不小于56mm。对于平面裂缝,检查孔为垂直孔,对于侧(立)面裂缝,检查孔应布置成向下倾斜10°～15°的斜孔,以保证钻孔内能注满清水,满足检查时超声波的发射、传导和接收要求。

2.4 检查成果资料

各部位的混凝土裂缝经检查后,要求准确提供正式成果资料,检查成果应包含(但不限于)以下内容:

检查方法及工艺的详细说明;

裂缝分布图;

裂缝产状说明表,包括裂缝宽度、深度(注明检查方法)、长度,以及检查过程中有无掉钻、卡钻情况,压水(压风)过程中外漏情况等特殊情况的说明。

3 化学灌浆施工

3.1 化学灌浆材料的选用

化学灌浆材料品种较多,性能各异。理想的化学灌浆材料其一般性能应符合下列要求:

(1)浆液稳定性好,常温常压下能存放一定时间;

(2)浆液是真溶液,粘度小,流动性、可灌性好;

(3)浆液固化时间可按需要进行调节和控制;

(4)固结体的耐久性好,不受温度等条件影响;

(5)浆液在固化时收缩率小或不收缩;

(6)固结体有良好的抗渗性能;

(7)固结体的抗压、抗拉强度高,与被灌体有较好的粘接强度;

(8)浆液绿色无毒无污染。

目前应用于混凝土裂缝处理的化学灌浆材料可分为两大类:一是防渗止水类,有水玻璃、丙烯酸盐、水溶性聚氨酯、弹性聚氨酯和木质素浆等;二是加固补强类,有环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、非水溶性聚氨酯浆等。

一般宽度大于0.2mm的裂缝采用聚氨酯浆材进行灌浆处理;小于0.2mm裂缝采用环氧树脂胶封缝(对于干燥缝:采用改性环氧树脂基液封堵;对于潮湿缝:尽可能采用水溶性聚胺脂灌浆。

3.2 灌浆温度

在对混凝土裂缝进行化学灌浆时温度易在15-20℃左右。

3.3 灌浆工艺和流程

(1)缝口打磨。

沿裂缝走向用砂轮将结构表面打磨平整,打磨宽度为裂缝两侧各8cm,打磨长度应磨至裂缝端部后再延长50cm。

(2)钻孔。

根据裂缝压水(压风)和超声波检查情况,通过对混凝土裂缝实地调查和分析,对灌浆孔的布置进行详细设计。化学灌浆孔和水泥灌浆孔在钻孔方面差别不大灌浆孔位与设计孔位的偏差值不应大于 10cm,孔深应符合设计规定。考虑到小口径钻孔的进尺快,灌浆时孔内占浆少,可有效降低施工成本,在满足正常灌浆的前提下,采用较小的灌浆孔孔径,孔径宜在10mm～20mm范围。

钻孔有骑缝孔和斜孔两种形式,布置要求如下:

①当裂缝深度不大于1.0m时,一般采用骑缝孔,骑缝孔钻孔深度15cm～20cm,钻孔间距30cm～50cm,在钻进过程中,应密切观察裂缝缝面的走向,顺缝面钻进。

②当裂缝深度大于1.0m时,采用骑缝布孔和斜孔结合布置,斜孔深度应穿过裂缝缝面至少20cm,当裂缝深度较深时,斜孔可分浅孔、中孔、深孔等多层布置,以保证浆液均匀填满缝面灌浆,斜孔倾角45°～60°,孔斜误差不大于2°。钻孔过程中可以通过压水或压风检查钻孔是否已穿过裂缝缝面。

③在进行裂缝检查的部位,具备条件的前期裂缝检查孔可作为灌浆孔,为减小灌浆量,孔内可放置一根短钢筋。

(3)裂缝清洗。

钻孔完毕,将冲洗枪头(枪头管径不宜超过钻孔孔径1/2)插入孔底采用高压水和无油高压风轮换冲洗,吹净孔内粉屑。考虑到固结化学灌浆材料主要是环氧树脂类材料,在无水或少水的情况下可获得更高的强度,从而保证灌浆质量,故规定如采用环氧树脂类材料作为灌浆材料时,宜以压丙酮代替压水。

