高渗透改性环氧系列材料在工程中的应用.doc

广州科化新材料技术有限公司高渗透改性环氧系列材料在工程中的应用广州科化新材料技术有限公司 叶林宏一、前 言 环氧树脂有几十种，但最常用的是双酚A型的环氧树脂，是环氧家族中用量最大，用途最广的一类。它自身分子结构和固化特点铸就了它在许多方面与其它高分子材料相比具有优势的特性，因而早已在粘合剂、防腐涂料、浇铸料、化学灌浆材料、地坪材料、密封材料、抗冲磨材料、玻璃钢复合材料等方面得到广泛应用。当然，也是由于自身分子结构的特点，未经改性的双酚A型环氧树脂存在脆性、疏水性（湿粘接强度差），且可灌性、耐热性、耐紫外线差等缺性。因而，根据使用要求，运用增韧剂、固化剂、活性稀释剂、增渗剂、抗氧化剂等添加剂或添加其它环氧树脂、其它材料（如聚氨酯共聚互穿网络）进行改性的改性环氧材料大量涌现。国外应用无溶剂环氧做桥面防水已多年。德国的高速铁路防水层使用SBS卷材加无溶剂环氧组成。其ZTVING标准2009年列为欧洲标准EV14695。2005年之前，我国还没有混凝土专用的环氧类防水涂料面市。2007年9月广州科化公司的高渗透改性环氧防水防腐材料通过了建设部的评估，评价为国内领先水平，当年列为建设行业的推广项目。2007年12月科技部、商务部、质监总局和环保总局联合颁布了国家重点新产品证书。之后，环氧类的防水涂料不断涌现，逐步成为热点。目前，正在制订环氧树脂防水涂料国家行业标准。混凝土专用的环氧类防水、防腐涂料可分为两个类型：1.成膜屏蔽型：不能渗入混凝土内，只能在表面成膜，形成防水、防腐屏障。2.渗透固结型：按渗透性能高低又分为两种类型：1）普通渗透型：只能渗入C20或C30混凝土1-2mm深度，形成固结增强层。2）高渗透型：能渗入C50混凝土内3mm以上，形成固结增强层。二、高渗透改性环氧系列材料的性能特点 1、高渗透改性环氧材料的定义：高渗透改性环氧材料是指能灌入渗透系数K=10-610-8cm/s的低渗透含泥断层的化灌浆材或按0.5kg/m2用量涂刷在C50混凝土表面能渗入深度达3mm以上的防水防腐涂料的统称。这是与普通渗透型环氧材料的区别。广州科化防水防腐补强有限公司研究和生产的中化-798-高渗透改性环氧系列材料就是这类材料中的佼佼者。2、中化-798-高渗透改性环系列材料的共同的物理力学性能：见下页表1表1：高渗透改性环氧系列材料的物理力学性能序号项目技术指标1密度（g/ml）1.031.122粘度（Mpa.s）2.610.03初凝时间（h）6804抗压强度（Mpa）601005抗剪强度18276 粘接强度（Mpa）干燥基面5潮湿基面47透水压力比（%）3008冻融循环前后重量变化率（%）49耐化学质介浸泡14天5%HCL无变化饱和Ca(OH)2无变化10耐紫外线老化1000小时无变化11C50混凝土渗入深度（mm）3注：初凝时间为室温20。抗压与抗剪强度为胶砂体的强度。 3、高渗透改性环氧系列材料的性能特点：1）优异的渗透性：能灌入渗透系数K=10-610-8cm/s的含水断层泥中（图1）。能灌入0.006mm的裂缝内（图2）两张照片）。 能渗入混凝土内深度达210mm（图3）1张照片)。能渗入C50混凝土内深度达3.57mm(广东省建材检测中心检测) 2）优良的固结性和力学性能从表1中第4.5.6项可看出，抗压、抗剪和粘接强度，尤其是湿粘接强度远高于一般改性环氧材料。渗入固结层强度比原混凝土提高30%以上。所以也称为固结增强层。