高滲透性環(huán)氧灌漿材料的應(yīng)用

1、第27卷增刊2002年12月廣 州 化 學(xué)Guangzhou ChemistryVol. 27Dec.， 2002高滲透性環(huán)氧化灌漿材及其在砼裂縫處理中的應(yīng)用冼安如 何泳生 葉林宏 楊玉芹 許耀光（中國科學(xué)院廣州化學(xué)研究所，廣東 廣州 510650）摘 要：概述了裂縫處理用的高滲環(huán)氧漿材研究成果，經(jīng)多處研究性施工應(yīng)用后，證明其在砼裂縫特別是潮濕的微細(xì)裂縫的補(bǔ)強(qiáng)、防水處理中作用顯著，達(dá)到和超過設(shè)計技術(shù)指標(biāo)。關(guān)鍵詞：高滲透性；砼裂縫處理；灌漿材料高滲透性環(huán)氧化灌漿材自1979年問世以來，已在低滲透性軟基的固結(jié)補(bǔ)強(qiáng)中發(fā)揮了積極的作用，取得良好的效果，獲得國際大壩會議專家組的肯定。這類新型材料以其優(yōu)異

2、的滲透性和良好的固結(jié)性以及較高的力學(xué)性能和異乎尋常的使用效果，早已引起眾多研究者的關(guān)注；但在混凝土裂縫處理方面的報道則相對較少，那是過去在認(rèn)識上存在誤區(qū)所致。目前國內(nèi)外的研究者都趨向于認(rèn)為，高滲透性環(huán)氧化灌漿材（簡稱為“高滲環(huán)氧漿材”）不僅能處理低滲軟基，也可處理混凝土裂縫，包括潮濕的微細(xì)裂縫，而且在研究和應(yīng)用方面的研拓中取得了長足的進(jìn)步，豐富了對“高滲透性”的認(rèn)知。在眾多補(bǔ)強(qiáng)類漿材中，真正能處理飽水混凝土微細(xì)裂隙的尚屬少數(shù)。究其原因，一是所研究出的補(bǔ)強(qiáng)類新型漿材較少，二是對這類裂隙補(bǔ)強(qiáng)處理與縫寬關(guān)系的認(rèn)識仍存在分歧，三是上述認(rèn)識上的“誤區(qū)”以為環(huán)氧漿液只能用于灌注縫寬0.2mm的裂縫，而0.

3、2mm尤其是0.05mm的“發(fā)絲縫”則不被選用，因而也對它的發(fā)展產(chǎn)生了一定的影響。近十多年來，我們在研發(fā)高滲環(huán)氧漿材及推廣應(yīng)用的同時，利用其滲透性高的優(yōu)點(diǎn)，有意識地將其向砼裂縫補(bǔ)強(qiáng)、防水、防蝕功能方面拓展，使它兼具對介質(zhì)的選擇性不強(qiáng)，對有飽和水存在的環(huán)境也不敏感等特性，因而取得了較好的效果。這些優(yōu)點(diǎn)都來源于對原有漿材實(shí)施“改性”，例如“惰性”稀釋劑的“反應(yīng)化”、增韌化和表面活性處理等“改性”后，賦予它具有一系列特點(diǎn)對介質(zhì)的親和力大為提高，成倍地降低了粘度、耐候性更增強(qiáng)和與同類漿材接近的力學(xué)性能，進(jìn)而開發(fā)出適于裂縫處理用的化灌漿材。本文將概述這些結(jié)果及其應(yīng)用事例。1 裂縫處理用高滲環(huán)氧漿材的研究

4、成果 1.1 稀釋劑的“富反應(yīng)化” 過去以為是“惰性” 的物質(zhì)，在“改性添加劑”的作用下，稀釋劑自身及其反應(yīng)產(chǎn)物能與主體鏈產(chǎn)生反應(yīng)的現(xiàn)象稱為“反應(yīng)化”，而使此反應(yīng)過程大為增速的則稱作“富反應(yīng)化”。這個過程不僅使體系滲透性增強(qiáng)，而且固結(jié)體收縮少、力學(xué)性能良好和降低漿材成本。富反應(yīng)化的典型曲線見圖1。它表明，不同添加劑使同一體系材料的力學(xué)性能可發(fā)生極大的差異，有時甚至達(dá)到數(shù)量級的水平，因此，研制這些改性添加劑及其富活性化作用就具有十分重要的意義。 添加劑YDS8060402000 環(huán)氧樹脂添加量/%(質(zhì)量)圖1 改性添加劑使惰性稀釋劑富反應(yīng)化無添加劑添加劑A抗壓強(qiáng)度/MPa104中化-798一般環(huán)

