－化学灌浆材料的研究与应用

何 巍，谭日升，何跃峰，闵 峰

(北京朗巍时代科技有限责任公司，北京，100022)

作者简介: 何巍(1973—)，女，北京人，高级工程师，主要从事化学灌浆材料研究。

【摘 要】 AC－D是一种以丙烯酸衍生物(Derivatives)为主剂的灌浆材料，粘度几乎和水一样非常低，能灌入高粘度灌浆材料不能灌入的细微裂隙。凝固后是一种橡胶状、可弯曲、可拉伸、遇水会膨胀、不透水的水合凝胶(Hydrogel)，可用于混凝土变形缝等渗水堵漏、坝基帷幕灌浆、砖砌工程灌浆、注浆软管注浆等工程。

【关键词】 丙烯酸盐; AC－D灌浆液; 化学灌浆; 混凝土缝防渗堵漏

1 前言

混凝土工程往往会出现三种缝: 变形缝、施工缝、裂缝。变形缝也叫伸缩缝、接缝，是适应混凝土热胀冷缩预留的缝，一般都设置有止水片或止水条。施工缝也叫层面缝、冷缝，是混凝土分层浇筑时，由于层与层之间时间间隙太长、层面处理不好形成的缝，有的工程也有防渗止水措施。裂缝形成原因很多，有温度裂缝、干缩裂缝、结构缝和地基不均匀沉陷形成的沉陷缝。表面裂缝不会渗水，仅在迎水面和背水面贯穿形成贯穿缝时，才会有水渗出。变形缝应该是不漏水的，施工缝漏水也是可以避免的，但实际上，许多混凝土工程还是经常出现漏水现象，影响混凝土建筑物的使用年限。

混凝土缝开度的变化，与温度和混凝土的干湿等因素关系密切，变化幅度很大，最大变化幅度可能是最小变化幅度的几倍。经由混凝土缝渗出的水，往往会有碱性。给混凝土缝的渗水处理和处理效果的保持带来一定难度。过去常用灌注聚氨酯浆液止水，近年来发现其效果不耐久，被一些业主单位拒绝使用。北京朗巍时代科技有限责任公司在使用AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液灌浆，研发了AC－D化学灌浆材料，此种材料主要用于混凝土缝的防渗堵漏，取得了预期的效果。

2 AC－D灌浆材料的研究

2．1 混凝土缝的特点

混凝土缝常具有如下一些特点:

①混凝土缝分活缝和死缝。所谓活缝，指其宽度、长度、深度会变化的缝。其中长度或深度还在增加的缝叫扩张缝。

②混凝土缝的宽度变化与温度有关。混凝土与绝大多数物质一样，有热胀冷缩的性质。其温度线变形系数的大小与混凝土骨料有关: 用石灰岩生产的人工骨料拌和的混凝土，空气中养护，其温度线变形系数是7.4×10－6/℃; 用砂砾石骨料拌和的混凝土，空气中养护，其温度线变形系数是13.1×10－6/℃。以用石灰岩生产的人工骨料拌和的混凝土空气中养护为例，一个长50m混凝土块，摄氏温度变化是1℃，其长度变化是0.37mm。如果从夏天的25℃到冬天的零下5℃，其长度将减少11.1mm，即其变形缝的宽度要增加11.1mm。

③混凝土缝宽度的变化与其干湿度有关。混凝土试件自浸水饱和到完全干燥，干缩率可达5.0×10－4～10.0×10－4。实际建筑物上，混凝土的干缩受钢筋、内部混凝土及相邻构件制约，比试件小，常用设计干缩率为1.5×10－4～2.5×10－4。以长50m的混凝土块为例，渗水缝附近的混凝土是完全饱和的，不干缩，不渗水的部分并非完全干燥，整体干缩率以1.0× 10－4计算，长50m混凝土块，其长度将干缩5mm。在冬天，冷缩和干缩叠加，缝的宽度将增加到16.1mm。

④通过混凝土缝渗出的水，往往是碱性。

2．2 混凝土渗水缝处理对材料的要求

①粘度低、能灌入微细裂隙的真溶液;

②在碱性环境中聚合凝胶，凝胶时间能调控，能控制浆液扩散范围;

③凝胶不溶于水;

④凝胶能抵抗碱性水的浸蚀;

