聚氨酯在隧道二衬混凝土细微裂缝处理中的技术研究

聚氨酯在隧道二衬混凝土细微裂缝处理中的技术研究

杨文坤赵永达方崇武李强

中交一公局五公司渭武试验二标项目甘肃陇南746000

摘要：国家的日益发展，交通建设需求增大，伴随而来的隧道病害随处可见，已经成为隧道建设和运营中的顽疾，越来越多的新兴产品被用于工程中处理质量病害。在防渗补强堵漏方面，化学灌浆技术以其快速、可靠、独特、经济的特点被大量采用，本文简要阐述水溶性聚氨酯对二衬裂缝的处理。

关键词：隧道二衬裂缝水溶性聚氨酯技术研究

1、引言

随着当今社会的发展，科技的突飞猛进，越来越多的新兴产品被用于工程中处理质量病害。在防渗补强堵漏方面，化学灌浆技术以其快速、可靠、独特、经济的特点被大量采用。化学灌浆技术采用低粘度液态化学料浆，具有对细缝可灌性和渗入性效果良好，胶凝时间掌控性强，形态多种多样，灌浆技术简易、轻巧、效率高等特性，被广泛应用于高速隧道、水利堤坝等领域。

2、混凝土裂缝类型及成因分析

隧道衬砌混凝土裂缝类型主要有：干缩裂缝、温度裂缝、外荷载作用产生的变形裂缝、施工缝处理不当引起的接茬缝等。

（1）干缩裂缝：混凝土在硬化过程中水分逐渐蒸发散失表面水分散失快，体积收缩大，使水泥石中的凝结胶体干燥收缩产生变形，由于受到围岩和模板的约束，变形产生应力，当应力值超过混凝土的抗拉强度时，就会出现干缩裂缝。干缩裂缝多为表面性的，走向没有规律。影响混凝土干缩裂缝的因素主要有：水泥品种、用量及水灰比，骨料的大小和级配，外加剂品种和掺量等。

（2）温度裂缝：表面温度裂纹，多由于温差较大引起的。混凝土结构构件，特别是隧道大体积混凝土浇筑后，在硬化期间水泥放出大量的水化热，内部温度不断升高，使混凝土表面和内部温差较大，形成温度梯度而产生应力。当温度产生非均匀的降温差时，将导致混凝土表面急剧的温度变化，产生较大的降温收缩，此时表面受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力，而混凝土早期抗拉强度较低，因而出现裂缝，此裂缝只在接近表面较浅处出现，表层以下的结构仍保持完整。

（3）变形裂缝：混凝土浇筑后，基础产生不均匀沉降；模板台车或堵头板没有固定牢固，以及过早脱模，或脱模时混凝土受到较大的外力等都容易产生变形裂缝。

（4）施工缝（接茬缝-纵向）：施工过程中由于停电、机械故障等原因迫使混凝土浇筑中断时间超过混凝土的初凝时间，继续浇筑混凝土时，原有的混凝土基础表面没有进行凿毛处理，或者凿毛后没有用水冲洗干净，也没有铺水泥砂浆垫层，就在原混凝土表面浇筑混凝土，致使新旧混凝土接茬间出现裂缝。

3、水溶性聚胺脂灌浆处理裂缝的工作原理

水溶性聚氨酯是一种防渗堵漏能力强，固结防渗高的固结材料，属于聚氨基甲酸类的高聚物，是由多异氰酸脂和多羟化合物反应而组成，由于浆液中含有未反应的异氰酸基因，遇水发生化学反应，生成不溶于水的聚合物，当水溶性聚胺酯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），即刻产生化学反应生成大量二氧化碳气体并膨胀，增加固结体积比，产生膨胀压力，促使浆液二次扩散，压进细小裂缝深处并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。

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，但具有良好的弹性，成为稳定的类拟止水橡皮的弹性体（见表1）。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。

表1水溶性聚氨脂弹性水浆材特性

抗拉强度粘结强度膨胀率耐久性备注

>200MPa0.6～1.5MPa>100%30a

4、裂缝处理方案的制定

4.1灌浆施工操作步骤：钻孔→清理冲洗→埋设、固定灌浆咀→封闭孔口→通气试验→配置浆液→灌浆→封孔处理→环境保护。

4.2施工工艺及关键技术措施

（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。

（2）根据水溶液聚氨脂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，设置灌浆咀的距离在0.5m左右；裂缝宽度在0.4～0.5mm，灌浆孔距在0.4m左右；裂缝宽度在0.3～0.4mm，灌浆孔距在0.3m左右；裂缝宽度在0.3mm以下，灌浆孔距在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。

（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范围内的表面涂2.0～3.0mm厚做第二道密封层，以确保灌浆对裂缝中的浆液不会泻灌。潮湿缝：首先用堵漏剂堵水，待干燥后，在裂缝两边各2.0cm宽的范围用结构胶涂2.0～5.0mm厚做为保护层，确保裂缝不漏浆。

（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。认真填写试气记录，把发现的问题、部位详细填写清楚。

（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。

（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，应适当加大压进力迸浆。迸浆期间应观察是否还在进浆，灌浆结束标准以不进浆为原则，如果吸浆率小于0.01L/min，应维持至少10min，可做为结束标准，停止灌浆。要求进浆均匀，计量准确，记录详细无误。

（7）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。

5、结束语

水溶性聚氨酯灌浆材料由于其具备良好的亲水性，两者又可以按照任何比例获取不同的强度、饱水量和遇水膨胀系数等，广泛的应用于工程建设裂缝防渗补强处理，本文可以作为类似工程进行混凝土裂缝处理的推广应用。

参考文献

[1]王若梅.介绍一种新型堵水材料——水溶性聚氨酯灌浆材料[J].铁道建筑.1981(05).

[2]贲磊,李雪松.水溶性聚氨酯在隧道堵水施工中的应用[J].辽宁省交通高等专科学校学报.2015(01).

[3]肖丰.隧洞灌浆工程的实例探讨[J].江西建材.2012(02).

[4]《公路隧道施工技术规范》JTGF60—2009.