5、氧漿2YDS一般環(huán)氧漿10.01 0.1 1 5 時間/d粘度/mPa·s101102103 圖2 高滲環(huán)氧漿材與一般環(huán)氧漿材粘度變化差異 1.2 表面活性劑功能的擴(kuò)展 表面活性劑的加入使?jié){材對基底的接觸角大為降低，從而增強(qiáng)潤濕性，提升漿材的滲透能力，同時，使?jié){材對介質(zhì)的親和力值也隨之增加，并賦于漿材排水能力，有利于對潮濕且微細(xì)裂隙的吸滲1。1.3 深化了對表面處理劑作用的認(rèn)識 常用的表面處理劑是鈦、硅類元素有機(jī)物，藉助于化學(xué)反應(yīng)和/或物理纏繞，使有機(jī)無機(jī)物間實(shí)現(xiàn)牢固的連接。實(shí)驗(yàn)證明，不同成份的無機(jī)物應(yīng)使用各別的表面處理劑方能發(fā)揮這“牢固連接”的作用，即以氧化硅為主要成份的介質(zhì)使用含

6、硅的表面處理劑效果最佳，但當(dāng)介質(zhì)以碳酸鈣作主要成份時，則應(yīng)使用含鈦的表面處理劑；這種現(xiàn)象可用路易士酸堿理論加以解釋2。此外，表面處理劑的加入，使固結(jié)體的耐候性更佳，尤其在華南地區(qū)高溫高濕的氣候環(huán)境下，這是極可貴的使用功能。1.4 高滲環(huán)氧漿材的主要物理力學(xué)性能 如前所述，經(jīng)改性處理所制得的漿材起始粘度更低、滲透性更強(qiáng)，親和力更高且保持原漿材良好的力學(xué)性能，因而具有極好的使用性和更低的成本。表1 列舉了其中典型的一些物理、力學(xué)性能，圖2則以粘度隨時間而變化的關(guān)系說明它良好的使用性能。表1 幾種高滲環(huán)氧漿材的主要物理、力學(xué)性能名稱起始粘度mPa·s，20表面張力10-5N·cm

7、-1，20接觸角SiO2，20親和力比值*樂南SG798-LF5.513.03436 5621162019400-LF2.212.033344120133025YDS-LF2.212.032361162133293330323233名稱固砂體的力學(xué)性能 / MPa可滲入裂隙的滲透系數(shù)抗壓強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度Cm·s-1798-LF50801020104010-610-8400-LF406069183010-7YDS-LF70100814355610-8* 此為不同漿液對同一介質(zhì)下親和力的比值。其中，樂：樂山大佛紅砂巖，實(shí)驗(yàn)時的粒徑7090m。 南：西漢南越王墓墓道土，實(shí)驗(yàn)時的粒徑70

8、 90m，采用YDS-1作參照漿液。S：石英砂，實(shí)驗(yàn)時的粒徑65 90m。G：硅膠G，實(shí)驗(yàn)時的粒徑10 40m，采用YDS-4作參照漿液。顯然，同一介質(zhì)情況下親和力比值越大者，該材料的滲透能力越佳。2 高滲環(huán)氧漿材在裂縫處理中的應(yīng)用 高滲環(huán)氧漿材在砼裂縫中作補(bǔ)強(qiáng)防水的應(yīng)用已經(jīng)歷了多處研究性施工，處理后考查時間長的已超過十年，其效果是令人滿意的。部分實(shí)例見表2。它們不僅達(dá)到了原設(shè)計的技術(shù)要求而且顯示出一代比一代強(qiáng)的滲透能力，例如，萬家寨大壩壩基巖石樣品的室內(nèi)試驗(yàn)（圖3）表明：在無壓浸泡的條件下，漿液已自行充填入飽和水的微細(xì)裂隙中，這種排水能力的本質(zhì)是“漿液對介質(zhì)（此處是巖石）的親和力大于水對同一

