环氧浆材与柔性聚氨酯在混凝土微细裂缝处理中的综合应用

高宏志

(中国水电基础局有限公司，天津，301700)

作者简介: 高宏志，工程师，主要从事灌浆材料的研究与应用。

【摘 要】 环氧浆材是混凝土裂缝处理的重要灌浆材料，它具有粘结强度高、稳定性好、容易施工的优点，但环氧树脂本身是一种强度高、弹性模量高、伸长率低的刚性材料，当结构变形较大时容易产生新的裂缝。本文主要介绍了利用高强度改性环氧浆材和柔性聚氨酯涂层对微细裂缝( ＜0.2mm)内部及表面进行综合处理的方法，一是保证混凝土结构的强度，二是保证在结构变形继续增大时不产生新的渗水裂缝，确保建筑物整体功能更持久，对今后类似工程起到很好的参考和借鉴作用。

【关键词】 改性环氧; 聚氨酯; 混凝土裂缝处理; 应用

1 前言

混凝土是非均质脆性材料，易产生裂缝。灌浆是处理混凝土裂缝的重要方法，通过灌浆补强，可以恢复混凝土结构的整体性和设计应用状态。对于强度较高，且有防渗要求的混凝土结构物，如何对其裂缝处理，使其既满足强度和防渗要求，又能很好地保证其在长期运行状态下的功能性是十分重要的。本文以南水北调禹长三标排水渡槽微细裂缝处理为例，介绍改性环氧浆材与柔性聚氨酯材料在裂缝处理中的综合应用及其施工工艺。在排水渡槽裂缝的处理中，采取缝内灌注改性环氧浆材，表面涂抹柔性聚氨酯材料的办法，既发挥了改性环氧浆材强度高、稳定性好的优点，又发挥柔性聚氨酯材料高延伸的性能，在保证混凝土结构物设计强度的同时，也能很好地预防因结构变形增大而在原位产生新裂缝导致结构物防渗功能受损情况的发生。

2 工程概况

本标段位于河南省许昌市的禹州市，属于南水北调中线一期工程总干渠第Ⅱ渠段(沙河南－黄河南)禹州长葛段第三施工标段，标段内含有钢筋混凝土排水渡槽一座。排水渡槽位于禹州市新峰矿务局南沟与总干渠交叉处。该排水渡槽天然洪水50年一遇设计洪峰流量24.0m3/s，200年一遇校核洪峰流量33.0m3/s; 交叉断面处总干渠设计流量315.0m3/s，加大流量375.0m3/s。排水渡槽主要由槽身段、落地槽段、连接段、上游进口段和下游消能防冲段等五部分组成，建筑物总长258.2m，其中槽身段长78.0m，进出口段各长81.1m和99.1m。渡槽槽身为C50预应力砼矩形槽结构，过水断面(宽×高)为5.0m×2.1m，共3跨，槽身侧墙断面尺寸(宽×高)为0.4m×2.1m。

渡槽浇筑后，经现场排查，在槽身中跨右侧墙上部发现2条竖向裂缝，裂缝宽度均小于0.12mm，裂缝长度分别为1.6m和2.1m。根据南水北调《混凝土结构质量缺陷及裂缝处理技术规定》试行的相关要求，宜采取化学灌浆方法处理。因本次裂缝处理具有补强和防渗的双重目的，选用环氧类浆材较为适宜。考虑结构可能进一步变形，从而在原裂缝处造成重新破坏，对整体防渗(及混凝土内部钢筋)造成不利影响，为此，缝内灌浆结束并稳定后，在裂缝表面涂抹柔性聚氨酯材料，以进一步确保渡槽整体功能的持久。

3 裂缝处理方法及工艺

3．1 裂缝内部改性环氧浆材灌浆

3.1.1 灌浆材料

本次灌浆材料选用中国水电基础局有限公司研制的JX系列改性环氧浆材(由环氧树脂、稀释剂、固化剂、增韧剂、改性剂等组成)，其主要性能指标为(20℃): 初始粘度: 6.0～16.8m Pa·s; 可操作时间: ＞160min; 抗压强度(28d):40.0～71.8MPa; 抗拉强度(28d):10.0～10.1MPa; 粘结强度(28d): 干粘3.0～4.6MPa，湿粘2.0～3.1MPa; 弹性模量(2年): 2.4～5.3GPa。

因浆材粘度随时间延长而增大，所以浆材配制遵循“少量多次”原则，每次配浆量酌情而定。配浆分两步进行，先在室内配制A、B双组分，现场使用前进行二次配浆。为保证称量准确，浆材称量采用电子天平。浆材搅拌采用手工方式或小型搅拌器。

3.1.2 灌浆方法及工艺流程

出于对本次混凝土裂缝结构形状及无损处理等方面的综合考虑，采取贴嘴灌浆工艺较适宜，通过骑缝粘贴专门的注浆嘴，使浆液通过注浆嘴灌入裂缝内。施工工艺流程主要分为:前期准备—清缝洗缝—布孔贴嘴—封缝待凝—压风检查—灌浆—现场清理及验收。

