关于《建设工程化学灌浆材料应用技术规范》中若干重要问题的探讨

郑喜彦，孙 亮

(中国水电基础局有限公司，天津武清，301700)

作者简介: 郑喜彦(1974—)，男，黑龙江巴彦县人，高级工程师，主要从事地基与基础施工。

【摘 要】 对《建设工程化学灌浆材料应用技术规范》中若干重要问题进行了讨论，提出技术规范应以确保相关设施长期、安全、稳定运行为目标，以设计人员为主要对象，以工程整体效果为核心原则进行编写，修正施工规范的过时规定，强调突变性浆材的优势。通过对环氧浆材标准的深入解析揭示了材料标准对于工程实践的严重误导，指出化灌技术规范中应彻底否定材料标准，并根据工程实践重新确定测试项目和具体指标。

【关键词】 化学灌浆; 应用技术规范; 环氧树脂

1 引言

进入新世纪以来，化学灌浆专业获得了前所未有的发展，从理论到实践，从工程到材料，从设计到施工都取得了一系列丰硕成果。与之相适应，化学灌浆规范标准体系也从无到有，渐成体系(请见表1)。

表1 化学灌浆规范标准编制情况一览表

上述规范标准中，以《水工建筑物化学灌浆施工规范》(DL/T5406—2010)启动最早，难度最大，经过工程实践—共性提炼—求同存异—适度妥协的艰难历程和多次自我否定，历时6年才获颁布。材料标准的编制相对来说具有“短平快”的特色，从启动到获得审批多在2年以内完成。

2014年上半年，《建设工程化学灌浆材料应用技术规范》的编制工作正式启动，笔者作为审查专家参加了工作大纲编制会议并提出了自己的建议。由于该规范是化学灌浆专业的第一部国家标准，在所有规范中具有关键作用，因此笔者不惴冒昧，将自己的一些思考写就此文，敬请斧正。

为简便起见，下文皆以“化灌技术规范”代表该规范。

2 思考之一:化灌技术规范、施工规范、材料标准究竟是什么关系?

笔者认为，化灌技术规范提供的应当是总体方案，可分为七个步骤，即发现问题—勘察准备—确定方案—工程设计—工程施工—试运行—最终检验，对应的是工程质量，目的是确保相关设施长期、安全、稳定运行。

施工规范是在工程设计文件确定后，工程施工过程中所应遵循的原则和详细规定，即相当于第五步。对应的是施工质量，目标是保证施工质量达到设计要求。换句话讲，如果设计文件出现问题，即使施工质量很好，也很可能达不到工程最终目的。从工程实践看，2010年后，DL/T5406施工规范部分在一定程度上起到了化灌技术规范的作用，但这种指导是不全面、不彻底的。

在施工规范中，对人、机、料、法、环、测六个方面都作了明确规定。其中所涉及的材料部分是按照工程实际情况所作出的。而现行的材料标准都是在室内特定温度、湿度和其他特定条件，以特定的方法所作出的结果，和工程现场条件差别极大，因此在工程实践中屡屡出现“合格的不能用，能用的不合格”，给设计和施工带来了严重误导，对化灌专业的发展形成了严重阻碍。因此，化灌技术规范制定过程中必须摒弃材料标准的桎梏，以工程需求为核心，以现场条件为基础，以材料适应性为准绳，才能对工程实际具有指导意义，如果直接引用材料规范，不仅将使化灌技术规范从开始就成为废品，而且将形成“强迫作弊”的局面，对行业发展造成重大打击。

3 思考之二:什么样的灌浆材料才是工程中最需要的?

化灌技术规范一旦发布，将成为化学灌浆专业的核心，所有人都应学习和遵循，对设计人员尤其如此。从设计角度看，化灌技术规范中应至少回答以下三个问题:

第一，化学灌浆可以解决什么样的工程问题? 解决到什么程度?

第二，什么样的灌浆材料才是工程中最需要的，或者说性价比最高的?