行业标准中湿粘结强度要求与实际检测结果见表2表2行业标准潮湿基面粘接强度指标要求（Mpa）实际检测混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料行业JC/T1041-20072.04.1(广东省检测中心)(KH-3)京沪高铁桥梁混凝土桥面喷涂聚脲防水层暂行技术条件2.54.0（广东省检测中心检测）4.2（铁科院检测）(KH-7)3）耐老化与耐久性优良室内外耐老化试验与工程实际应用情况见表3老化试验项目与应用项目名称试验与应用时间结果耐紫外光老化试验1000h无变化耐大气曝晒试验10年力学性能未下降广州地铁公园前站止水补强13年无渗漏珠江隧道大沉管裂缝灌浆18年无渗漏广化所车间层面渗漏治理19年无渗漏青海龙羊峡大坝基础加固23年稳固安全4）具有局部亲水与整体排水功能，可在全湿基面施工。（见图5）5）非活性稀释剂活化，提高韧性、耐久性，降低毒性，收缩性。6）固结体无毒、无污染，符合环保要求。将150克固砂体浸泡在150克水中，浸泡150天，抽浸泡的水做检测，符合地面一、二级水标准。7）施工工艺简单，无须做保护层，性价比优良。4、中化-798-高渗透改性环氧系列产品及使用范围1）KH-1防腐涂料（混凝土专用）化工车间混凝土墙体与地面的防腐蚀、港口码头、桥墩、潮差带、混凝土桩等构筑物的防海水腐蚀、生活与工业污水处理池的防腐与防水、地铁盾构管片与地下管道的防腐。2）KH-2防水涂料屋面和地下室等混凝土的防水与补强、厨卫间的防水、PVC管或铁管与楼板连接部位的防渗漏、桩头防水。其可操作时间长达40小时（国外约19小时）。3）KH-3化学灌浆材料对水电大坝基础的低渗透性软弱含泥地层的原位灌浆补强、改性、避免开挖回填，效果最为显著。对桥梁、隧道、地下建筑、港口码头、机场跑道等各种混凝土建筑物的梁、柱、墙、地面的裂缝灌浆止水补强，水库大坝裂缝及大坝基岩裂缝及软弱岩体的补强加固。4）KH-5防水与粘接双功能界面粘合剂混凝土桥面与沥青混凝土之间的粘接与防水、大体积混凝土浇注时特别是水库大坝分段浇注时新老混凝土的粘接以消除冷缝。在级以上防水工程中作多道防水中的一道，可提高卷材或涂料与混凝土基层之间的粘接强度。5）KH-7高速铁路桥面防水基层处理剂客运专线桥面喷涂聚脲防水层的底涂，或SBS改性沥青卷材、氯化聚乙烯卷材与桥面基层粘合剂，在混凝土上做聚脲防腐或防水层的地方均可用作底涂，还可作为混凝土的界面剂。三、中化-798-高渗透改性环氧系列材料在各种工程中的应用高渗透改性环氧系列材料已在上述的多个领域中应用，近年来一些用户也在学术博物上发表了应用文章，概括起来都属于混凝土维护工程。混凝土的维护主要包括对混凝土的防水、防腐、缺陷补强等方面。其目的不仅是要解决现在使用中的问题，长远考虑是为了提高混凝土的而久性，使之达到设计使用寿命的要求。1 在地铁工程中的应用目前，在地铁工程中的应用已扩展至以下六个方面1）盾构管片防腐与防水工程中的应用：国外盾构管片的防腐与防水，基本上都使用无溶剂环氧涂料，用量在0.5-0.6kg/m2。因不能渗透，要求涂层厚度达到0.3mm左右，国内前几年曾用过环氧一沥青涂料、环氧聚氨脂涂料、水泥基渗透结晶涂料，但柔性涂料在管片安装时容易被盾构机尾扫扫掉一部分，完整的涂层部分受到破坏、因而只用过少量工程。而水泥基渗透结晶涂料本身是水泥的活性万分，对防水有作用，对防腐是起不到作用的。曾有少量盾构工程中用过，去年深圳地铁5号线其中一个标段设计使用，在麻涌管片厂涂刷后放水池养护14天，取出后发现脱皮剥落，后改为用KH-1。现在国内地铁工程中大量使用的是高渗透改性环氧防腐涂料KH-1。深圳地铁1号线延长线和2号线的一部分和5号线全线均使用KH-1，总面积约80万 m2，天津地铁2号线3号线盾构管片使用面积达100万m2，使用效果均超过设计要求。