(1)前期准备: 按技术要求准备相关机具、材料、安防用品及人员等。

(2)清缝洗缝: 采用磨光机对缝面进行打磨，清除裂缝两侧5～10cm范围内的杂物，将缝面浮渣清除干净，工作中避免粉尘进入裂缝。表面清除工作完成后进行清缝，干缝用风吹净(湿缝用压力水冲洗)。清缝结束后，使用丙酮或其他清洗剂进行缝面清洗。

(3)布孔贴嘴: 根据裂缝的具体情况结合以往施工经验确定贴嘴位置(即灌浆孔位)。本次贴嘴沿裂缝走向布置，贴嘴间距为15～30cm(缝宽＜0.2mm)，裂缝交叉点布置贴嘴，尖灭点(末端点)应布置贴嘴(卸压孔)。贴嘴应定位准确，用定位针穿过进浆嘴，对准缝口插入并将注浆嘴骑缝压向混凝土面，拔出定位针时，以不粘附嘴胶(胶粘剂)为合格。不合格时，应清理缝口，重新贴嘴，直至合格。贴嘴粘贴应牢固，能承受最大灌浆压力。贴嘴按自下而上，自一端向另一端的原则顺序编号。(贴嘴结构示意图见图1，贴嘴灌浆布孔示意图见图2)

图1 注浆贴嘴结构示意图

(4)封缝: 封缝应根据混凝土结构和裂缝的情况，选取凿槽嵌缝、布液相间粘贴和表面涂抹封缝材料等方法。本次采用环氧胶泥直接表面涂抹封缝。

(5)风压检查: 灌浆前采用0.2MPa的洁净压缩空气对裂缝和贴嘴之间的畅通性、密封性以及管路安装的牢固性、可靠性等进行压风检查。如发现质量问题应重新处理，直至合格。裂缝风压检查时，风压不宜超过最大灌浆压力的40%。若裂缝为湿缝，封缝效果检查可通过压丙酮试验进行，但压力不宜过高(小于50%最大灌浆压力)。如发现封缝效果不好，须立即予以补封，直至合格。

图2 贴嘴灌浆法布孔示意图

(6)灌浆: 待封缝材料达到一定强度，可承受最大灌浆压力，方可进行灌浆作业。

①灌浆顺序

立面竖向裂缝灌浆宜采取自下而上、由深孔到浅孔进行。因渡槽侧墙厚度均匀，裂缝深度较均一，灌浆主要采取自下而上顺序依次灌注。灌浆过程应连续进行，尽量避免中断。单孔嘴灌注过程中，灌浆起压小于0.2MPa时，相邻多嘴出浆时可封闭出浆孔嘴，继续灌注至结束。当灌浆压力达到0.2～0.5 MPa，但下一灌浆嘴有出浆的情况下，且吸浆量大于0.02L/5min，也结束该孔灌浆，改灌下一灌浆孔。灌浆过程中，遇特殊复杂情况，宜根据实际情况酌情处理，采取多点同步灌浆时，同时灌浆嘴数不宜超过3个。

②灌浆压力控制

结合本工程混凝土及裂缝结构特点，灌浆压力选用0.2～0.5MPa。灌浆过程中应逐级提升灌浆压力，每级提升量值宜控制为0.05MPa，达到最大压力后保持压力稳定，直至达到结束标准。逐级提升灌浆压力目的是防止发生有害的变形，产生不良后果。

③灌浆结束标准

达到设计最大灌浆压力下，吸浆率为0或0.02L/5min以下再持续30min。采取并联灌注时，结束时间以最后并联的灌浆孔为准。

当临近灌浆嘴有出浆的情况下，灌浆压力达到0.2～0.5MPa，吸浆量大于0.02L/5min，也结束该孔灌浆并封闭该孔，改灌下一灌浆孔。

④闭浆及拆除操作

全缝灌浆结束后进行闭浆，闭浆时间直至浆液固化。完全固化后，可拆除灌浆贴嘴及封缝材料，可采用磨光机进行打磨，不能对原混凝土有实质性伤害。裂缝及周边清理整洁后，进行验收。

(7)特殊情况处理及注意事项

①灌浆过程中发生冒浆或外漏时，采取堵漏措施，并酌情采用低压、限流等办法，不宜采用间歇灌注的方法。间歇后灌浆管路和缝面易堵塞，难以从原管路复灌，需提前准备堵漏材料，如水泥基堵漏王等。

②本条是指灌浆的初始至中间阶段的处理方法。灌注中，在设计压力下进浆量或注入率达不到理想的“量”和注入速度慢或难以灌进时，为提高灌浆质量效果，经监理同意可以适当加大灌浆压力，但要确保结构物安全，本次灌浆个别孔位最大灌浆压力控制为0.6MPa。

