新型高韧性高强灌浆材料研究及应用

续汹藕窿渝瘫舜命麟鬃事藕仁 浪舞毒矫赓渗 新型高韧性高强灌浆材料研究及应用 马文娟 叶跃 忠 西 南交通大学 , 土木工程学院 , 成都 【猛 要卜 通过力学性能选择主剂组分 , 用红外光谱分析韧性和强度提高机理 , 给出优化配方 · 结合四川 某工程应 用 , 利用超声波方法进行修补前后检测 , 获得预期混凝土缺陷整治效果 。 味键词 灌菜材料碑外光徐 柳山 裂缝 ‘ 帅图分类号 ‘ 刃 文献标识码 】 文章编号卜 一 一 一 前 言 建筑结构混凝土拆模后 , 常出现各种缺陷 , 如 麻面 、 蜂窝 、 孔洞 、 掉角 、 露筋等 , 这些缺陷导致 建筑物使用功能降低 , 甚至造成结构破坏和倒塌 · 以房建为例 , 通过建筑结构可靠性鉴定 , 将房屋评 为 、 、 、 等 个等级 。 对评为 或 级的 , 应采取加固措施 , 避免缺陷不断延续和扩展 、 保证 工程的安全 。 处理上述缺陷的方法有灌浆法 、 加设 钢筋混凝土外套法 、 外包型钢法等 。 其中压力灌浆 法主要用来处理钢筋混凝土的裂缝 、 空洞等 。 目前 常用的灌浆材料有水泥类和环氧树脂类 。 采用环氧 侧剔辈浆修补混凝土柱 丫 梁等的裂缝在国内外应用 较为普遍 。 环氧树脂与混凝土 · 金属 、 木材均有很 高的粘结力 , 且抗渗耐磨隆好。 但环氧树脂也存在 收缩较大 、 易脆的缺点 , 故需要进行改性处理 , 以 满足工程要求。 本研究将分别具有强度高的环氧树 脂和韧性好的聚氨酚材料合为一体 , 通过特定工艺 配制 , 使复合物综合性能有较大幅度提高 , 适合较 广泛的工程应用 。 试验情况及分析 原材料 由工业品多异氰酸醋与聚醚自配聚氨醋 , 号 环氧树脂混配糠丙液稀释剂 , 胺类及锡 盐类固化剂 。 主剂试验结果及分析 主剂试验采用芳香族改性的脂肪胺类化合物作 固化剂 , 同时掺人适量稀释剂 、 增塑剂和促进剂 。 主剂成分由正交取量后棍配加热 、 恒温 、 自然 冷却 , 最后加人助剂 , 正交设计试验结果如 , 分析结果见图 。 表 主剂正交试验结果 试试验号号 , ,, 斗斗 ‘ 聚聚醚 多多异氰酸酉旨 幼幼 几 吕吕 环环氧树脂 馆 。 , 。 久 , 、 , 以 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 晰混凝土技术 张四粼 「 建材》彝卯与年第乌期 。 ‘ , 、、、‘ 一 一伙 一刊卜一一 聚醚醚 一一 卜一 多异氰酸酷酷 人人 丁丈 专月 王华 匕匕 月月 “ · , ’ 社恻 月百百 气乙 日夕︶犷 聚醚 多异氰酸酚〔动 环氧树脂 杭冲击强度 ﹄︶刃体,、 ︵门山︺式丫国 加 一全一 聚醚 多异氰酸酉旨 环氧树脂 抗压强度 飞 聚醚 多异氰酸酮 环氧树脂 一一 产级公丫‘‘‘‘‘‘‘‘‘ ⋯⋯⋯宁黔 ⋯ 聚醚醚醚 夕 曰 愉砒而七七七生 声 月目刁父臼日日日 奋奋奋 环氧树脂脂脂 ︵月芝︶招国 醚淤 幼 览 与 多异氰酸酉旨卿 环氧树月旨。 。 粘结 强 度 图 主剂成分及掺量与性能正交关 系分析 物 , 它的活泼氢与多异氰酸醋的反应是聚氨醋产生 胶结及固化强度的重要反应 , 因此聚醚掺量合适对 保证聚氨醋 。 及 。 的发展是有利的 , 而且重要的 是聚醚中的经基可与环氧树脂的经基和环氧基发生 醚化反应 , 有增加环氧树脂塑韧性 的作用 , 使 气 抗冲击强度 值上升 。 但聚醚掺量较多 , 。 将下 降 , 原因是聚醚增加后 , 呈 自聚形式 固结体增多 , 而聚醚的 自聚 固结体 。 较低 , 故应综合考虑对力 学性能的影响作用 。 环氧树脂分子结构中具有极性醚基 一 一 , 因此 , 使树脂具有良好的粘结性 , 并且由于分子结 构中两端的环氧基及键中间的经基都是极活泼的官 能团 , 因而当加人到主剂中时 , 一方面能在固化剂 作用下 自身发生交联反应而生成不熔的网状结构产 生强度 , 另一方面也能与多异氰酸酷反应产生 固 结 。 