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    化学灌浆技术的特殊性
2012-5-19  点击次数:210  双击自动滚屏,单击停止
化学灌浆由于其特殊的性能,在工程建设中运用的越来越广泛,同时,由于人们对灌浆材料的环保性、耐久性等问题的疑虑,影响了领导部门和设计院的决策。为了推动化学灌浆的应用,本文从化学灌浆技术的特殊作用和效果,阐述了化学灌浆在特殊领域应用的必须性,通过对化学灌浆特性的解释,力求澄清人们对化学灌浆的疑虑和误解,以期促进化学灌浆的应用和发展。
关键词:化学灌浆、防水、堵漏、加固、耐久性
 
1、化学灌浆的特殊性
1.1、      化学灌浆材料的通性
第一、良好的渗透性和扩散性:化学灌浆材料是由化学材料配制而成的真溶液,在使用的过程中,无颗粒,无沉降现象,此特殊性是其区别于水泥基颗粒性灌浆材料显著的特点,这种特性使其灌入地层或缝隙内时,具有更好的渗透性能和扩散性能。
第二、良好的可控性能:化学灌浆材料由化学材料配制而成,其胶凝特性、物理力学性能等特性可通过调整各组份的配比来调节,此特性比水泥基灌浆材料更容易控制,且更容易精确的调整;通过各组份的化学反应以及和其它材料的复合反应,凝胶时间长短可精确调整。
1.2、      化学灌浆材料的差异性
   
  化学灌浆材料的差异性能主要是其固化特性不同及固化后的物理力学性能的不同,具体表现在抗压强度高低的不同、粘接强度的不同、刚性材料与弹性材料的不同等,这些性能的差异,决定了在工程建设的不同场合,根据不同用途,应该选用不同的化学灌浆材料。
2、学灌浆材料的特殊的功能,使颗粒灌浆材料不易解决的工程问题得以轻易解决
  在建筑工程中出现越来越多以前很少遇到或无法解决的问题,化工工业的发展,化学灌浆工艺的不断成熟,使很多人们以前难以解决的问题能够得以解决。例如基础的补强,基坑支护的堵漏,地下室、堤坝的防渗堵漏,混凝土构件的补强加固等,均可采用化学灌浆的工艺,并可以取得很好的效果。
2.1、化学灌浆在加固领域的应用
2.1.1、化学灌浆在永久工程加固中的应用
  采用灌浆方法进行工程加固是普遍的手段,加固常用的灌浆材料是水泥基灌浆材料,但是,由于水泥基材料属颗粒性灌浆材料,因此,作为渗透性灌浆材料,只能应用于孔隙较大、裂隙较宽的场合,当可灌性达不到要求时,人们不得不采用一些物理方法来达到加固目的,包括劈裂灌浆、压密灌浆、高压喷射灌浆、深层搅拌等,虽然这些方法得到了广泛的应用,并且取得了很好的加固效果,但是,由于施工工艺、施工设备的限制,加之水泥基灌浆材料的物理力学性能应用于某些加固工程时,达不到预期效果,化学灌浆的特殊性能和效果,决定了采用化学灌浆材料加固的必须性。

(1)、结构性混凝土裂缝的灌浆加固

  混凝土裂缝随处可见,是建筑物的主要病害之一。由于裂缝的存在,可能导致渗水、冻融、混凝土侵蚀、钢筋锈蚀以及混凝土碳化等一系列问题,影响建筑物的耐久性甚至影响建筑物的正常使用,应及时进行修补、加固处理。处理混凝土裂缝常用的方法是灌浆法,因为灌浆法与表面处理法具有根本的区别,前者是表里兼治的方法,而后者则是仅仅治表,没有治里。所以,加固结构性混凝土裂缝时,首先应该选用灌浆法进行处理,然后再进行涂抹或碳纤维加固等其它表面处理的方法。采用灌浆法处理混凝土裂缝时,首先要求加固材料具有一定的强度,且对混凝土具有很好的粘接性能,而关键的还是灌浆材料在裂隙中的渗透性能,而粘接性能和渗透性能是水泥基灌浆材料很难达到的,而环氧类和高强聚氨酯类化学灌浆材料,却很容易的满足所有要求,例如环氧类灌浆材料对混凝土的粘接强度大于混凝土的抗拉强度,并可以根据要求配制出和混凝土强度相当甚至更高抗压强度的化学灌浆材料。因此,采用化学灌浆法进行结构混凝土加固成为必然的选择,此种情况存在于水工建筑物、工业及民用建筑物等,具有普遍的代表性。

