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高流态微细裂缝修补材料:细大不捐 兼收并蓄

作者:来源:中国建材报    发布时间:2017-04-12    点击:

建筑工程结构构件中,混凝土裂缝随处可见。以不贯通、无规则形式存在的微观裂缝对建筑结构本身无害,而尺寸超出《混凝土结构设计规范》相关要求的宏观裂缝则将对结构的安全性和耐久性产生威胁。采用修补材料对结构裂缝进行及时修补,使其不影响原有功能,将会带来巨大的经济和社会效益。

  近年来,中建材中岩科技有限公司在已有水泥混凝土裂缝修补技术前提下,成功研制出系列化高流态微细裂缝修补材料,可适用于不同类型的水泥混凝土工程、具有操作简便、快速施工、可操作时间和凝胶时间连续可调、修补效率高等优势,极大地推动了修补材料行业的发展。

  研发背景

  混凝土具有原材料丰富、价格低廉、生产工艺简单的特点;同时混凝土还具有抗压强度高、耐久性好、强度等级范围宽等性能优势,因而其被广泛应用于铁路、公路、桥梁、大坝等建筑工程结构构件中。

  随着科技不断进步和发展,人们对混凝土裂缝成因及特点的认识不断深化,研制出了适合于各种混凝土裂缝的修补材料。目前国内外常用的混凝土裂缝修补材料主要有3类:一是无机类修补材料,主要包括普通硅酸盐水泥修补砂浆、特种水泥修补砂浆、硅灰早强混凝土修补材料及超细注浆料;二是复合改性类聚合物砂浆,主要有苯丙乳液水泥砂浆、聚丙烯酸酯改性水泥砂浆和环氧砂浆混凝土;三是有机高分子类修补材料,主要包含环氧树脂、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸树脂、丙烯酰胺浆液等。无机类修补材料与基材相容性好、耐久性好,但修补材料与基材界面过渡区粘接强度低,适用于一般工程的修补;复合改性类修补材料具有固化和强度发展速率快、与基材粘结强度高、化学稳定性好、收缩小、耐磨、抗渗、防水、抗冲击等优点,但其抗压、抗折强度低,与基材相容性差,适用于混凝土表面的起皮、麻点、小坑、结构断面和薄层的修补;有机高分子类修补材料流动性好、养护时间短、界面粘接强度高、抗渗、防水、耐化学侵蚀,但与基材相容性差、强度低,适用于由混凝土开裂和剥落引起的渗漏、裂缝、微裂缝的修补。

  混凝土裂缝常用修补方法包括结构补强法、填充法、表面处理法和灌浆法。结构补强法有断面补强法、锚固补强法、预应力法等,主要适用于因超荷载产生的裂缝、裂缝长时间不处理导致的混凝土耐久性降低及火灾造成的裂缝。填充法是使用修补材料直接填充裂缝,一般用来修补较宽的裂缝,作业简单,费用低。表面处理法包括表面涂抹和表面补贴法,前者适用于浆材难以灌入的细而浅的裂缝、深度未达到钢筋表面的发丝裂缝、不漏水的缝、不伸缩的裂缝及不再活动的裂缝;后者则适用于大面积漏水(蜂窝麻面等或不易确定具体漏水位置、变形缝)的防渗堵漏工程。灌浆法是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中,胶结材料硬化后和混凝土形成一个整体,从而起到封堵加固的目的;该方法可有效修复细而深的结构微细裂缝,适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝修补工程。

  综上所述,混凝土微细裂缝修补领域多采用有机高分子修补材料灌浆法。有机高分子灌浆修补材料较无机灌浆材料可灌性更佳,粘接强度更高,凝胶时间连续可调,因而在改进修补工程质量、提高施工效率和经济效益方面均具有优势。

  中岩科技最新研发的高流态微细裂缝修补材料即为环氧树脂型有机高分子类修补材料,产品具有粘度低、可灌性好、可操作时间和凝胶时间连续可调、能实现快速修补等经济技术条件,是修补材料中的佼佼者,是高速铁路等特种工程微细裂缝修补材料的首选。

