第二篇 刚性防水材料（堵漏止水材料）

第3章 堵漏材料,刚性快凝快硬堵漏材料 用于抹面防水工程快速堵漏止水。 在普通水泥中掺入一定的促凝剂或采用快凝快硬水泥，利用其快速硬化的特点堵漏止水。 灌浆堵漏材料 对岩体或结构裂缝和孔洞进行压力灌注，堵塞裂缝和孔洞所使用的有机或无机材料。用于岩体及结构等堵漏、加固 。 将一定的材料配成浆液，用压送设备将其灌入缝隙内或空洞中，使其扩散、凝胶或固化，以达到防渗堵漏的效果。,堵漏材料分类（按施工方法）,堵漏材料分类（按材料类型）,水泥堵漏材料（均以无机材料为主） 如五矾防水胶泥、水不漏、堵漏灵、堵楼防水剂、防水堵漏宝、堵漏王、防水宝等。化学灌浆材料如聚氨酯类、环氧树脂类、丙稀酸类等。堵漏材料特点防潮防渗、快速带水堵漏；迎水面、背水面均可使用，施工简便；无毒无害，可用于饮用水工程；凝固时间可调整，可用于防水、黏结。,堵漏材料发展史 修补堵漏技术的发展至今已有一百多年的历史。灌浆材料从最早的石灰、黏土、水泥，发展到今天的水泥水玻璃浆液、各种化学浆液。 1964年，德国首先用水泥浆对井壁进行加固处理，其后各种水泥修补堵漏材料相继出现。由于水泥颗粒较粗，只能用于宽度为0.5毫米 的裂缝修补（一般认为裂缝宽度应为材料颗粒直径的 35倍）。采用震动磨细或筛分办法提高颗粒细度使水泥浆液的可灌裂缝宽度下降到0.050.09毫米，但其粘度随之增大，可灌性下降。我国自六十年代采用化学灌浆技术，目前已成为修补混凝土构筑物裂缝和堵漏的重要措施。,3.1 刚性快凝快硬堵漏材料,凝结时间对刚性快凝快硬堵漏材料施工操作及堵漏止水效果有很大影响。凝结时间过长 材料未凝结硬化前被水带走 堵漏效果差凝结时间过短 难施工 掺以水玻璃为主要成分的促凝剂 或使用快凝快硬水泥，可缩短凝结时间，为其施工创造条件 。刚性快凝快硬堵漏材料分类（按调节凝结时间的方式） 硅酸钠系堵漏剂（掺硅酸钠系防水促凝剂） 粉状堵漏剂,3.1.1 硅酸钠系堵漏剂,硅酸钠系堵漏剂 指以普通水泥为基材，掺入以水玻璃（硅酸钠）为主要成分的硅酸钠系防水剂，拌制而成的刚性堵漏材料。硅酸钠系防水剂 硅酸钠系防水剂是用一定量硅酸钠、适量水和数种矾类配制成而的一种促凝防水剂。 硅酸钠系防水剂根据所用矾类命名，常用的有二矾、三矾、四矾、五矾及快燥精等品种。,五矾防水剂,表3.1 五矾防水剂的配合比,硅酸钠系防水剂据配制时采用的矾类多少，防水剂被定名为二矾、三矾、四矾、五矾防水剂。,五矾防水剂配制 按表3.1中比例取水，并加热到100，把除水玻璃以外的其它材料放入热水中，不断搅拌并继续加热，直至全部固体材料溶解，冷却至55左右，再倒入水玻璃中搅拌均匀，约半小时后即成草绿色的五矾防水剂。注意配制时蓝矾和红矾必不可少。采用矾类越多，防水剂 性能越稳定，堵漏止水效果越好。水玻璃：模数为2.42.6，相对密度1.391.4 水玻璃模数对堵漏材料凝结时间影响较大。 模数过大 与水泥拌合后凝结硬化快 难操作 模数过小 速凝效果差，凝结时间长应用 以水泥:五矾防水剂1：0.50.6或1：0.80.9配比将水泥与五矾防水剂搅拌均匀即可使用。,快燥精防水剂,快燥精防水剂 以硅酸钠为基本原料，掺入适量硫酸钠、荧光粉（硫化锌）和水即成。