甲基丙烯酸甲醋混凝土化学灌浆修补材料的特点与应用

摘要：化学灌浆材料种类繁多，各有特点，在土木工程中的防渗、堵漏、补强、加固中充分发挥其独到的效用。文章重点分析了甲基丙烯酸甲醋混凝土化学灌浆修补材料的特点与优化应用措施。

关键词：甲基丙烯酸甲醋；化学灌浆材料；修补材料；混凝土；建筑材料

中图分类号：TU57文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）11-0023-02

众所周知，混凝土是当今应用量最大的一种建筑材料，广泛用于工业与民用建筑、水利、交通、城市建设等工程。但是混凝土最大的缺点就是容易出现裂缝，混凝土结构的破坏和建筑物的倒塌，也都是从结构裂缝的扩展开始而引起的。特别是现在预拌混凝土和高性能混凝土的大量应用，使混凝土的各类裂缝显得更为突出。多年来，国内外科技工作者已经研制了大量的混凝土裂缝修补材料，提出了聚合物类修补材料等多种混凝土修补材料，对混凝土工程进行维护和修补，对提高混凝土工程的安全性和延长使用寿命具有十分重要的意义。

一、混凝土裂缝修补材料的要求

混凝土建筑不同于其他混凝土结构物，它是裸露在大自然中的带状结构，表面要经受大气温度周期性变化的影响。因此，嵌入建筑裂缝的材料应具备良好的物理性质化学性质、力学性质及耐久性。

（一）收缩性能

裂缝修补材料的收缩性能直接影响到修补界面的黏结性能。在进行裂缝修补时，表面混凝土已完成了收缩，而新注入的裂缝修补材料的收缩刚刚开始，必将在界面上造成剪切和拉应力，在荷载及环境因素作用下，可能使界面出现二次开裂。因此，应尽量降低修补材料的收缩，使其具有较原建筑混凝土更低的收缩，甚至产生微膨胀性能，在界面上产生压应力，以获得理想的界面黏结，从而使界面的过渡层的密实性能得到改善，以提高裂缝修补质量。

（二）变形能力

作为建筑裂缝修补材料，同样要经受大气温度周期性变化的作用。因此，要求修补材料应具有一定的变形能力，以松弛瞬时荷载，防止修补材料中或界面上重新产生并发生新的裂纹。描述材料变形能力的参数通常可用材料的弹性模量，因此要求裂缝修补材料的弹性模量应小于基准材料的弹性模量。

（三）界面黏结性

建筑混凝土裂缝修补后，能否与旧混凝土协调一致地工作，其中一个重要的因素是混凝土裂缝修补界面的黏结性能，它关系到修补的成败以及能否避免二次破坏。一般情况下，界面黏结性能可从抗折黏结强度、拉伸黏结强度和剪切拉伸黏结强度三个方面进行评价。

（四）耐久性

同混凝土路面一样，裂缝修补材料灌入建筑缝隙后，仍裸露在大气中，经受雨水的渗入、阳光的照射、污水的腐蚀。因此，要求建筑修补材料应具有抵抗这些介质侵入和损害的性能。修补材料本身也应该具有良好的耐腐蚀性和耐磨损性能，至少应该与原混凝土建筑材料的耐久性相近。

（五）经济性

在满足力学性能、性能优越、价格便宜、提倡使用“绿色材料”，将“以人为本”的理念贯穿在施工性能、耐久性的前提下，尽量降低材料单价，研制出便于推广的混凝土建筑修补材料。

二、甲基丙烯酸甲醋灌浆材料的特点与灌浆机理

灌浆是把适当的可以凝结的浆液灌入裂隙含水岩层、混凝土或松散土层中，从而降低被灌体的渗透性并提高其强度，延长其使用寿命的方法，又称注浆。甲基丙烯酸甲醋材料在土木建筑工程、水利工程等多个领域中被广泛应用于防渗堵漏、补强加固等实际工程中。