9、介質(zhì)的親和力”1，因而漿液在排開裂隙水的同時自行充填入內(nèi)并固結(jié)，形成電鏡照片中（縫寬 0.05mm）的“漿脈”。 表2 高滲環(huán)氧漿材應(yīng)用在裂縫處理中的部份實(shí)例序號應(yīng) 用 地 點(diǎn)時間主要應(yīng)用地段和目的用材名稱使用效果1廣州珠江隧道1990隧道砼貫穿性裂縫（補(bǔ)強(qiáng)防水）400VI中化-798達(dá)到原設(shè)計技術(shù)指標(biāo)；400VI的可灌性更佳。2廣州青溪水電站大壩1991a）壩體貫穿性裂縫（補(bǔ)強(qiáng)防水）b）溢流面裂縫（補(bǔ)強(qiáng)）c）蝸殼（防水補(bǔ)強(qiáng)）YDS達(dá)到原設(shè)計技術(shù)指標(biāo)3廣東天堂山大壩1991壩體施工縫（補(bǔ)強(qiáng)防水）400VI達(dá)到原設(shè)計技術(shù)指標(biāo)4廣東飛來峽水電站大壩1996壩體裂縫（補(bǔ)強(qiáng)防水）溢流面裂縫（補(bǔ)強(qiáng)）YD

10、S達(dá)到原設(shè)計技術(shù)指標(biāo)5廣州某大廈地下室底板1995砼底板(1m厚)貫穿性裂縫(補(bǔ)強(qiáng)防水)YDS達(dá)到原設(shè)計技術(shù)指標(biāo)；取芯測試超過C30。6廣州地鐵公園前站1997砼墻體貫穿性裂縫（補(bǔ)強(qiáng)防水）YDS中化-798達(dá)到原設(shè)計技術(shù)指標(biāo)；YDS比798效果好。7廣州黃埔開發(fā)區(qū)廠房1999砼梁（1m厚）貫穿性裂縫（補(bǔ)強(qiáng)）YDS達(dá)到原設(shè)計技術(shù)指標(biāo)；取芯測試超過C30。8山西萬家寨大壩2001壩基巖樣室內(nèi)試驗(yàn)（無壓浸泡）YDS漿液飽滿充填0.02mm巖石裂隙（電鏡照片）圖3 萬家寨大壩壩基巖樣室內(nèi)試驗(yàn)的SEM照片表2的應(yīng)用實(shí)例中大約有一半現(xiàn)場的表觀縫寬僅為0.1mm（例如天堂山大壩、珠江隧道、廣州地鐵等），它們

11、都處在微滲水的狀態(tài)，但施灌后的檢測結(jié)果均達(dá)到原設(shè)計要求，表明現(xiàn)場條件下的結(jié)果與室內(nèi)試驗(yàn)的效果是可以互為印證的（例如萬家寨大壩、沙坡頭大壩巖樣的室內(nèi)試驗(yàn)），它們的排水和滲透、固結(jié)能力類同于過去用作低滲軟基處理用的環(huán)氧漿材。為便于區(qū)分，使用了“LF”作腳注?？紤]到我國幅員遼闊、南北溫差較大的情況，目前已將此類材料發(fā)展為南方型和北方型，兩者的差異主要是在溫差15下能控制其“粘度時間”曲線的相似性和近似的初凝時間，本質(zhì)上是控制高分子反應(yīng)的速率，而實(shí)用上則以利于施工應(yīng)用和達(dá)到良好的技術(shù)效果為目標(biāo)。表2實(shí)例中，一般情況下，灌后的現(xiàn)場測試（例如檢查孔、壓水試驗(yàn)、取巖芯等）獲通過后，還將取出的巖芯進(jìn)行力學(xué)性能