天津地铁朱敢平总工等人写的文章“高渗透改性环氧涂料在天津地铁盾构管片外防腐防渗中的应用”已发表在中国建筑防水2010年第二期上。因为效果好，天津地铁4号线5号线、深圳地铁7号、9号、11号线将继续使用高渗透改性环氧防腐防水涂料。对盾构管片的情况见图6、图7。 图6 图72）地铁高架桥面复合防水广州地铁4号线至南沙的30公里为高架桥路段，桥面原设计使用水泥基渗透结晶防水涂料与SBS改性沥青自粘卷材组成复合防水，后因水泥基渗透结晶涂料施工速度慢，涂刷后要养护至少2天才能贴卷材，难于保证工期且造价较高。后改用高渗透改性环氧防水与粘接双功能界面粘合剂KH-5替代，与上述卷材组成复合防水系统，防水结构见图8。涂后2-4小时即可铺设卷材。复合防水层做粘接强度和剥离强度检测时，都是卷材在粘接面外断裂，完全实现了高强度满粘。施工时正值7至9月份，是广州雷雨季节，为赶工期，雨后不到一小时桥面完全潮湿就施工，依然粘接效果好。不仅提前了工期，还节省了预算投资，质量也比用水泥基渗透结晶涂料好，现已投入使用3年半，检查未发现有渗漏。（见图）3）车站顶板复合防水正因为在4号线桥面用上述复合防水系统取得良好效果，后来广州地铁将这一复合防水系统用在车站顶板的防水上。目前，广州地铁5号线.、6号线及广佛地铁均在施工。4）大开挖地段的顶板与侧墙原来1号线大开挖地段的顶板与侧墙曾使用热溶型卷材，效果不理想，去年三元里至嘉禾段6公里大开挖地段已使用上述复合防水系统，已完成该路段施工。5）桩头防水国外使用无溶剂环氧做防水涂料，从涂刷到焊筋、钉模板到浇筑。可操作时间只有19个小时，施工较紧张。国内原来使用水泥基渗透结晶结晶防水涂料，新老混凝土间粘接不好，现在使用KH-2防水涂料，不仅防水与粘接效果好，可操作时间可达40小时以上，施工方便，现已推广到广州、中山等地的建筑工地应用。6）混凝土结构化学灌浆止水补强 广州地铁公园前站是1号线与2号线的交换站。分上下两层，在建时混凝土结构裂缝多，渗漏水较严重，1997年初，曾分区域使用三种材料由三个施工队伍进行施工止水补强。其跟踪观察结果如下：使用材料聚氨酯改性环氧高渗透改性环氧（第三代）使用效果3年2个月复漏5年半复漏已13年无渗漏2008年，广州地铁2号线进行大修时，鉴于上表中的使用结果将高渗透改性环氧化灌浆KH-3列为大修指定使用的化灌浆材；2009年，深圳地铁也鉴于原来深圳地铁1号线使用高渗透改性环氧化灌浆材的良好效果。也列为5号线14个在建车站渗漏化灌处理指定使用的化灌浆材。2、在水电大坝工程中的应用：1）对大坝基础低渗透含泥软弱地层的加固第一代中化-798高渗透环氧化灌浆材1987年在青海龙羊峡大坝基础G4劈理带大规模应用成功，在世界上开创了用水泥化学浆材复合灌浆方法替代传统的开挖回填方法处理低渗性含泥软弱地层的先例，国际大坝会议专家现场参观后一致赞誉，曾载入1993年中国水利发电年鉴，负责施工的水电四局为该工程的应用专门提供了鉴定意见，现摘录如下：对比强度项目抗压变模抗剪强度抗拉强度岩芯获得率%吸水率L/min.m.m设计要求指标5-7*104201590%=0.001水泥灌后8.6*10-5现场试验指标10*104C=70-8035.1-45.198%87年应用施工指标干燥12*104116.078.085-93.4%饱和91.058.0注：抗压变模，抗剪强度，抗拉强度的单位均用10 Pa，即为1Kg/cm2。4）现在龙羊峡水电站已正常蓄水发电，G4劈理带受力后未有异常现象，已安装了三台机组共96万千瓦，不断向西北电力系统输送电力。5）中化-798浆材突出的优点是有特异的浸透性和良好的固结性。