⑤凝胶具有良好的弹性，能适应缝的开度变化。

2．3 AC－D灌浆材料的设计

为满足混凝土渗水缝止水对材料的要求，北京朗巍时代科技有限责任公司经试验研究，选用无毒的丙烯酸衍生物作为灌浆材料的主体，选用由引发剂产生的活性中心自由基，引发丙烯酸衍生物单体连锁聚合，形成不溶于水的水合凝胶。

①浆液的组成

AC－D浆液由丙烯酸衍生物、引发剂、促进剂三种化学材料和水组成。丙烯酸衍生物(代号A1)是无色透明的液体，促进剂(代号A2)是无色至微黄色的透明液体，白色固体粉末(代号B)。

②浆液的配制方法

A液的配制: A1取需要配浆液质量的1/2，加入A2(A2为A1质量的5%)混合均匀，即成A液。

B液的配制: 根据施工对浆液适用期的要求，取B(B为A1质量的0.2%～5%)，加水至与A液等体积，即成B液。

③A液的储存时间一般不超过12h，B液的储存时间一般不超过5h。

2．4 AC－D灌浆材料的性能试验

2.4.1 浆液适用期的调控

浆液适用期的长短与A2、B的加量和浆液的温度有关，A2、B加量越多、浆液温度越高，适用期越短。上述A液，A2在A液中占5%，与双液灌浆等体积混合时，B液中B的加量与适用期的关系可参考表1。

表1 B液中B的浓度对适用期的影响

对钢筋混凝土建筑物裂缝灌浆，B的浓度不要超过1.5%。

B液中B的浓度固定为1.5%时，改变A2的加量，对凝胶时间的影响如表2。

表2 A液中A2的浓度对适用期的影响

2.4.2 新老凝胶结合性能

AC－D灌浆液已经凝胶后5min、1h，在其凝胶上面倒入新的AC－D灌浆液，新的AC－D灌浆液凝胶后，新老凝胶粘结成整体，能承受一定的拉力。

2.4.3 凝胶耐碱性试验

将AC－D凝胶浸泡在水泥浆中，连续观察50d，没有变化。

2.4.4 其他性能试验

其他性能试验按有关标准规定的试验方法试验。

2．5 AC－D灌浆材料的性能指标

AC－D灌浆材料的主要性能指标如表3。

表3 AC－D 灌浆材料的主要性能指标

2．6 AC－D灌浆材料的主要特点

①环保: 国外同类产品试验资料证实，在反应过程和固化状态中，不排放有毒物质。在反应过程中不形成高分子的成分，完全可以迅速生物降解。不污染环境，属于环保产品。

②浆液是低分子化合物的水溶液、真溶液，不含固体颗粒、粘度低、可灌性好、可灌入微细裂隙。

③凝胶时间可以调控，有利于控制浆液的扩散范围，降低灌浆成本。

④通过聚合反应形成的高分子，其主链是碳—碳，对许多酸、碱、溶剂和汽油等，具有良好的耐化学稳定性

⑤固化物弹性非常好，断裂伸长率接近300%，可适应混凝土缝宽度的变化。

3 AC－D灌浆材料的应用

3．1 变形缝止水

2012年11－12月在北京地铁7号线欢乐谷景区站，车站站台层处理了一条严重漏水的变形缝。变形缝在底板上的水平方向长28m，在两边侧墙上的垂直高度各4.8m，总长37.6m。底板在地表以下16～17m处。混凝土浇筑施工时，预留的变形缝中放置有20mm厚的泡沫塑料板。处理时，缝宽约30mm。由于变形缝漏水，底板有几公分的水深。

处理程序是:

①将缝扩宽到40～50mm，深度到中埋止水片，不得损伤中埋止水片，同时将预埋泡沫塑料板取出;

②在中埋止水片附近用堵漏灵封堵2cm左右止浆，在距离变形缝50cm处向缝的方向，以45°角度钻斜孔，使钻孔绕过中埋止水片，与变形缝相交，孔距1.5m;

③用AC－D灌浆液通过钻孔对中埋止水片、背贴止水片以内的变形缝进行灌浆，灌浆压力以能使止水针头开始进浆为原则，愈低愈好，灌至邻孔出浆或浆液在中埋止水片内侧面漏出为止;

④紧靠止水片预埋钢骨架的预埋灌浆管，每5m左右引出一根灌浆管头;

⑤填充2cm左右厚的麻纱;

⑥用堵漏灵封堵3cm左右止浆;