12、測試，其破壞的部位往往是砼而不是化灌漿材，即使如此，所測出的數(shù)據(jù)也足夠高，均符合原設(shè)計要求，這與漿材滲入砼毛細(xì)管中有關(guān)，典型的例子見表35。表3 青溪大壩裂縫化灌后巖芯的測試結(jié)果試樣號試件拉斷面積/cm2抗拉強(qiáng)度/MPa試件斷裂情況92819-292819-392819-492819-592819-64.834.765.184.994.902.181.871.661.762.34斷面的5%為原縫面新砼面拉斷斷面的65%為原縫面斷面的75%為原縫面斷面的50%為原縫面表4 化灌后的梁體取芯試件抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果試件編號梁體名稱齡期/d個別強(qiáng)度/MPa強(qiáng)度代表值/MPa備 注99-5-9-199-5

13、-9-2屋面梁屋面梁20345.45.55.46.46.15.35.55.9非粘結(jié)處斷裂非粘結(jié)處斷裂非粘結(jié)處斷裂非粘結(jié)處斷裂非粘結(jié)處斷裂非粘結(jié)處斷裂表5 地下室底板砼裂縫化灌后巖芯抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果試件編號取樣深度/m抗壓強(qiáng)度代表值/MPa備注518651875188518900.250.250.370.370.640.640.8636.735.936.637.3所有試件破壞處均遠(yuǎn)離裂縫10mm以外試件規(guī)格為高徑比2 ：1參 考 文 獻(xiàn)1 葉林宏等. 論化灌漿液與被灌巖土的相互作用. 巖土工程學(xué)報，1994，16(6)：4755.2 冼安如等. 環(huán)氧系化灌漿材中偶聯(lián)劑作用的研究. 粘合劑，199

14、0（3）：3033.Grouting Materials of High Permeability Epoxy Resin andTheir Application in Concrete CrocksXIAN An-ru, HE Yong-sheng, YE Lin-hong, YANG Yu-qin, XU Yao-guang（Guangzhou Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510650）Abstract: A new chemical grouting materials have been

15、 developed for the treater of concrete crocks. It possesses high permeability and excellent mechanical properties. It can be grouted in micro-crock and is suitable for reinforcer and waterproof.Key words: high permeability；treater for concrete crocks；grouting material一高滲環(huán)氧漿材在裂縫處理中的應(yīng)用高滲環(huán)氧漿材在砼裂縫中作補(bǔ)強(qiáng)防水

16、的應(yīng)用已經(jīng)歷了多處研究性施工，處理后考查時間長的已超過十年，其效果是令人滿意的。部分實(shí)例見表2。它們不僅達(dá)到了原設(shè)計的技術(shù)要求而且顯示出一代比一代強(qiáng)的滲透能力，例如，萬家寨大壩壩基巖石樣品的室內(nèi)試驗(yàn)（圖3）表明：在無壓浸泡的條件下，漿液已自行充填入飽和水的微細(xì)裂隙中，這種排水能力的本質(zhì)是“漿液對介質(zhì)（此處是巖石）的親和力大于水對同一介質(zhì)的親和力”1，因而漿液在排開裂隙水的同時自行充填入內(nèi)并固結(jié)，形成電鏡照片中（縫寬 0.05mm）的“漿脈”。 表2 高滲環(huán)氧漿材應(yīng)用在裂縫處理中的部份實(shí)例序號應(yīng) 用 地 點(diǎn)時間主要應(yīng)用地段和目的用材名稱使用效果1廣州珠江隧道1990隧道砼貫穿性裂縫（補(bǔ)強(qiáng)防水）4