(2)、混凝土微细裂缝的加固处理:混凝土微细裂缝的存在,破坏了混凝土结构的完整性,影响混凝土的耐久性,此类需要处理的裂缝包括施工冷缝、施工结合缝,深度较深的、贯穿性的温度缝、龟裂缝等,这些裂缝因为较窄,只有溶液性的化学灌浆材料才能够渗透。具代表性的是水工混凝土的施工冷缝,大多发生在早期大坝,贯穿于上下游,渗漏量虽小,但主要是冬季容易造成冻融破坏,此种裂缝,既使是溶液型的化学灌浆材料也要采用粘度极低的灌浆材料,在较高的压力情况下,进行长时间的渗透灌浆,才能达到目的,而水泥类颗粒材料是根本无法灌入的,此类裂缝的防渗、加固,采用化学灌浆手段才是惟一的方法。

(3)、特殊地基问题的解决:细微裂隙及透水性较小的断层破碎带、泥化夹层等,采用水泥灌浆进行处理时,水泥浆“失水回浓”,达不到防渗标准和地基应有的抗剪强度,但是,采用高压化学灌浆,通过渗透、劈裂、挤密等共同作用,防渗加固效果良好,采用化学灌浆方法,解决特殊地基问题,已经在国内外多个工程中得到应用。

2.1.2、化学灌浆在临时工程加固中的应用

  化学灌浆在临时加固工程中的应用主要是地下工程的开挖、基坑开挖过程中的加固,通过对粉细砂地层、砂层的固结,提高地层的支护能力,较喷射灌浆、深层搅拌等施工方法,具有施工简便等特点,适用性强。例如,在地下开挖的过程中,采用水玻璃浆液进行预注浆加固处理,即可达到支护要求,又由于固结强度不高,有利于工程的开挖,比水泥基高压喷射灌浆、深层搅拌形成的固结体,优越性能显而易见;又如,在基坑支护开挖的过程中,发生涌砂、涌水现象,采用化学灌浆法进行处理,已经在很多的工程实例中获得成功,这同样要归结到化学灌浆材料良好的渗透性及可控制性。
2.2、化学灌浆在防水、堵漏领域的应用

2.2.1、细微裂隙的渗漏处理、混凝土微细裂缝的渗漏处理

  在细微裂隙及透水性较小的断层破碎带、泥化夹层等的处理过程中,水泥浆很难注入,达不到防渗标准,而采用丙凝、丙烯酸盐、环氧树脂等低粘度化学灌浆材料,则可以较好解决了类似的疑难问题。如坝基基础、施工冷缝、隧道和地下巷道的渗漏等。

2.2.2、砂层、粉细砂层的防渗处理
  由于特殊的地域条件,我国西南、西北等地区的许多待建或在建的工程位于深厚覆盖层上,有些工程覆盖层甚至深达几百米,当覆盖层很深而不便挖除或挖除很不经济时,应采用灌浆法、防渗墙或类似于混凝土防渗墙的混凝土灌注排桩来进行处理。根据目前的施工工艺,100m以内的防渗,可以通过防渗墙进行有效的解决,而超过100m的覆盖层,从经济角度考虑,采用灌浆法是目前比较可行的防渗手段。覆盖层灌浆常用的浆材是颗粒性水泥粘土浆,对砂层、粉细砂层是无法灌进的,当此种地层很深时,采用高压喷射灌浆或深层搅拌等工艺也无法完成,采用化学灌浆,就成为此种地层防渗处理的有效手段。例如,下坂地水利枢纽工程,冰碛层厚度80~148m,岩性复杂,结构松散,有大孤石及块石架空现象,并含有易液化的透镜体夹砂层。通过试验证明,存在的砂层透镜体、细砂夹块石地层的钻灌施工,平均单位干料注入量仅10~120Kg/m。为此采用了适当加大灌浆压力的方法进行灌浆。边排I 序孔灌浆压力由原设计1.5Mpa,提高到2.0~2.5Mpa,高提升到3.0MPa,平均单位干料注入量增大到120~1060Kg/m,但是仍远远小于其它地层的注入量,且由于采用的是全孔灌浆,也存在其它位置劈裂的可能性。实际上,对密实砂层的颗粒性材料灌浆,只不过是一种劈裂、压密的过程,很难形成完全的防渗体,要彻底防止此种砂层的渗漏,采用溶液性的化学灌浆,才是解决此类问题的根本办法。