⑦先底板，后侧墙，用AC－D灌浆液灌浆。灌浆压力小于1MPa，底板灌浆灌到侧墙出浆为止，侧墙灌浆灌到顶部出浆为止。

⑧待凝24h后，在底板的变形缝中，倒入一层AC－D灌浆液，到15cm厚为止; 倒入的浆液凝胶后，在缝中放置一块15mm的泡沫塑料板，两边用水泥沙浆回填。

⑨侧墙用堵漏灵嵌缝，堵漏灵填塞深度5cm左右，填至缝顶预留一个注浆口，用AC－D灌浆液通过注浆口将变形缝灌满后形成凝胶。

处理后，不再漏水，满足了业主的要求。到2013年1月份，气温下降到－14～ －15℃时，底板上有6m长的一段变形缝渗水，打开一看，AC－D凝胶与混凝土缝面粘结良好，中间被拉裂了，说明从11月份到1月份，变形缝的宽度增加很多，局部已超过了AC－D凝胶的断裂伸长率。对渗水的6m进行了重新处理。直至2014年3月，再无渗水现象，灌浆处理获得了良好的效果。

3．2 混凝土施工缝堵漏

3.2.1 预埋注浆管注浆

地铁的混凝土施工缝往往在混凝土浇筑时埋有注浆管，对于有预埋注浆管的施工缝，其处理程序是:

①清洗管路: 先对注浆管注水，清洗管路，直至混凝土表面出水或由A端进水B端出水为止，同时观测从注水到外漏的时间;

②灌浆: 注水清洗管路后1h，用AC－D灌浆液灌浆，灌浆设备是IP2C7000双液灌浆泵，选用低压止水针头，使止水针头进浆的压力愈低愈好。开始使用的止水针头进浆的最低压力为4～6MPa，效果不好，有时要复灌。后来选用3MPa的压力就可以进浆的止水针头，实际灌浆压力为3～4MPa，效果明显改善。浆液的凝胶时间，应短于注水时到开始外漏的时间。如: 注水时水开始外漏的时间是3min，浆液的凝胶时间应是2min左右。

③灌浆结束标准: 灌至灌浆压力能升至开始的灌浆压力1倍，或灌浆时间已经达到浆液凝胶时间的1倍，或浆液外漏速度等于进浆时结束。

3.2.2 钻孔灌浆

对于没有预埋注浆管、预埋的注浆管破裂、预埋的注浆管不通、预埋的注浆管没有导管以及一次灌浆后还有局部地方渗水的部位，采用钻孔灌浆。孔距0.3～0.5m，可以骑缝钻孔，也可以钻斜孔。钻斜孔时，开孔位置距缝0.4～0.45m，以45°角度向缝的方向钻进，钻至孔深0.7m为止。通过灌浆孔对施工缝进行灌浆，灌浆压力、浆液凝胶时间的控制、灌浆结束标准，与预埋注浆管灌浆相同。灌浆完成2d后，拔出止水针头。

用AC－D灌浆液和上述程序，在北京地铁7号线大柳树站灌注混凝土施工缝300m，欢乐谷景区站灌注混凝土施工缝200m，共计500m，经回访，均取得良好的灌浆效果。

3．3 AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液用于混凝土裂缝堵漏

混凝土裂缝渗水处理的程序与施工缝的钻孔灌浆相同。用AC－D灌浆液，在北京地铁7号线大柳树站灌注混凝土裂缝200m，经回访，均取得了良好的灌浆效果。

4 AC－D与AC－Ⅱ的主要区别

(1)AC－D灌浆液的固含量比AC－Ⅱ灌浆液高。AC－D灌浆液的固含量接近50%， AC－ⅡⅠ型的固含量为15%左右，Ⅱ型为20%左右;

(2)AC－D凝胶的韧性良好，断裂伸长率接近300%，大于AC－Ⅱ凝胶;

(3)AC－Ⅱ灌浆液的保质期比AC－D长;

(4)AC－Ⅱ凝胶遇水的膨胀率大于AC－D。

5 结语

(1)AC－D是一种以丙烯酸衍生物为主体的化学灌浆材料，属于环保产品。

(2)AC－D灌浆液凝胶后是一种橡胶状、可弯曲、可拉伸、遇水会膨胀、不透水的水合凝胶，韧性良好，特别适应宽度会变化的渗水缝隙防渗堵漏。

(3)AC－D灌浆液用于混凝土变形缝、施工缝、裂缝渗水堵漏时，应采用双液灌浆泵双液灌浆、灌浆压力要低，并且浆液凝胶时间要短。