17、00VI中化-798達(dá)到原設(shè)計技術(shù)指標(biāo)；400VI的可灌性更佳。2廣州青溪水電站大壩1991a）壩體貫穿性裂縫（補(bǔ)強(qiáng)防水）b）溢流面裂縫（補(bǔ)強(qiáng)）c）蝸殼（防水補(bǔ)強(qiáng)）YDS達(dá)到原設(shè)計技術(shù)指標(biāo)3廣東天堂山大壩1991壩體施工縫（補(bǔ)強(qiáng)防水）400VI達(dá)到原設(shè)計技術(shù)指標(biāo)4廣東飛來峽水電站大壩1996壩體裂縫（補(bǔ)強(qiáng)防水）溢流面裂縫（補(bǔ)強(qiáng)）YDS達(dá)到原設(shè)計技術(shù)指標(biāo)5廣州某大廈地下室底板1995砼底板(1m厚)貫穿性裂縫(補(bǔ)強(qiáng)防水)YDS達(dá)到原設(shè)計技術(shù)指標(biāo)；取芯測試超過C30。6廣州地鐵公園前站1997砼墻體貫穿性裂縫（補(bǔ)強(qiáng)防水）YDS中化-798達(dá)到原設(shè)計技術(shù)指標(biāo)；YDS比798效果好。7廣州黃埔開發(fā)區(qū)廠

18、房1999砼梁（1m厚）貫穿性裂縫（補(bǔ)強(qiáng)）YDS達(dá)到原設(shè)計技術(shù)指標(biāo)；取芯測試超過C30。8山西萬家寨大壩2001壩基巖樣室內(nèi)試驗(yàn)（無壓浸泡）YDS漿液飽滿充填0.02mm巖石裂隙（電鏡照片）圖3 萬家寨大壩壩基巖樣室內(nèi)試驗(yàn)的SEM照片 提交物品清單1 護(hù)照 正本 G02150189 G021501902 照片3 身份證 復(fù)印 各 2 份4 戶口本 復(fù)印 1 份5 房產(chǎn)證 復(fù)印 1 份 032 0283 號6 結(jié)婚證 正本 356 號7 退休證 正本 219 號(2000.6.30) 1 份 220 號(1999.12.30) 1 份8 個人資料表 各 1 份9 存折 工資 活期 工行沙河辦 3

19、60 200 270 100 052 5450 (xian) 360 200 270 100 052 1168 (L. ) 定期 工行西湖支 360 206 861 600 063 1814 (9.215) (xian) 工行黃花料支 360 207 441 603 011 5084 (19.7) (L. ) 四川弘澤律師事務(wù)所: 函悉。首先，對貴所的辦事效率之高表示由衷的敬意，從函件的措詞看，你們對此個案已做了許多工作。 閱此傳真件后，我認(rèn)為寫得很好，除個別地提出了意見外(P. 1上三處、 P.2 上一處)，末尾的倒數(shù)笫二行可否這樣表達(dá): 按國家有關(guān)法律法規(guī)，妥善賠償，給出一個滿意的處理結(jié)果

20、。 又，在已留給貴所的(整個過程的)復(fù)印手寫件中所提及車輛到達(dá)瓦斯溝、隨后又開出時我對曹先生的對話一段，是否可在此補(bǔ)充上? 請酌定。(有助于該公司認(rèn)定曹先生所應(yīng)付的責(zé)任)此致敬禮 冼安如 上.2 nd.,Sept.,2005. 我所了解的龍羊峽水電大壩左岸基礎(chǔ)2530 廊道偉晶巖劈理帶(G4) 復(fù)合灌漿處理后取樣的情況及其他龍羊峽水電大壩是由西北院設(shè)計的、黃河上游龍頭電站大壩，其壩高是當(dāng)時(上世紀(jì)八十年代)中國大陸第一高壩。由于壩基及壩肩上存在大范圍的軟弱破碎帶-偉晶巖劈理帶，若不開展有效的工程處理，當(dāng)蓄水運(yùn)行后，將會產(chǎn)生滑移并危及大壩的安全(此論點(diǎn)是清華大學(xué)模擬試驗(yàn)后所得出的結(jié)論)。經(jīng)時任水

21、電四局的局長、總工、總工辦等同志的努力申報，由當(dāng)時的水電部長錢正英與中科院院長盧嘉錫會商，確定由00639部隊、四局和中科院廣州化學(xué)所等共同進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)和施工性試驗(yàn)。試驗(yàn)后開展了相應(yīng)的取樣分析、水下錄像分析等后續(xù)研究工作。冼安如先生的樣品盒內(nèi)龍羊峽G4的巖芯就是這些取樣的一部分。此項(xiàng)研究的結(jié)果后來榮獲中國科學(xué)院一等獎，而且得到國際大壩會議執(zhí)委會專家組的充分肯定;在中科院院級鑒定會上，本成果被認(rèn)定為國內(nèi)首創(chuàng)、居世界領(lǐng)先地位。專家們在現(xiàn)場考查和審視了取樣巖芯后，對此預(yù)工作給予了高度的評價。據(jù)我所知，冼安如先生的樣品盒內(nèi)有兩塊特別值得一提的樣品-一是龍羊峽壩基上的G4 化灌后的取樣巖芯，一是萬家寨大