2.2.3、变形缝、伸缩缝渗漏的处理

  对于混凝土活缝和工程伸缩缝止水、变形缝破坏的修补,需要具有弹性的材料,通常采用锚固橡胶板或灌注弹性密封材料的方法,由于水泥基的灌浆材料不具有伸缩缝应有的弹性,所以,不应应用于此类缺陷的修补,但是,采用具有优异变形能力的丙凝、丙烯酸盐、水溶性聚氨酯、弹性环氧灌浆材料,较采用锚固的方法,具有施工方便,有效等优点,应该优先考虑。

2.2.4、大漏量、高流速水流防渗堵漏处理
   
  对于大漏量、高流速水流的渗漏封堵,需要凝胶快的堵漏材料,采用水泥水玻璃双液灌浆、丙烯酸盐水泥双液灌浆,凝胶时间可调节到短短几秒,并具有一定强度,能抵御一定水流的冲击,并可控制灌浆的范围,在达到堵漏目的的同时,节省很多的灌浆材料和时间。

3、化学灌浆的缺陷

  化学灌浆与水泥灌浆相比,其缺点包括:施工不便,需要较多的辅助材料及设备、需要较专业的施工人员、造价高、耐久性差、有一定毒性及对环境有一定影响等。这些问题,随着化学工业的进步,灌浆技术的提高,正在逐步得以改善和解决。例如,相继开发出的低毒性环氧浆材、取代丙凝的低毒丙烯酸盐浆材等。但是,有时人们会因某些材料的毒性、某些工程的失败,而否定化学灌浆技术,产生片面的甚至错误的结论,从而对化学灌浆产生误解。

4、影响化学灌浆进一步推广的因素

4.1、化学灌浆材料的毒性及对环境的影响
   
  长期以来,人们接触到的无机材料大多无味、易清理,由于多数化学灌浆材料存在刺激性的气味,粘在身上,又不容易清除,因此,平时对化学材料不太了解的人们,在听到化学物质泄漏引起伤人事件,化学武器的威力无等消息时,通常会联想到,化学的东西肯定有毒,因此,对化学的东西会产生恐惧心理。殊不知,我们现在已经生活在化学品世界中,想一想我们吃的食品、喝的饮料中含有化学添加剂,我们用的塑料制品等等,很多都是由化工材料合成的。同样化学灌浆材料中,环氧类材料,已经大量应用于与饮用水有关的玻璃钢内衬储水池,聚氨酯类生产的海绵制品,与人们也早就亲密接触,有代表意义的是“丙烯酰胺”(丙凝)制品在注射式丰胸上的应用实例。目前在注射式丰胸手术中被广泛使用的材料是“聚丙烯酰胺水凝胶”。人们在评价此种材料时说:这是一种由碳、氢、氧、氮四种元素组成的合成物,其形态稳定,不会被人体直接吸收,术后乳房终生不变形,不萎缩,不老化,对人体无毒副作用。它首先在欧美发达国家流行开后,迅速传入我国,目前已获得包括我国在内的多个国家发明专利。其代表产品,进口为乌克兰生产的“英捷尔法勒”,国产为吉林富华生产的“奥美定”。针对聚丙烯酰胺凝胶产品在使用中出现的问题,国家药品监督管理局开展了多方面调研,多次组织有关专家进行论证,没有发现产生毒副作用,产生的不良反应,可能的原因是手术技术问题,为此,国家药品监督管理局特发出紧急通知:自2003年1月1日起,注射式丰乳材料——亲水性聚丙烯酰胺凝胶,将只限在具有整形外科手术条件的三甲以上医院使用。从这个实例,加之我们已经广泛应用的环氧类、聚氨酯类等高分子聚合物聚合后是无毒的,并且,性能是非常稳定的,也就是说,聚合后的聚合物对环境没有影响。而我们所要做的,就是要在聚合物聚合前减少聚合物单体的扩散,同时在使用中,避免和有毒单体的直接接触,此外正确认识化学品的毒性也很重要。拿我们目前认为毒的化学灌浆材料“丙凝”来说,“丙凝”的主要原料是丙烯酰胺,是生产聚丙烯酰胺的原料,动物试验证明丙烯酰胺具有致癌作用。2002年4月,瑞典科学家发现某些食品经高温烹制后,其丙烯酰胺含量有所增加。增加幅度大的是淀粉类食品,如土豆和谷类。这一发现引起大家的广泛重视。世界卫生组织(WHO)和美国食品药物管理局都呼吁科学界继续扩大并深入对丙烯酰胺的研究,包括丙烯酰胺在食品中形成的原因、对人体健康的影响、及降低食品中丙烯酰胺的方法。目前比较认可的结论是:“丙毒”毒性确定,致癌作用不明。丙烯酰胺的化学毒性是肯定的,它有中度毒性,人接触多了肯定是要中毒的,其标准为:每天每人暴露量不能超过每公斤体重0.5微克(相当于1克丙烯酰胺均分给4万个体重都为50公斤的人),否则就有可能引起中毒。老鼠的致死量是每公斤0.7克。人中毒的症状是红斑、脱皮、眩晕、四肢无力、神经损伤。2002年,WHO就曾公布,针对油炸薯条、薄脆饼、烤猪肉与水果甜点上的棕色脆皮以及大量油煎油炸快餐食品所进行的化验表明,有的食品“丙毒”含量超标400倍,这标准指的就是化学中毒标准,建议停止食用烹炸的淀粉食品,而实际上我们又有多少人去采纳这一建议呢。再想一想生产毒药企业的工人,使用农药的农民兄弟,化学工作者等等,化学灌浆所接触的毒性就不算问题了,而我们所要做得就是使用过程中的防护及使用过程中保证聚合物单体完全固化,以及开发、使用低毒、无毒的化学灌浆材料,将化学灌浆的毒害进一步的降低。