（一）化学灌浆机理

化学灌浆就是将化学材料配制成的浆液用压送设备将其灌入地层或缝隙内，使其扩散、胶凝或固化，可以产生加固或防渗堵漏的良好效果，保证工程顺利进行或提高工程质量的目的。化学灌浆材料为一种真溶液，无悬浮粒子，所以比水泥灌浆材料具有更好的可灌性，它能对某些细微裂缝、孔隙进行灌注，能按工程的需要调节浆液的胶凝时间，并具有较高的黏结强度。从灌浆流变学理论角度看，任何灌浆载体或浆液基质均可用流变模型来描述。水泥浆液或化学浆液，一般用黏性及塑性—粘性来界定。于是，灌浆载体在弹性与塑性之间变化;浆液基质在黏性与黏—塑性之间变化。灌浆的实施就是这两者变化的组合与调节。一般来说水泥浆液是符合宾汉姆型流体的浆液，化学浆液符合牛顿型流体的浆液。我们知道，浆液具有黏滞性毋庸置疑。当它沿着灌浆载体裂缝缝壁流动，或浆液在地下水流体中运动时，由于“附着力”的作用，与缝壁或与水紧接的一层浆液会附着其上，邻层浆液则相对于该层滑动。“附着力”指两种不同介质接触部分的相互吸引力，它只有在其分子小于10-6cm时才呈现出来，浆液与被灌浆固体的接触部位同样呈现附着力，而固体缝隙，哪怕是密闭紧合的缝隙也不可能呈现附着力。这就是为什么采用液态的浆材来防渗、加固与补强灌浆载体的缘由。

（二）甲基丙烯酸甲醋类化学灌浆材料的特点

甲基丙烯酸甲醋类浆材具有黏度低，可灌性好，聚合体黏结强度大的特点，特别是其聚合固化后有很好的物理性能。适用于混凝土裂缝补强，特别是细裂缝的补强灌浆，能灌入0.05mm的细微裂缝。但甲基丙烯酸甲醋浆液在聚合过程中，由于单体分子逐步组成聚合链，缩短了分子间的距离。因此，20%的体积收缩，这将造成聚合体与缝面的局部脱空，使平均强度降低。同时它的官能度高，固化产物具有三向交联结构，所以耐热性、耐水性、耐介质以及耐大气老化性能都比较好。甲基丙烯酸酷树脂胶黏剂还具有强度高的优点。因此，他比较适合于水泥混凝土建筑的裂缝修补。由于甲基丙烯酸酷树脂胶黏剂的黏度较其他有机高分子材料低，所以特别适合细微裂缝的修补，也可将其混入建筑混凝土中进行宽裂缝修补和板面边角修补效果都较好。

（三）优化甲基丙烯酸甲醋灌浆工艺的措施

甲基丙烯酸甲醋灌浆材料的可行与否主要取决于以下几个方面：（1）较低的初始黏度：黏度决定了浆液的可灌性，浆液的初始黏度越低，其可灌性也就越好，对于0.1～0.2mm的细微裂缝，浆液的初始黏度最好不要超过15MPa·s；（2）适当的胶凝时间：一般情况下浆液的胶凝时间不宜过短，如果胶凝时间过短浆液可能在未被灌注完之前就凝固。胶凝时间也不能过长，否则可能会影响修补工程的后续工作，根据工程的需要，浆液适合的胶凝时间一般在1小时之内；（3）良好的力学性能指标：主要考虑浆液固结体与混凝土的黏结强度以及浆液固结体本体的抗压强度。黏结强度过低，修补的裂缝有可能再次被拉开，达不到预期的目的。浆液固结体本体的抗压强度最好比混凝土的设计强度高出一个等级。那么以上几个指标考虑，优化甲基丙烯酸甲醋灌浆工艺措施首先要选定适合的主剂、增塑剂、引发剂和促进剂的品种后，通过变引发剂和促进剂的掺量比例，并根据上述的几个指标确定甲基丙烯酸甲醋灌浆材料的优化配方组成，使之达到灌浆与修补的目的。

参考文献

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作者简介：李新国，男，吉林省扶余县自来水公司助理工程师。