它配以相宜的灌浆技术能灌入极低渗透型（K=10-6-10-8cm/s）的泥层，并使其加固改性，这在化学灌浆方面是一项重大突破。此浆材可灌性能优异，力学性能良好，耐水及耐老化性能好，毒性低（施工应采用防护措施）固结体无污染，是应用于加固处理低渗透性软弱基础的化学灌浆新材料，这在国内尚属首创，在世界上居领先地位。（此为中科院院级鉴定意见的第一条，经施工取样测定后，我们同意此意见）现在23年过去了，我们的材料不断改进创新，现在已经是中化-798即第三代浆材，23年来已有三十多个水电大坝应用过这三代浆材。2）大坝裂缝渗漏补强治理大坝裂缝的治理和一般民用建筑结构渗漏治理不同的是必须补强，所以基本上不选择只有堵水效果，但无补强功能的聚氨脂材料，而选用环氧类化灌浆材。在工程实践中业主方体会到使用渗透型，尤其是高渗透型的环氧经灌浆材耐久性好，因为这类浆材能往裂缝壁内渗透一定深度，形成植根式的固结增强层。加上非活性溶剂丙酮的活化，提高了裂缝内充填的固结体的韧性，可抵御轻微的变形。自然耐久性大幅提高（前面谈到的广州地铁3种材料化灌效果就是证明）。前年云南小弯电站大坝大量裂缝补强灌浆就选用了这两种环氧浆材，总用量达到了500多吨。3）大坝基础软弱岩体的加固在建的四川锦屏电站大坝基础下存在软弱岩体煌斑岩，变形模量达不到建坝要求，当时设计分两种意见：一种是开挖方案，投资大，工期长。还担心开挖后地应力释放带来负面影响。第二种是化灌加固，关键是岩体渗透系数低至10-710-8cm/s，能否灌入。后经原状岩土样室内浸泡试验，现场对岩芯管内的岩芯进行灌浆试验均取得成功后进行了现场原位灌浆试验。灌后取芯检测结果变形模量从6103Pa提高到从7104Pa以上，满足设计要求。不久后将进行化灌施工。4）泄洪洞及水垫塘抗冲磨保护层高坝型的水电站泄洪时，水流速度均超过50m/s，称为高速水流。为抗御高速水流对泄洪洞壁和水垫塘（消能池）底部的强力冲磨，必须在洞壁和池底硅微粉C50抗冲磨混凝土的表面再增加一层抗冲磨。过去常用的是环氧砂浆加环氧底涂，因为洞壁和池底都是潮湿基面，业主方逐步地选择了KH-5高渗透改性环氧材料。现在，环氧砂浆也逐步被性能更好的聚脲所取代。现在四川多诺电站大坝泄洪洞正在使用高渗透改性环氧KH-3和KH-5施工。5) 治理水电厂混凝土输水管缺陷象山梯级电站一条预应力混凝土输水管使用20多年出现了三种缺陷。一是管外碳化引起的白色沉淀堆积和“鼓泡”。二是出现贯穿性裂缝。三是锈蚀在管外多处存在黄褐色锈斑。经多次论证后“就地维护”取代了“换管”方案。治理上述三种缺陷的方法为使用高渗透改性环氧KH-3进行裂缝灌浆补强。对白色沉淀堆积和鼓泡及锈蚀点采取清理后进行表面涂刷法处理。业主方经八年观察结果统计，灌注后的裂缝无一返渗，碳化严重的点渗、鼓泡及其10cm半径所包的面积内反渗的占已处理量的5%。大面积高密集度碳化点出现反渗的仅占已处理面积的2%-3%之间。业主方面认为：“使用高渗透改性环氧材料对碳化、开裂混凝土输水管的处理，已获得良好的防蚀效果和耐久性长的使用功能。因而有关各方均表满意。”这也对水电厂混凝土输水管道的缺陷治理，避免换管，节省投资开创一个好的工程应用先例。3、在污水处理池及化工车间防腐工程中的应用1）生活污水处理池生活污水处理池过去也使用过水泥基渗透性结晶涂料，防腐效果不如环氧类材料。2006年汕尾污水处理池使用KH-1作防腐防水，已运行三年多，效果良好。2）工业污水处理池的应用广州开发区电镀厂污水处理池水温80，原使用环氧玻璃钢做内防腐，每年因环氧玻璃与池壁剥离并渗漏需重新更换，后改用KH-1，用量0.6kg/m2,现已使用三年，完好无损。