③灌浆过程中的中断原因主要是设备或管路故障、制浆速度慢等。因裂缝宽度很小，且浆液粘度随时间延长而增大，所以采取“少量多次配制，连续灌注”的办法，使浆液在短时间内用完。施工时，要备用灌浆、配浆设备，出现中断现象，及时查明原因恢复灌注。

3．2 裂缝表面柔性聚氨酯材料涂抹

3.2.1 涂抹材料

裂缝灌浆处理结束后，在裂缝表面涂抹柔性聚氨酯材料以进一步保证结构物功能持久。本次裂缝表面涂抹材料选用KX－200双组分柔性聚氨酯防水涂料，该涂料具有粘结力大、延伸率高、防水、耐候性好、不变色(颜色可调)、易施工等优点。经有关单位检测，其各项技术指标均符合《聚氨酯防水涂料》GB—T19250—2003标准要求。经省疾控中心毒性检测，属实际无毒级。检测结果如表1。

表1 KX－200双组分聚氨酯防水涂料物理性能检测结果表

续表1

3.2.2 聚氨酯防水涂料涂抹方法及工艺

(1)对于常规裂缝，沿裂缝方向开凿小“V”形槽(宽、深可为1.5～2.0cm)，清除槽内杂质及松动石子。本工程混凝土裂缝为微细裂缝且已进行了缝内灌浆处理，因此可不开“V”形槽，用磨光机打磨掉裂缝周边5～10cm范围内表面杂物并清理干净。

(2)在打磨范围内划定界线并涂刷混凝土界面剂即底涂(按一定比例配置)，以加强涂料与混凝土的粘结性。界面剂采用涂刷方式施工，要求连续均匀、无流挂。

(3)双组分聚氨酯涂料的涂抹。将涂料按规定比例配置，并搅拌均匀。待界面剂表干(手感发粘，常温需5～10min)后，将配置搅拌好的聚氨酯材料严密、均匀地涂刷于裂缝表面界面剂区域。涂层表面应刮平，涂刷厚度1.0～2.0mm，一旦有破损，立即补涂，要形成完整涂膜(柔性聚氨酯防水涂料施工示意图见图3)。

图3 柔性聚氨酯防水涂料施工示意图

(4)涂层涂刷完成5～8h即可表干(温度越高，表干越快)，1d内如遇寒潮或雨雪天气需采用塑料布或麻袋覆盖保护，避免材料表面受损。1d后即可自然养护，14d后可投入使用。

(5)注意事项: ①施工温度宜为5～30℃，尽量避免高温施工。选择干燥、无大风、混凝土基层含水率≤10%环境为佳。②根据现场实际环境温度及施工速度确定界面剂每次勾兑量，10min内用完。③根据现场施工速度配制聚氨酯防水涂料的每次用量，并在2h内用完，避免造成浪费。④聚氨酯涂料每次使用后，应封闭严密遮光保存，避免气固化。

(6)其他: 柔性聚氨酯防水涂料可抗拒一般自然水流冲刷，但考虑水流中的砂石等硬物撞击磨损或人为破坏，为进一步保护柔性材料，待其稳定后，采用罗斯克宁K11防水涂料对裂缝处进行表面涂抹覆盖。罗斯克宁K11防水涂料是一种可与混凝土基面牢固粘结的刚性材料，本文对此不作详细介绍。

4 裂缝处理质量检查

对本次使用的JX系列改性环氧树脂浆材进行现场成型2组，其28d试块抗压强度值分别为50.6MPa、51.3MPa，满足渡槽设计强度要求。采用非金属超声波检测仪及单发、单收平面超声波换能器对渡槽2条裂缝进行检测，2条裂缝各经过4个点位的测试，测试结果为:声波信号不反相，能量衰减较小，记录波形无畸变，检测点位混凝土裂缝充填好或显示无裂缝存在。检测结论: 裂缝灌浆效果好。

对裂缝表面采取柔性聚氨酯防水涂料涂抹后，防水涂料与混凝土基面粘结牢固，难以清除。采用罗斯克宁K11防水涂料对柔性聚氨酯涂料进行覆盖保护，经过一年多观察，裂缝处理后表面美观，无任何不良迹象。

5 结语

(1)中国水电基础局有限公司研制的JX系列改性环氧浆材，对于混凝土微细裂缝( ＜0.2mm)具有良好的可灌性，且浆材的28d抗压强度值能够满足混凝土强度C50的设计要求。

(2)KX－200双组分改性聚氨酯防水涂料，具有很好的高延伸和防水性能，且施工方便，是处理混凝土裂缝防水防变形的一种有效办法。

(3)在具有防渗功能的混凝土结构体裂缝处理中，采用缝内补强防渗灌浆和缝表涂抹柔性高延伸防水材料综合处理办法，是保证建筑物整体设计功能更加持久的有效途径。此裂缝“内刚外柔，多层防护”的处理方法，不仅满足了混凝土原有设计功能及指标，且在结构进一步变形、在原裂缝处造成重新破坏时，仍能很大程度保证建筑物整体功能。