用水溶性聚氨酯灌浆技术处理船闸混凝土裂缝浅析

马山埠船闸位于安徽省宣城市南漪湖，闸室为U型结构，净宽12m，总长110m。沉降缝将闸室分为8段：首尾两段各长10m，中间6段各长15m；闸室侧墙为钢筋混凝土悬臂式结构，净高11.4m，底宽2m，顶宽0.5m，混凝土设计强度为C20，采用泵送混凝土浇筑。施工顺序：首先是底板部分浇注施工，全部底板施工完毕后，开始墙体施工。

    二、病害分析

    船闸侧墙除首尾两段外，均出现与主筋受力方向平行的裂缝（竖向），共32条，其中大于0.2mm的裂缝22条，多数裂缝已贯穿。裂缝两端尖灭于侧墙净高5.4m至底板的施工缝范围内，即发生在混凝土厚度等于或大于1.0m的墙体区间。初步分析：这些裂缝出现的主要因素之一是由于底板与墙体施工时间间隔过长，底板的混凝土体积收缩基本停止，约束了墙体混凝土收缩所致。这种由于工序安排不合理导致的裂缝，为大体积混凝土施工过程中常见的非结构性受约束温缩裂缝。由2002.4～2003.4相隔一年的两份检测报告进行对比，裂缝在观测期间相对稳定。

    实际上，有经验的设计师应该考虑到大体积混凝土施工中，采用泵送混凝土是比较方便和经济的。在设计时，适当缩短侧墙长度、加密伸缩缝，即可避免裂缝的发生。同样，有经验的施工人员在选择使用泵送混凝土时，应考虑选择低水化热水泥（比如大坝水泥、矿渣水泥等），或在设计混凝土配合比时考虑掺和适当比例的粉煤灰替代水泥，或其他物理和化学的措施（用于控制塌落度、或适当延缓混凝土的胶凝时间），以降低和消散水化热，并在施工顺序上做到尽可能缩短底板和墙体的施工时间间隔，使底板和墙体的混凝土体积收缩尽可能同步，均可以避免裂缝的大面积发生。

    由于裂缝平行于侧墙主拉应力（平行于结构短边），并不影响建筑物的功能及使用。但船闸投入运行后，水位升降频繁，裂缝与侧墙外的土体水位发生联系，引起双向补水。双向流的作用将延迟乃至破坏土体在裂缝周围形成的自然反滤层；当水位下降过快时，还可能在裂缝处产生负压，导至土体中的细颗粒大量流失，使靠近侧墙的土体出现渗流破坏，引起土体塌陷。因此，必须对贯穿裂缝进行封闭处理。

    常见的封缝处理有化学灌浆、封闭裂缝、堵漏等方式。从本工程的情况看应以环氧树脂灌浆为最佳方案：即可以封闭裂缝，还能保护钢筋免遭水气的锈蚀，又可以达到混凝土补强的作用。由于环氧树脂灌浆方案必须将贯通裂缝完全封闭才能达到灌浆的效果（浆液充满裂缝），然尔，裂缝处理的最佳时机已经错过：裂缝发生后未及时处理，一年后的现在，侧墙背面的填土已覆盖了裂缝，完全封闭裂缝已属不可能。在现有的条件下只能采取水溶性聚氨脂灌浆封堵裂缝，或裂缝表面封闭等措施。

    这一工程案例给我们一个启示：在施工过程中，发现裂缝应及时观察、及时分析、及时处理，才能达到最佳的治理效果。

    三、水溶性聚胺脂灌浆处理裂缝的工作原理。

    当水溶性聚胺脂灌浆材料在压力作用下进入裂缝，与裂缝中存留的水或水汽 — 水溶性聚胺脂催化媒介结合，即刻产生化学反应并膨胀，在很短的时间内形成密实的弹性胶凝体，堵塞裂缝，达到防渗的目的。

    由于水溶性聚胺脂灌浆材料成胶时间很短，对于大体积混凝土来讲，不可能充满裂缝。水溶性聚胺脂灌浆材料进入裂缝的深度与裂缝宽度相关：裂缝越宽，浆液流速越大，进入裂缝就越深，灌浆效果越好。

    水溶性聚胺脂初始膨胀率能够达到100％，形成胶凝体以后，第一次膨胀消失，但具有很好的弹性，成为稳定的类似止水橡皮的弹性体。一般来讲，水溶性聚胺脂灌浆技术适用于处理稳定型（非活动型）裂缝的防渗工程，并在裂缝开展最宽的时机 — 当地最低气温下施工效果最好。

四、施工

    方案制定

    宽度大于0.2mm的裂缝采用水溶性聚胺脂浆材进行灌浆处理；小于0.2mm裂缝采用环氧树脂胶封缝（对于干燥缝：采用改性环氧树脂基液封堵；对于潮湿缝：尽可能采用水溶性聚胺脂灌浆，止水干燥后采用改性环氧树脂基液封闭。灌浆困难的裂缝采用“堵漏灵”堵漏止水，干燥后用改性环氧树脂基液封闭）。