3）广州石化厂尿素车间地面，原每年需作修补，2006年使用KH-1作防腐处理，已近四年，地面依然完好。4、在国家文物保护工程中的应用北京云居寺文物地库渗漏治理工程，由北京海马建筑防水工程施工，采取了不拆除面砖，用专用工具在砖块缝间灌注KH-2。三天后在花岗岩上涂刷无色的KH-2防水涂料，治理效果使库内湿度下降到35%。满足40-45%的要求，比原拆除地砖重做防水层方案工期提前90%，工程成本降低65%（详见防水工程与材料会讯2008节四期）。广州六榕塔加固维修由中科化灌公司施工，裂缝和砖缝采用第二代中化-798化灌浆材灌注，已经使用11年，效果良好。5、民用建筑工程中的应用1）在预防水方面的应用2006年开始，KH-2纳入了由建设部工程质量安全监督与行业发展司组织，由中国建筑标准设计研究院主编的全国民用建筑工程设计技术措施建筑产品选用技术，但因推广力度不够等原因，并未在预防水工程中大量应用。从此前同类配方所做的工程来看，效果与耐久性还是令人满意的。中科院广州分院1998年，分院大楼大修时屋面防水和新建的住宅高楼，其地下室和屋面使用第二代化灌浆材作预防水。已使用13年，仍无渗漏。2005年广州生物基地使用PVC卷材与KH-2复合作地下室与屋面防水，分院所属5个化所住宅屋面单层防水，至今无一渗漏。室内装修时，厨卫间使用KH-2的已越来越多。湖北保利集团已决定使用KH-2作甲供防水材料。2）地下工程混凝土裂缝的止水补强这方面的应用越来越广，目前，高渗透改性环氧防水材料与灌浆材料均已纳入地下工程渗理技术规范。广州站前路5万m2地下商城采用逆作法施工，竣工前几十处渗漏，施工方选用KH-3采取单一或复合灌注方式解决了裂缝漏水问题，对混凝土墙壁渗水工程，先找有无集中渗漏点，有的用聚氨脂点灌。没有的先用堵漏灵涂刷，然后再刷两遍KH-5，解决了渗水问题。5月武汉保利的一个地下车库，地面渗漏水每天约2吨，使用KH-3采用复合灌浆方式先堵水，然后在地面涂刷KH-2解决了渗水问题。业主方十分满意。3）穿墙管结合部渗漏装修公司碰到的此类问题最多，解决方法是在将管周围2cm楼面混凝土凿深度约0.5cm的环形槽，在槽内及管结合部涂KH-2两遍，每遍间隔约40分钟，然后用水泥砂浆将槽抹平，效果十分理想理想（见图）4）新建游泳池的渗漏治理2005年5月，广州淘金花园新建的游泳池渗漏严重，施工队将饰面砖和原来卷材防水层剥掉，在混凝土浇注的池壁和池底寻找渗漏裂缝，大于0.15mm的裂缝用KH-3灌浆，小于0.15mm的裂缝用KH-2沿缝3遍涂刷。其余地方也均用KH-2涂刷，在涂层未完全干时批水泥砂浆，再在砂浆上贴饰面砖。现已使用5年多，未发现渗漏。（见图）5）不合格混凝土桩的补强某市地下交通枢纽工程，有一根直径2.1m、长70m的承重桩，从70m深的底部浇注混凝土，浇注了三米多时发现孔壁坍塌，土层堆在新浇的混凝土上，厚度三米多，未作清理。插了三根管入坍土层又继续浇混凝土，再往上浇注约60米时发现沉降很大，停工处理。处理方案是利用原插设的三根管做灌浆管，先灌水泥，灌浆压力最高达4.5Mpa，至不吃浆为止。改用KH-3进行渗透性灌注，灌浆压力最大3.0Mpa，灌入KH-3约3.1吨，最后检测达到了设计要求。与此类似的广州长途电讯大楼直径2.0m的基础桩孔底还有涌水的情况下未先堵水即下钢筋笼浇铸混凝土，结果是水将桩下部的新浇混凝土中的水泥浆洗走，底部为粗骨料堆积层，层上混凝土出现空洞，再上面为一层水泥砂浆层。这种情况有3根桩，施工方花了两个多月打掉了一根，用水泥与第二代化灌浆材复合灌注处理了一根。取芯检测超过设计要求。第三根未作处理