(4)灌浆嘴埋设及缝口封闭。

将灌浆嘴埋入灌浆钻孔,吹干裂缝表面灰尘后,采用环氧胶泥对灌浆嘴周边和裂缝表面进行封闭,确保灌浆时浆液不外漏。

(5)压水压风检查。

逐孔进行水、风轮换冲洗,查明管道畅通、缝面外漏情况,若有外漏应及时处理,灌浆前用无油高压风吹尽孔、缝内的积水待灌。

(6)灌浆。

进行化学灌浆时,浆液温度应根据选定的灌浆材料确定,浆液温度应有利于延长其凝结时间、降低浆液粘度,并不得高于20℃。灌浆压力采用0.2MPa～0.3MPa。灌浆压力应逐级升至设计压力值。灌浆顺序按“自内而外,自下而上,由一端至另一端”的原则有序进行,以单孔或多孔并灌的进浆方式进行,灌浆压力不得超过设计压力,灌浆结束标准为孔内不吸浆,屏浆20min结束。

(7)表面处理。

灌浆完成后,割除外露灌浆嘴(割除部位在结构表面以下1cm),灌浆嘴管口涂抹环氧胶泥封闭,然后将结构表面打磨平整,以满足相应部位结构平整度要求。

3.4 特殊情况处理

在对混凝土裂缝进行化学灌浆时,常出现冒浆、漏浆、串浆、中断、孔口涌水、灌浆压力或注入率突变等特殊情况。对此,许多工程中采取了先迅速降压的方法处理,低压灌注一段时间后,如果注入率变化不大或继续增加,则采用改变浆液配比、低压长时间灌注、间歇等措施。

3.5 灌浆效果检查

灌浆效果检查采用钻孔取芯和压水试验的方法进行。对芯样进行外观检查外,确认裂缝是否已灌填密实;压水孔可结合取芯孔进行,也可单独钻孔,压水检查压力0.2MPa,合格标准为:透水率不大于0.1Lu。检查以抽检形式进行,检查不合格的部位应进行补灌。

4 影响化学灌浆效果的因素

影响注浆效果的因素有:化学灌浆施工方法、注入压力、浆液、凝胶时间等多种因素。对于同一裂缝在已确定灌浆材料的情况下,注入压力、孔距、注浆量成为注浆设计的重要因素。4.1 孔距

浆液的扩散半径与浆液的流变特性、胶凝时间、注浆压力,注浆时间等因素有关,在地层均匀的情况下,按照理论公式计算。但在实际中,由于影响因素太多,理论计算的扩散半径与实际相差太大。在有条件下,可进行单孔注浆试验。

注浆范围和注浆半径确定后,就可以确定孔间距。确定孔间距进,既要考虑最大限度地发挥每个注浆孔的作用,减小工程造价,又要考虑孔与孔之间的相互搭接,达到均匀受浆。对于加固注浆一般采用等距布孔,梅花型布置。孔间距一般为0.8R(扩散半径),排间距为孔距的0.87倍。在砂性土层渗透,孔距取0.8~1.2m;在粘性土层,注浆孔间距取1.0~2.0m。

4.2 注浆压力

注浆按压力分为静压注浆和高压喷射注浆。后者的压力较高,一般在20~70MPa之间,而静压注浆压力较低,注浆压力随着浆流遇到的阻力增大而升高,浆液注入后为流动状态。通常所说的注浆就是指静压注浆。注浆压力控的好坏是注浆成败的关键。一般在处理混凝土裂缝施工时压力采用0.2~0.3MPa。

4.3 注浆量

注浆量的计算应考虑注浆类型、岩土的孔隙率和裂隙率,浆液完填程度,注浆量的理论计算方法针对不同的注浆类型和注浆地层而不同。比较合理的办法是在现场通过观测到的注浆压力的变化来决定注浆量。

4.4 灌浆设备

化学灌浆的设备至少包括,注浆管;钻孔机;注浆用泵或空压设备及止水设备,制备和储存浆液的容器等。

5 结语

化学灌浆法是化学与工程相结合,应用化学科学和化学浆材解决混凝土裂缝处理(加固补强、防渗堵漏),保证工程的顺利进行或借以提高工程质量的一项工程技术。对混凝土裂缝采用化学灌浆法进行处理,不仅能打破水泥灌浆处理裂缝的局限而且能够取得良好的效果。随着化学灌浆技术的发展和进步,化学灌浆成为现代工程中处理混凝土裂缝一项先进技术。然而我国至今还没有一部全国性行业标准和化灌施工规程、规范,应立即着手进行制订。

参考文献

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