图 及图 为聚氨醋主剂及环氧和聚氨醋混合 主剂 的 红 外 光 谱 图 , 单 聚 氨 醋 红 外 光 谱 在 一 ’处有一极强的 一 伸缩振动吸收峰 。 较 多游离 一 的存在使无隔绝大气固化的聚氨醋抗 压及粘结强度较低 。 而聚氨酷与环氧树脂各掺 主剂光谱在 一 ‘处有一较弱 一 吸收峰 , 主剂中残存 一 基较少 , 在环氧树脂抗压强 度和粘结强度得到保证的情况下 , 朔韧性提高 。 若 环氧树脂掺量超过 , 光谱图 一 完全消失 , 主剂固化后芳环结构稠密度加大 , 主剂的稳定性提 高 , 环氧树脂强度很高 , 但脆性增加 , 朔韧性下 降 。 如表 中 , 配方 , 聚醚 、 多异 氰酸醋 、 环氧树脂 时 , 主剂的 。 及 尺 分别为 和 , 、 为 , 浆材既保持了环氧树脂强度较高的特 点 , 且朔韧性也好 , 为优选配方 。 ︵色哥氮阔 由图 可知 , 聚氨醋主要成分之一多异氰酸醋 用量增加 , 。 抗压强度 和 。 粘结强度 在 一定范围内增大 , 这与理论分析是一致的 , 就聚氨 醋本身来说 , 主要是由多异氰酸酷与固化剂作用或 自聚固化产生强度 , 使材料的基本力学性能得以保 证 。 但多异氰酸醋过多时 , 主剂中反应封端基 很容易与空气中水分反应生成胺 , 并放出二氧 化碳 , 使主剂产生气泡 , 会降低强度 , 其封端基主 要反应如下 一 气 书 」。 卞 聚氨酷中的另一成分聚醚是具有轻基 的化合 波数 厂 图 液化单聚氨醋红外光谱图 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 事︶粉每剑 叩 波数 一 今 环氧树脂 印 ︵孚︶评盆州 波数 一 , 心一丫、一以件一、一们扒 环氧树脂 图 掺环氧树脂主剂红外光谱图 二业二三三立三鲤些鲜赞 助剂组成及掺量对浆材性能的影响 ‘ 在灌浆材料 中 , 助剂对性能 的影响是非常大 的 , 本研究对部分助剂进行了试验探讨 · 选取材料 组合如下 以前述优选主剂配方为基础 , 对芳香族 改性的脂肪胺与锡盐混合固化剂 、 糠丙混合 稀释剂 。 和二丁脂增塑剂 刃 进行试验研 究 , 正交试验结果如表 由表 可 知 , , 和 几 掺 量 分别为 主封的 、 掺量为主剂的 姆 时 一 , 、 。 及 。、分别 为 、 。 和 , 几项指标均较 高 。 , 既是环氧树脂的固化剂 , 能催化环氧树脂 基团的固化 , 也是聚氨醋的链增长剂 , 其分子中脂 芳族胺分子的活泼氢和锡盐对多异氰酸醋的胶联起 促进作用 · 既成为聚氨醋中异氰基封端预聚体的固 体增强剂 , 又使超量聚醚组分迅速成为进人环氧树 脂中的柔性分子链 , 减少了固化树脂交联点间链运 动的势垒 , 从而大大降低环氧树脂本体的模量 , 提 高了抗冲击强度 , 因此 既提高强度 , 又能保持 聚氨醋组分聚醚的醚化增塑效果 。 但掺量过多 , 塑 韧性会下降 , 更主要的是其它强度也会下降 , 故笔 者认为以掺量 为好 。 是环氧树脂传统的增 塑剂 , 一般对强度影响不大 , 但增塑效果有限 。 通 过主剂和助剂试验的综合分析 , 所得到的 号配 方的综合性能最好。 表 助剂正交试验结果 试验号 粘度 。 。 ,。 型一一 , 」 卫竺些一洲 巧 王 一一妇一 一一一一一一一一乃一一一一一一一一一一一一一一一一 毯一叭一戮一叭一呱一叭一叭一叭 工程应用 工程概况及缺陷情况 四川某商住楼为 层混凝土框架结构 , 其 中 裙楼五层楼顶设有转换梁 , 其上有次梁 , 二者为泵 送混凝土现浇 。 转换大梁高 , 宽 一 不 等 , 采用 商品混凝土浇筑 , 为梁包柱结构 。 