第三，各类化学灌浆材料应用的前提是什么，在什么条件下应用效果较好，在什么条件下效果较差甚至徒劳无功?

由于篇幅所限，本文不可能对第一和第三个问题展开讨论，而只简要分析一下，工程中到底需要什么样的灌浆材料?

众所周知，化学灌浆的对象是微细裂隙或孔隙，但这些微细裂隙或孔隙并不是均一的，当进行化学灌浆时，化学浆液沿着其中较宽的通道向远处扩散，当能量耗尽或固化后才能进入较小的微细裂隙，直至灌浆结束。很显然，这就要求浆材的流变曲线具有突变性，即初期流动性好，便于泵送，而到一定时间之后粘度急剧上升，甚至很快固化，则既能保证浆液在一定范围内的扩散，又不致扩散过远，对保证灌浆质量、提高工程进度、降低总体成本是有利的。因此，具有突变性的灌浆材料是工程中最需要的，这一点应当在化灌技术规范中明确提出。

4 思考之三:施工规范有什么问题?化灌技术规范编制时应如何处理?

毋庸讳言的是，施工规范是由施工单位编写的，自觉不自觉地体现了施工单位的立场，而且它是以2008年以前的工程经验为基础的，因此无论是指导思想，还是多项重要条文的规定，都显得比较陈旧，因此化灌技术规范编制中应适当进行修正，真正体现出化灌专业目前的技术水准。

5 思考之四:为什么说材料标准严重误导，误导到什么程度?化灌技术规范中应如何处理?

与施工规范不同，材料标准无论是制定过程，还是推广应用，经济因素始终占据主导地位，更多地体现了“标准经济学”的特色。首先，材料标准的参加单位基本上都是材料供应商，代表的是材料供应商的观点和利益，工程一线发言权受到压制; 其次，材料标准的制定过程是要赚钱的，当然要尽量压缩时间，节约成本，试验方法和结果并不重要，因此“短平快”也就不可避免了。以笔者参与制定的两个环氧浆材标准为例，同一人按同一试验方法在同一条件下操作，所得测试结果相差十万八千里的现象十分普遍，仅此一条，就可以认定材料标准不能成立，不该制定。

一句话，材料标准是在经济利益驱动下，灌浆材料供应商自说自话的传声筒，从制定伊始就已经歪了，误导是必然的。

材料标准离工程实际到底有多远? 什么地方误导了? 误导到什么程度呢? 笔者仅以误导最为严重的《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》(JC/T1041—2007)进行解析。

5．1 基本规定

根据JC/T1041—2007的规定，环氧类灌浆材料(包括A、B两组分)的性能应符合表2和表3的规定。

表2 环氧树脂灌浆材料浆液性能

表3 环氧树脂灌浆材料固化物性能

a 湿粘结强度: 潮湿条件下必须进行测定。

注: 固化物性能的测定试龄期为28d。

5．2 标准解析

(1)环氧浆材的分类

环氧灌浆材料的分类没有严格的标准，1041标准是根据初始粘度的大小将环氧灌浆材料分为低粘度型和普通型，凡初始粘度小于30m Pa·s的定义为低粘度型，介于30～200m Pa·s之间的定义为普通型，超过200m Pa·s则属于不合格产品。

另外根据固结体的力学性能，又将环氧灌浆材料分为Ⅰ型和Ⅱ型两种。

从材料发展和工程应用角度，我们对标准中的规定解读如下:

A.将30m Pa·s作为低粘度环氧浆材上限的规定是合理的，它改变了国内材料生产企业掺加大量稀释剂、单纯追求低粘度、低成本浆材的趋势，而更加鼓励企业研发稀释剂较少、粘度适当、性能较好的浆材，起到了较好的导向作用;

B.将200m Pa·s作为普通型环氧浆材的上限是不合理的。从工程实践看，很多无溶剂环氧浆材粘度均超过200m Pa·s，多个国际知名企业均有初始粘度达到400m Pa·s的产品，只是因为未参与标准编制或选送的样品粘度较低，才被排除在外。实际上，这些产品的力学性能、环保性能和应用效果都相当优异，如果以不符合1041标准为由而将其认定为是不合格产品，显然是荒谬的。