4.2、化学灌浆材料的耐久性

  化学灌浆的耐久性也是影响人们广泛应用的一个因素,人们总觉得化学材料没有混凝土材料耐久、可靠,可是,当我们痛恨白色污染,抱怨它们若被填埋,将直接占用土地;1000年内难以降解,影响土质结构;若被焚烧,会产生有害气体,污染大气时,就会对化学材料的耐久性有更加客观的认识了。对化学材料来说,老化也是一种正常的化学反应,即以弱键开始的化学反应(例如氧化反应)为起点,引起一系列复杂的反应。老化的结果是高分子材料结构发生变化以及相对分子量下降,终导致材料性能减退以至无法使用。这种反应可由许多因素引起,例如:热、紫外光、机械应力、高能辐射,以及一些气候因素如潮湿、雨、臭氧,环境酸碱度、微生物等的作用。其中影响大的因素是紫外线照射,因此,人们在使用化学材料时,一般都加装了表面防护层,以防止紫外线照射引起的破坏。化学灌浆材料大多为高分子化学材料,是应用于地下或混凝土裂缝中,通过岩石或混凝土与外界隔离,因此,减少了外界不利条件对其耐久性的影响;再者,我们采用的环氧树脂、聚氨酯类高分子材料,属化学结构稳定的高分子材料,具有优异的耐久性能,因此耐久性不应成为化学灌浆应用的不利因素。

5、结语

  化学灌浆由于其特殊的性能,能更好地解决建筑物复杂地基的防渗、堵漏及补强加固等方面的难题。当采用常规方法难以处理或处理代价很大时,对存在特殊问题及结构有特殊要求的地基和建筑物进行防渗、堵漏、补强加固时,建设部门及工程设计人员应考虑采用化学灌浆方法。但是,化学灌浆技术没有对各类特殊的地基问题形成相对完善的灌浆材料配方及相对统一的灌浆工艺,也阻碍了化学灌浆在各领域的普及。随着《化学灌浆规范》及《混凝土裂缝环氧树脂注浆浆材》行业标准制定,化灌设备仪器的系列化、成套化、标准化的开发,以及渗透性强、可注性好、无污染、固结体强度较高、凝胶时间易于控制、价格便宜和施工方便等综合性能指标高,成本较低的绿色新型灌浆材料开发,化学灌浆技术发展与应用前途必将一片光明。
 

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信息来源:杭州南弘防水补漏  文章作者:杭州市南弘防水补漏工程部 
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