赞卿澎筛澎 筋为 量的 也存 原因分析 因次梁配筋在转换梁浇筑前处理 , 纵向 横向几层钢筋交叉布置 , 造成局部混凝土梁配筋过 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 硬 一 瀑凝止技木 卿川建材》辛担冬年第李期 密 结构复杂 , 振捣实施困难 , 混凝土 中粗 骨料难以进人下层而产生分离和蜂窝孔洞 。 再由于 模板安装时垫块设置不善 , 振捣时垫块移位造成钢 筋紧贴模板产生混凝土露筋 。 处理 根据甲方要求及工程实际情况 , 设计单位 、 施 工单位 、 监理单位及相关专家开了治理研讨会 , 确 定了总体的治理方案 采用改性环氧树脂砂浆对表 面空洞 、 麻面进行填充 , 对内部空隙及裂缝采用改 性灌浆液进行灌浆修补 。 修补方案 在缺陷明显处 , 前后左右每 隔约 打孔埋管注浆 。 缺陷不明显处 , 用超声 波检测确定梁 内空洞位置 埋好注浆管后 , 用丙酮进行试压 , 以确认缺陷是否真正存在 , 同时 起到清洗孔洞的作用 用前述研制的灌浆液 注浆 对表面空洞 、 麻面用环氧砂浆填充 , 并用环氧胶泥处理表面 注浆完成后进行表 面处理 竣工验收 , 用超声波和抽样钻芯检 验注浆是否饱满 。 工程实施 裂缝处理 准备工作 ①首先清理裂缝处的污物和松散混凝土 , 并用 丙酮或酒精在裂缝处宽 范围内擦洗 。 埋设注 浆嘴 , 注浆嘴埋设间距一般在 一 , 并尽 量埋置在裂缝较宽处和交叉处 。 每条缝上均应有注 浆嘴 、 排气嘴 、 排水嘴 , 以便浆液顺利填满裂缝 。 ②用环氧胶泥将裂缝封闭 , 封 闭带宽 , 厚 一 , 用刮刀压实刮平 , 在常 温下经 后即可注浆 。 注浆 先检查裂缝封闭情况和注浆是否漏气 , 可在封 闭带和注浆嘴周围刷上肥皂水 , 发现有肥皂水成泡 即表明有漏气 , 可用快硬材料封闭 。 注浆压力保持 一 。 当浆液从排气 、 排水嘴溢出时 , 立即封闭排气 、 排水嘴 , 稳压 一 后堵塞 压浆嘴 。 待终凝后割断塑料管 , 用快硬胶泥补平 。 表面 空洞 、 麻面 的处理 先清理混凝土表面 , 用环氧砂浆填满大的空 隙 、 凹陷处 , 待砂浆终凝后 , 再用环氧胶泥 可 用白水泥或滑石粉拌制 , 使处理后的表面尽量与原 混凝土表面色泽一致 将表面处理一遍 , 最后用 浸过二丁脂的棉纱布将表面抹得光滑平整 。 超声波检测 对部分梁 包括处理前 、 后和基准处 进行 超声波检测 , 检测梁体纵 向 个断面 , 断面 间距 , 每断面上布设 个测点 , 测点间距 左 右 。 由检测所得的修补后梁体的恢复率 修补后 梁体的声速与基准梁的声速 比值 为 一 。 处理效果及检测评定 该治理工程历时一个月 , 治理中按照有关 的规程 、 方案进行 , 压浆过程中局部有细裂缝 、 连 通空洞的部位均压出浆液 , 压浆效果很好 。 现场施 工用灌浆液及环氧树脂砂浆抗压强度达到设计用 混 凝 土 强 度 要 求 , 灌 浆 液 抗 冲击 强 度 为 扩 采用超声波检测压浆部位表明内部浆液 饱满程度达到预期要求 以上 。 完工后有关 单位对此进行了钻芯取样检查 , 检查结果证明灌浆 饱满度和密实度均达到要求 。 结 论 通过特殊的处理工艺 , 将聚氨醋及环氧 树脂 复合 , 在保持抗压强 度和 粘结强度分别在 和 以上的情况下 , 抗冲击强度仍能达 到 “ 获得了强度和塑韧性综合性能较好的 灌浆材料 。 优选最佳配方 , 按工程加 固相关规范在 实际工程中应用 , 并通过非破损和小破损检测 , 满 足工程要求 。 参考文献 月 裘建平 , 丁忠芬 新材料在混凝土裂始修补中的应用 浙江水 利科技 , 一 「 〕 金瑞浩 化学灌浆在面板裂缝处理中的应用 长江科学院学 报 , 一 口 胡智农 , 王川江 , 邱益军 , 张霞林 , 付明 喀浪古尔水利枢纽引 水泄洪洞棍凝土缺陷修补 水利水电科技进步 , 罗福午 建筑工程质量缺陷事故分析及处理 武汉 武汉工业 大学出版社 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net