C.从固结体角度，将环氧灌浆材料分为Ⅰ型和Ⅱ型在当时看确有其合理性，也是当时试验成果的折衷。但随着低粘高强环氧浆材的快速发展，这种分类已无必要。

笔者认为，环氧浆材可以分为低粘度和普通型两个类型，30m Pa·s以下为低粘型， 30m Pa·s以上为普通型，不能、不须、也没有必要人为设定一个高限; 从固结体强度分为两个型号也已没有必要，在实践中更是毫无意义，纯属误导。

(2)各项指标的合理性解读

1)密度

A.含义: 指A、B组分混合后的密度，即成浆后的密度。

B.方法: 重量杯法，通用方法。

C.规定: ＞1.00g/cm3。

D.解读

重量杯法为通用方法，合理; ＞1.00g/cm3，则浆液比水稍重，有利于保证排水效果和灌浆质量，合理。

E.结论: 含义清楚，方法可行，指标合理。

2)初始粘度和可操作时间

A.含义

初始粘度指A、B组分混合后的混合粘度，可灌性时间表示浆液粘度达到200m Pa·s所用的时间。

B.方法: 旋转粘度计法。

C.指标: 30m Pa·s以下为低粘型，30～200m Pa·s为普通型，200m Pa·s以上不合格;可操作时间30min，超过30min不合格。

D.解读

规定的本意是采用初始粘度和可灌性时间，两者配套使用，用于表征材料的可灌性。它至少存在如下四个方面的缺陷:

第一，可灌性的影响因素较多，1041标准中将可灌性等同于粘度，而将接触角等重要指标排除在外，是一种根本性误导。

传统上，低粘度浆材都要做三个指标，即粘度、表面张力和接触角。实际上，表面张力的含义并不明确，但接触角代表浆液对界面的浸润能力，特别是接触角为0的情况下，代表浆液能够全面润湿，这比单纯的低粘度重要得多。

第二，不同浆液的粘度增长曲线非常不同，只测初始粘度和200m Pa·s两个点毫无意义。从工程实践看，至少要测定0、30min、60min、90min、120min、4h、8h、12h、24h或直至失去流动性的粘度值为止，并向用户提供该指标，才有价值。

第三，固定温度条件。1041标准的粘度和可灌性时间数据都是在23℃左右标准条件下进行的，这对于工程实践已经造成严重误导。

第四，配浆量限定为500g偏小。在工程实践中，单次配浆量多在2～20kg，多者甚至高达30～50kg，此时环氧固化产生的浆液升温往往相当严重，而升温又促使固化反应进一步加快，造成粘度急剧上升甚至暴聚。而1041标准中，采用的是500g配浆量标准，放热量小，散热快，暴聚的可能性小得多，在这种条件下所得的结果用之于工程中，其效果可想而知。

E.结论

简单来说，材料标准中将可灌性等同于粘度，去掉了接触角等重要指标，为其误导之一;将粘度增长曲线弱化为两个点，误导之二; 将千变万化的现场温度条件简化为23℃标准条件，误导之三; 将现场2～50kg的配浆量缩小至500g，误导之四。

4)抗压强度、拉伸剪切强度和抗拉强度

A.含义

这三个指标的规定是对环氧浆材固结体本体力学指标的规定，其中抗压强度和抗拉强度是传统环氧浆材的必做项目，含义明确，而拉伸剪切强度是1041标准新增加的项目，对混凝土裂缝和地基灌浆没有实际意义。

B.方法

其测试方法来自于以下三个胶粘剂标准，即GB/T2569树脂浇铸体压缩试验方法、GB/T 2568树脂浇铸体拉伸试验方法和GB7124胶粘剂拉伸剪切强度测定方法。解析如下:

B1: 抗压强度测定采用2cm×2cm正方形试块，为通行做法，没有异议;