  技术优势

  1.初始粘度低,流动性能好,灌注能力强,可操作时间充足

  高流态微细裂缝修补材料的首要技术特点即为浆液粘度低,且能够保证充足的可操作时间,方便施工。中岩科技公司研制的高流态微细裂缝修补材料初始粘度<100MPa·s,可操作时间可根据实际工程需要在30分钟至10小时范围内连续调节,以满足绝大多数工程微细裂缝修补要求。

  中岩科技有限公司结合实际工程,针对高速铁路无砟轨道离缝修补工程,设计开发了一整套具有自主知识产权的“测试离缝修补材料注浆速度及充盈度的实验装置及方法”(发明专利号:201310631200.2)。该装置结构简单、操作方便,模拟实际工况环境,实现了注浆速度和注浆充盈度的准确、可视化检测,对快速有效地进行灌浆材料优选,减少空鼓或修补不彻底等工程问题,提高工程质量、节省工期、避免修补材料的浪费、减少返修工作量等均具有重要意义。

  采用公司自主开发设计的离缝修补材料注浆速度及充盈度的实验装置,对本产品进行流动性能和灌注能力测试,实验结果显示该产品注浆速度可达40~65mm/min,2.55m实验板充盈时间为40~60min,充盈度≥99%,空鼓现象少,修补效果好。

  结合《JC/T 1041-2007 混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》中关于可操作时间的相关规定,采用旋转粘度计对浆液粘度进行连续监测,本产品根据固化剂掺量的不同,可操作时间在30分钟至10小时范围内可以视工程需要实现连续调节,进而提高修补效率、缩短工期。

  2.早强型修补材料,缩短施工工期

  高速铁路夜间天窗时间一般只有4h,除去上线、下线及准备时间,有效维修时间仅为2~3h,因此需要维修材料在2h内达到所需强度。普通高流态微细裂缝修补材料初始粘度<100MPa·s时,可操作时间与凝胶时间成反比关系,缩短凝胶时间则无法保证可操作时间。针对高速铁路等抢修工程,公司经过攻坚克难,研制出早强型高流态微细裂缝修补材料,此产品初始粘度≤100MPa·s,可操作时间≥30min,凝胶时间1.5~3h,可极大地缩短修补施工时间,保障了抢修工程施工质量。

  工程案例

  某城际高铁站道岔板与底座板离缝修补工程实例:该高速铁路无砟轨道由混凝土底座板、水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)支撑层和轨道板组成。在高速行车动荷载的反复作用及冬季冻融侵蚀作用下,轨道板与底座板间CA砂浆层老化开裂,而后形成离缝并逐渐发展,若不及时修复将对行车安全造成重大隐患。

  使用带度数显微镜的1mm或2mm的塞尺对CA砂浆填充层裂缝和离缝进行检查,离缝长度>20mm、宽度≥1mm时采用早强型高流态微细裂缝修补材料灌浆处理。封闭轨道板四周,防止漏浆,延轨道板长度方向单侧埋设注浆嘴,注浆嘴间距40~45cm,对侧预留排气孔,排气孔间距可适当放宽,采取低压连续注浆模式进行灌浆作业,排气孔一端浆液均匀排出为止,封堵排气孔,则视为注浆结束。待修补材料完全固化后对修补面进行打磨,使用聚合物修补砂浆进行表面装饰,最终完成修补作业。

  资料显示,工业发达国家建设总投资的40%以上用于建筑的维修和加固, 不足60%用于新建筑的建设。伴随我国基础设施浪潮的逐步推进,建筑物服役寿命逐渐延长,构筑物开裂甚至失效的案例比比皆是,如何对受损结构进行可靠性鉴定并采取合理的措施加固、修复,使结构能够重新达到设计使用年限或者更长的服役寿命, 是当今建筑行业面临的严肃问题。与此同时,建筑修补材料行业迎来了崭新的发展契机,高流态微细裂缝修补材料也必将在新发展形势下大放光彩。