    裂缝灌浆施工工艺及操作步骤如下：

    4.1灌浆施工操作步骤：清理裂缝→固定灌浆咀→封闭裂缝→通气试验→配置浆液→灌浆→环境保护

    4.2、施工工艺及关键技术措施

    4.2.1为了保证封缝质量，应清除裂缝周围的析出物及其他残留物，裂缝两边各5cm内的混凝土表面，打磨出均匀的新鲜面。

    4.2.2根据水溶聚氨酯进浆特性和施工经验，若要达到满意的灌浆效果：裂缝宽度在0.5mm以上，设置灌浆咀的距离应在0.5m左右；裂缝宽度在0.4mm~0.5mm，灌浆孔距0.4m左右；裂缝宽度在0.3mm~0.4mm，灌浆孔距0.3m左右；裂缝宽度在0.3mm以下，灌浆孔距0.2m左右。裂缝越窄，越容易堵塞，灌浆咀的孔距就应该越小。还需注意灌浆咀应设在缝隙明显且较宽的部位。

    在裂缝上安装的灌浆咀，多数是用于观察裂缝是否通畅、灌浆是否顺利。一旦某个灌浆咀不出浆，就要立即进行检查，分析原因、找出对策进行处理。否则就可能造成裂缝内的聚胺脂弹性体不连续，影响防渗效果。

固定灌浆嘴的作用是灌浆和便于观察灌浆效果。灌浆嘴应固定在设计好的灌浆孔位置并采用骑缝的方式安装灌浆咀，裂缝尖灭处及断开、分岔部位应加密。

    当裂缝为干燥表面，灌浆咀采用粘结法固定，使灌浆咀能承受一定压力。当裂缝为潮湿表面，应使用快干水泥固定基座或打孔后清洗孔眼，将灌浆管固定在孔眼内。上述方法均要保证孔眼与裂缝畅通，灌浆嘴不松动。

    4.2.3、对于不渗水的干燥缝：首先用环氧腻子均匀封缝，然后使用结构胶将裂缝两边各2.0cm范围内的表面批2.0 ~ 5.0mm厚做第二道密封层，以确保灌浆时裂缝中的浆液不会泻漏。潮湿缝：首先用堵漏剂堵水，待干燥后，在裂缝两边各2.0cm宽的范围用结构胶批2.0 ~ 5.0mm厚做为保护层，确保裂缝不漏浆。

    4.2.4、通气试验的目的是为了了解灌浆孔与裂缝是否通畅，检查封缝是否有效，确定可否灌浆。

    以不大于设定灌浆的压力气体充入裂缝中，详细观察每个灌浆孔的通畅情况：封闭后的裂缝是否漏气，周边混凝土是否有漏气孔。认真填写试气纪录，把发现的问题、部位详细填写清楚。

    4.2.5、根据裂缝的缝宽估计可灌程度，配制适宜的浆液。浆材配制时应置于容器中，用搅拌器均匀搅拌至色泽均匀。搅拌用容器内及搅拌器具不得有油污及杂质。应根据裂缝宽度、环境温度决定浆材的每次拌合量，并严格控制浆液不得长时间暴露在空气中。

    4.2.6、按由下而上的顺序进行灌浆。灌浆过程中，应保持工作压力在0.1 ~ 0.3mPa，当灌到最后一个灌浆嘴时，应适当加大压力迸浆。迸浆期间应观察是否还在进浆，灌浆结束标准以不吸浆为原则，如果吸浆率小于0.01升/分钟，应维持至少10分钟，可做为结束标准，停止灌浆。要求进浆均匀，计量准确，计录详细无误。

    4.2.7、对于有外观要求的建筑物，在裂缝灌浆前必须采取表面保护措施，防止浆液污染建筑物；在浆液固化以后，必须沿裂缝走向，凿除封缝用的结构胶、灌浆嘴及残留物，并用聚合物水泥砂浆找平对裂缝表面进行防护。所有施工残留物必须清理出现场。

    五、质量控制标准

    在许多场合都有人询问：为什么混凝土病害处理行业很少见到规范？施工的质量优劣如何判定？

    由于混凝土病害处理技术往往是大专院校、科研院所研究成果的产物，至今还未形成统一的行业质量标准。但是，在实践过程中，多数企业对水溶性聚胺脂灌浆技术的质量标准还是具有共识。河南省水利科学研究所对水溶性聚胺脂裂缝灌浆施工的质量要求如下：

    5.1、灌浆处理后的裂缝没有明显渗水现象，局部出现面湿（不渗水），为合格。灌浆处理后的裂缝没有渗水现象为优良。

    5.2裂缝表面基本平整、干净，遗留少量的浆液，水泥防护层硬化后仅出现极少的鼓泡、脱落为合格。裂缝表面平整干净、美观，基本没有残留浆液，水泥浆硬化后没有出现鼓泡、脱落，为优良。

    5.3灌浆资料基本齐全、整洁,记录基本清晰为合格。灌浆记录资料齐全、整洁，记录清晰、详细为优良。

每一项病害处理工程的成功与否，关键取决于病害成因分析的正确以及处理方案制定的合理。有经验的施工队伍固然重要，但不起决定性作用，这也是行业规范迟迟不能出台的原因。我们只能根据具体情况制定适宜的技术措施及质量要求，以达到设计方案制定的目标和要求。因此，以上质量要求，仅仅是对作业班组施工行为的一般规范。

    六、结束语

    工程病害产生原因是复杂多样的。与地质勘探、工程设计、工程施工、自然与人为的多种因素相关，还有不确定因素的影响。工程病害处理这一行业的魅力在于不断探索未知，靠行业专家的智慧分析原因、解决问题，具有挑战性的同时也存在很高的风险