B2: 抗拉强度曾对水工“8”字模法和胶粘剂“8”字模法进行对比，最终达成共识，选择胶粘剂“8”字模法，没有异议;

B3: 拉伸剪切强度最早引用GB/T7124—1986胶粘剂拉伸剪切强度测定方法，为金属对金属刚性粘结，目前引用的是GB/T7124—2008版标准，由金属对金属改为刚性材料对刚性材料，并在粘结面强度、试板厚度、胶层厚度、测试速度、试验结果的表达等方面进行了微调，但本质未变。

与本体抗压强度和抗拉强度不同，拉伸剪切强度指标与混凝土裂缝注浆用环氧和基岩环氧注浆工程实践毫无关系，方法本身就纯属误导，必须取消。

C.指标

Ⅰ类: 抗压强度、抗拉强度、拉伸剪切强度分别不低于40MPa、10MPa和5MPa;

Ⅱ类: 抗压强度、抗拉强度、拉伸剪切强度分别不低于70MPa、15MPa和8MPa。

解析如下:

C1: 国内标准颁布前各主要环氧浆材力学性能指标

2007年以前，国内主要几种典型环氧树脂浆材的抗压强度和抗拉强度指标见下表。这些浆材自20世纪80年代起就在多个混凝土裂缝和基岩环氧灌浆工程中广为应用，获得了良好的工程效果(表4)。

表4 2007年以前几种典型环氧树脂浆材的抗压强度和抗拉强度

由上表可见，从工程实践看，28d抗压强度大于35MPa，抗拉强度大于3.5MPa，即可满足工程需要。拉剪强度则从未纳入试验范围。

C2: 数据离散性及分析

表5给出了同一配比的高渗透突变型环氧浆材固结体抗压和抗拉强度检测结果。

表5 环氧固结体抗压、抗拉强度检测结果

由上表可见以下结论:

第一，在标准条件下，抗压强度最小值为53.0MPa，最大为59.5MPa，相差6.5MPa，平均55.0MPa，偏差率=6.5/59.5=10.92%，即在同样条件下，多次试验的抗压强度偏差基本可以控制在10%以内，说明抗压强度的测试方法是比较可靠的;

第二，在标准条件下，抗拉强度最小值为3.7MPa，最大为12.8MPa，相差9.1MPa，平均8.2MPa，这就是说，在同样条件下，多次试验测定结果的偏差值是平均值的1.11倍; 即使同样是长江科学院，其第一次为12.8MPa，应判定为合格，第二次为7.7MPa，应判定为不合格，请问，报告应如何出具?

由上可知至少可以得出如下两点结论: 第一，材料标准测试结果不能重复，完全不可信，报告怎么出都不对; 第二，材料标准测试结果和工程一线数据相差10倍以上，完全是两回事。可以说，从工程实践角度看，材料标准不仅毫无意义，而且严重误导，根本就不应该制定。

C3: 抗压指标普遍偏高

因为现在的浆材普遍具有较好的韧性，试块不是压碎，而是压扁，受力面积增大，而计算时仍以2cm×2cm为准，当然偏高。

D.结论

第一，拉伸剪切强度测试方法纯属误导，应当整体取消。

第二，标准条件下，抗压强度重复性较好，抗拉强度重复性很差，现场和室内标准差别更达到10倍以上，从这个意义上说，材料标准根本就不能成立。可以说，一份看起来技术指标很高的报告，除了有意误导、混淆视听之外，什么作用都起不到。

