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弹性环氧树脂补强固结灌浆材料的性能研究及应用
2013-06-15 13:22来源:中国科学院广州化学研究所 作者:石小华,黄晓文,黄应辉
以改性环氧树脂作为混凝土裂缝补强加固或防渗堵漏灌浆材料已经得到广泛的应用。如何使浆液的粘度有较大范围的变化, 具有良好的可灌性, 又保持固结体优良的抗压强度和粘结强度等性能, 且各浆材之间有良好的相容性, 以适应工程处理中不同裂缝的灌注, 是环氧树脂类灌浆材料进一步适应市场需求、开拓应用前景急待解决的问题。
1 实验部分
1. 1 原料
环氧树脂E-44、糠醛、丙酮、塑性改性剂、固化剂DETA 均为市售工业级、改性胺为自配制。
1. 2 浆材配制
弹性环氧浆材由环氧树脂、亚糠基丙酮、活性稀释剂、增塑剂及固化剂组成。
1. 3 性能测定
粘度 在恒温条件下, 用德国Rheo test-2 型旋转粘度计测定。
抗压强度 用德国LO S 万能材料试验机测定。
粘结强度 水泥砂浆八字模拉开法, 用国产水泥抗张抗折试验机测定。
2 结果与讨论
2. 1 粘度与性能关系
在化学灌浆工程中, 不同的裂缝需要不同的浆材来灌注。伸缩缝、施工缝一般较宽, 应灌注粘度较大而弹性好的浆材, 避免流失; 而应力缝一般较细, 浆液粘度太大就难以灌进去。粘度是浆液的一种固有特性,多数化学浆液的粘度取决于浆液中所含稀释剂用量的多少。在以往有的施工应用中, 一些施工人员为了贪图方便, 将丙酮任意作浆液的稀释剂使用, 以解决粘度太高、可灌性不良的问题。
我们研究了稀释剂丙酮的添加量对浆液固结体抗压强度的影响。图1 是在自配1713 号弹性环氧树脂浆液中的丙酮添加量与其固结体抗压强度的关系。结果表明, 在浆液中加入丙酮后, 其固结体的抗压强度迅速下降, 当浆液中的丙酮量加到15% (重量) 时,其固结体的抗压强度降低近10 倍。实验表明, 单纯用丙酮作稀释剂虽然可以降低浆液的粘度, 增加可灌性, 但使固结体的抗压强度大大地降低。
为了降低浆液的粘度, 又保持其固结体有较高的抗压强度、粘结强度等性能, 我们经过大量的配方试验, 使浆液的粘度从低到高, 弹性从小到大, 得到应用范围很广的浆材系列产品。在实际应用中可以根据不同的工程要求, 不同的裂缝大小, 选择合适的浆液进行灌浆处理。其中几种主要配方浆液的性能见表1。
* 粘度测定为25℃, 固结体龄期1 个月。
配方中的1045 号浆液粘度很低, 但强度高, 渗透力强, 可灌至0. 01～ 0. 1 mm 的细缝, 浆材可渗透到混凝土内部, 使受损层加固; 1713 号浆液的强度高但粘度大, 适合灌注0. 2 mm 以上的裂缝(可控制流失) ; 1182 号浆液的粘度则介于两者之间。几种浆液的粘结强度都超过水泥砂浆八字模本身的断裂强度,所有样品均为非粘结面断裂。
图2 是几种浆液粘度与胶凝时间的关系。通过调节各组分的配比, 调整和控制浆液适用期从几十分钟至数小时。因此, 我们研制的浆材既可用于细微裂缝的防渗处理, 又可用于封堵较大的伸缩缝和施工缝。
图3 是几种浆液的初始粘度(加固化剂后5m in)与其固结体抗压强度(龄期1 个月) 的关系。从图3 可以看出, 加丙酮稀释剂的1713 号浆液的粘度随着稀释剂的加量增加而降低, 但其固结体的抗压强度也随着粘度的降低而急剧下降。而我们研制的不同配方的浆材(1713、1182、1045) 从稠到稀, 初始粘度在一个很宽的范围变化(40～ 680 m Pa·s) , 但是浆材固结体的抗压强度基本保持不变(90～ 120M Pa)。
2. 2 固化剂与性能的关系
表2 是固化剂对固结体抗压强度的影响。常用的胺类固化剂有毒性。一些施工现场如坑道、地下室等,由于通风不好, 气味大, 灌浆施工对操作人员的健康不利。为此, 我们配制了改性胺固化剂, 降低了毒性和挥发度, 减低了容易暴聚的程度, 使固化条件缓和, 增加了浆材的柔韧性, 又保持其固结体优良性能。实际施工中, 通过调节使用两种不同的固化剂及其比例,可以调节浆材的软硬程度和可灌时间。
2. 3 应用实例
实例1 1996 年本课题组采用弹性环氧化学灌浆材料对珠海某大桥的桥墩承台进行裂缝灌浆补强。承台裂缝最宽约为16 mm , 最细为0. 01 mm , 成龟裂状, 总长约250m。施工中根据进浆速度调节配方, 分别用1045 号、1182 号和1713 号三种浆液进行灌注,在灌浆过程中可见一些极细的裂缝亦有浆珠冒出。灌浆结束后三天, 用U150 mm 合金钻头钻取混凝土裂缝芯样观察和检查浆材充填情况, 发现裂缝充填完整, 粘结牢固, 混凝土之间的局部间隙也被浆材挤满包裹, 裂缝内环氧浆脉连续性较好。经测试, 现场粘结的水泥砂浆八字模的粘结强度超过4. 0M Pa, 均为非粘结面破坏。
实例2 广州市某大厦三层地下室停车场, 混凝土壁厚40～ 45 cm , 因在高温季节施工, 浇注混凝土温升较高, 产生应力裂缝近300 多条, 大多数缝宽0. 2 mm 以下。采用1182 号和1713 号弹性环氧浆液进行凿槽封缝注浆处理, 施工期间经过1996 年初的大寒潮, 有些部位出现新裂缝, 但是补过的缝没有发现重新开裂现象。
实例3 广州市某大厦, 设计采用箱形基础, 底板厚2m , 分两层浇注, 在第二层钢筋已扎好时发现第一层有开裂的缝。直接用针筒将1045 号和1182 号浆液注入缝内, 让其自然渗透, 直至缝面有浆液冒出为止。一星期后开挖检查, 发现浆液能渗到基础底部。
3 结束语
弹性环氧树脂补强固结灌浆材料是以亚糠基丙酮改性环氧树脂为基础的注浆材料, 已得到广泛的应用。我们根据施工的需要进一步完善配方, 使之具有更优良的物理性能, 以满足各类化灌工程的要求。采用具有良好相容性的不同浆液的组合, 在一个很宽的粘度变化范围内, 浆材固结体的抗压强度和粘结强度基本保持不变, 对保证施工质量和改革施工工艺提供了有利条件。 (责任
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