22、壩高剪力硐微裂縫取樣巖心的室內(nèi)試驗(yàn)后的切割樣，它們均為我國化灌學(xué)界和工程界的代表性作品之一，具有極重要的研究意義和工程實(shí)際意義，也是極難獲得的實(shí)物樣品，因而，它們都是極其珍貴的。這兩個樣品過去我都看到過。 冼先生此次康定小天都電站之行所攜的樣品盒中就有這兩件樣品-含泥化夾層的偉晶巖劈理帶經(jīng)復(fù)合灌漿處理后、由00639部隊使用先進(jìn)的取芯技術(shù)和設(shè)備在左壩肩2530廊道下所取得的典型巖芯和萬家寨大壩高剪力硐巖芯微裂隙室內(nèi)模擬化灌試驗(yàn)后的切割樣-這是我所了解的冼先生外出工作時的習(xí)慣，亦即除文字說明、介紹外，以典型的取樣讓有關(guān)方一目了然，更容易接受和了解。 上述樣品的科學(xué)意義和技術(shù)價值在于:前者是世界上

23、首次用復(fù)合化灌法取代傳統(tǒng)的開挖回填(砼)來處理低滲性軟弱基礎(chǔ)的大型施工實(shí)踐后的取樣，不僅為國家節(jié)約了大筆資金，同時又使人們對低滲透性軟弱基礎(chǔ)處理的理論和實(shí)踐認(rèn)識前進(jìn)了一大步，就龍羊峽大壩而言，這項(xiàng)工作的結(jié)果，所產(chǎn)生的直接和間接的經(jīng)濟(jì)效益就超過一億元。后者表明，在無壓或只需很低的壓力，高滲透性漿材就可以自行滲入飽和水的巖石的細(xì)小裂隙中并固化、達(dá)到良好的補(bǔ)強(qiáng)固結(jié)目標(biāo)，因而對萬家寨或類似的工程處理投標(biāo)具有打基礎(chǔ)的良好作用。此外，對總體施灌方案的制訂也有重要的指導(dǎo)作用。 至于取自青溪大壩的、經(jīng)化灌處理的壩體砼裂縫的芯樣等，雖也曾在樣品盒中看到過，因本人對此不了解，在此就不評價了。 國家電力總公司西北水

24、利水電工程公司 專業(yè)總工程師 師存祿 謹(jǐn)識 年 月 日 我所了解的龍峽水電大壩左岸基礎(chǔ) 2530 廊道偉晶巖劈理帶(G4) 復(fù)合灌漿處理后取樣的情況及其他龍羊峽水電大壩是由西北院設(shè)計的、黃河上游龍頭電站大壩，其壩高是當(dāng)時(上世紀(jì)八十年代)中國大陸第一高壩。由于壩基及壩肩上存在大范圍的軟弱破碎帶-偉晶巖劈理帶，若不開展有效的工程處理，當(dāng)蓄水運(yùn)行后，將會產(chǎn)生滑移并危及大壩的安全(此論點(diǎn)是由清華大學(xué)模擬試驗(yàn)后所得出的結(jié)論)。經(jīng)時任水電四局的局長、總工和總工辦等同志的努力申報，由當(dāng)時的水電部部長錢正英與中國科學(xué)院院長盧嘉錫會商，確定委派00639部隊、四局和中科院廣化所、水電部基礎(chǔ)局、水科院等共同進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)和施工性試驗(yàn)。試驗(yàn)后開展了相應(yīng)的取樣分析、水下錄像分析等基礎(chǔ)性和工程方面的后續(xù)研究工作。冼安如先生的樣