第三，环氧灌浆的薄弱环节不在环氧本体的抗压或抗拉强度，而在环氧与受灌体的粘结强度。抗拉强度只要不比粘结强度小，无论材料标准结果如何，对工程都不会构成实际影响。

5)粘结强度

A.含义

粘结强度指的是浆液与混凝土或砂浆粘结的性能，这对于混凝土裂缝的修复和地基与基础灌浆的整体效果都至关重要。

B.方法

1041标准中仍采用传统的“8”字模的方法进行测试，方法无异议。

C.指标

Ⅰ类环氧浆的干粘结强度不小于3MPa，湿粘结强度不小于2MPa; Ⅱ类环氧浆的干粘结强度不小于4MPa，湿粘结强度不低于2.5MPa。

D.主要问题及改进

粘结强度测试过程须经过制块、拉断、(浸润)、抹浆、压实、养护、测试等多个步骤，且每一个步骤都需要精心操作，因此，粘结强度数据的离散很难避免。近年来，材料单位多已采用半“8”字模制块，使制块和拉断合二为一，保证了抹浆前断面的统一，因此均一性有所提高。

E.结论

虽然粘结强度离散性较大，但因标准本身指标贴近工程实际，数年来，总体效果较好，是1041标准较为成功的规定之一。

6)抗渗压力和渗透压力比

A.含义

借用防水涂料的方法，对环氧浆材的抗渗透能力进行表征。

B.方法

将环氧灌浆材料涂覆在疏松混凝土表面后，测定本身的抗渗性能以及处理前后的渗透压力比。

C.指标

Ⅰ类浆材的抗渗压力不小于1MPa，渗透压力比不小于300%; Ⅱ类浆材的抗渗压力不低于1.2MPa，渗透压力比不小于400%。

D.主要问题

D1.环氧灌浆后，浆材已和受灌体成为一体，并具有很高的粘结强度，不存在抗渗问题，更谈不上抗渗压力和渗透压力比这些方法和指标了。

D2.单就方法而言，采用防水涂料的做法是一种敞开式做法，而环氧灌浆是在混凝土裂缝或水泥灌浆后封闭的环境中应用的，两者的前提完全不同，其结果纯属误导，应当取消。

E.结论

抗渗压力和渗透压力比指标应当彻底取消，避免误导。

5．3 环氧标准的七大问题

概括来说，环氧标准共有七大问题，归纳如下:

(1)将200m Pa·s作为普通型环氧浆材的上限，将高粘度、高性能、高环保的浆材认定为不合格产品;

(2)将可灌性等同于粘度，将接触角等更重要的指标排除在外;

(3)将千变万化的现场温度条件简化为23℃标准条件，现场和室内标准差别可达到10倍以上;

(4)将现场2～50kg的配浆量缩小至500g，散热和暴聚状态完全不同;

(5)引入以钢－钢粘结为核心的拉伸剪切强度指标，纯属误导;

(6)同一条件下，抗拉强度的测定结果3.7～12.6MPa，最大最小相差3.4倍，完全不能重复;

(7)在粘结强度很高的情况下还需要做抗渗试验，且引入以涂料为基础的抗渗压力和渗透压力比测试方法，将封闭环境用敞开方法来评估。

由上可见，环氧材料标准实属歪曲事实，错误百出，对于工程实践有害无益，在化灌技术规范中应彻底否定。

5．4 化灌技术规范中的处理

对于环氧材料而言，化灌技术规范应对下面项目进行测试，测试和养护均应在现场条件下进行，龄期均为28d，测试结果应满足浆液性能和固化物性能的基本要求(表6和表7)。如果工程项目要求较高，可根据实际情况适当提高指标。

表6 环氧树脂灌浆材料浆液性能

表7 环氧树脂灌浆材料固化物性能

注: a湿粘结强度: 潮湿条件下必须进行测定。

6 结语

(1)化灌技术规范提供的应当是化学灌浆总体方案，对应的是工程质量，目的是确保相关设施长期、安全、稳定运行，核心使用人群是设计部门和设计人员。

(2)具有突变性的灌浆材料是化学灌浆工程中最需要的特性，化灌技术规范中应予以明确。

(3)化灌技术规范编制中应对施工规范中过时的相关规定进行修正，以反映目前的技术水准。

(4)材料标准是“标准经济学”的产物，代表的是材料供应商的观点和利益，对于工程实践有害无益，纯属误导，在化灌技术规范中应彻底否定，根据工程实践重新确定测试方法和具体指标。