,表3.2 快燥精防水剂的配合比,表3.3 快燥精配合比与凝结时间（25）,快燥精配制和应用,水的处理 配制快燥精防水剂的水需要经过处理方可使用。 将明矾10kg、氨水9kg倒入380kg水中，搅拌至明矾颗粒完全溶解为止，将水反复澄清成清水备用。 注意 快燥精防水剂应随配随用应用 快燥精配制的堵漏材料，适用于地下室等构筑物防水堵漏及抢修小型不受荷载的混凝土工程。但不能掺入混凝土内作防水混凝土承重结构使用。,硅酸钠系堵漏材料的特性施工不便，促凝组分一般需单独加工，在现场与水泥拌合后方可使用。快凝快硬，凝结时间夏季约为35s，冬季约为1min。凝结太快，往往拌合不均，质量难以保证；收缩性较大，堵水后周边常渗水，需二次堵漏，防水效果差（目前这类材料使用不多）。硅酸钠系堵漏剂应用 适用于地下室、水池、基础坑、沟道等构筑物的孔洞修补、较宽裂缝渗漏水及大面积漏水的修补。,3.1.2 粉状堵漏剂,粉状堵漏剂的分类（按其生产方式不同）合成堵漏剂 普通水泥中掺无机防水组分混合而成。 合成堵漏剂近年来使用较广，如堵漏灵、堵漏停、防水宝、901速效堵漏剂、水不漏等。快速堵漏水泥：特种水泥类。 如双快水泥等。,一、合成堵漏剂,组成 以普通水泥为基材，加入一种或多种无机防水基材混合而成,与水拌和后具有防水防渗的性能。特性 无需现场配制，只需加入20%30%的水拌合后即可使用。粘结能力强，耐高、低温性较好，不易老化。施工简便，迎（背）水面、潮湿基面施工，带水堵漏，可达立刻止水效果。 金汤水不漏（书P194介绍） 粉末状无机高效抗渗堵漏防水材料。 由主料、石英粉、多种外加剂以及高标号特种水泥，混合均匀而成。具有无毒、无味、耐久性好、耐燃、耐碱、耐腐蚀等特性，只需与水调和后即可使用。,二、快速堵漏水泥,品种 快凝快硬硅酸盐水泥、快凝快硬氟铝酸盐、硫铝酸盐水泥等。组成 快速堵漏水泥是特种水泥类的新型堵漏材料。它是用特定原料经高温煅烧，生成含有水化硬化时具有膨胀特性矿物组分的烧结料，经粉磨而成。特性 （ 除具有合成堵漏剂的特性外）集快凝快硬和膨胀抗收缩于一体。具有凝结硬化快、小时强度高、膨胀不收缩等特性。抗渗性好，粘结强度高。堵水耐久性可靠。,3.2 灌浆材料,一、作用 灌浆材料就是将一定的无机材料或有机高分子材料配制成具有特定性能要求的浆液，用压送设备将其灌入构筑物、地层或围岩等的裂缝及孔洞内，浆液以填充、渗透、挤压等方式将裂缝中水及空气排除，填充其空隙，浆液通过凝结、固化使原来较松散的结构胶结在一起，形成一个强度高、抗渗性好的整体，达到防渗堵漏的目的。二、分类（ 按其浆液的颗粒分） 水泥类（颗粒型）灌浆材料化学类（非颗粒型）灌浆材料,对灌浆材料的性能要求 应具有较好的可注性、良好的粘接性、抗渗性、耐久性和化学稳定性，固结收缩小，无毒，对环境污染小。,3.2.1 水泥系灌浆材料,1838年科林首次用波特兰水泥作灌浆材料加固法国鲁布斯（Grosbois）大坝，国内用水泥系灌浆材料已有几十年历史，至今仍是应用较广泛的灌浆材料之一。水泥类浆液分类普通水泥浆液掺入外加剂改性的水泥浆液超细水泥浆液,普通水泥灌浆材料的特点,优点凝结强度高；材料来源广泛、价格低；环保（化学类灌浆材料普遍有毒）运输贮存方便、施工工艺简单。缺点浆液颗粒较粗，渗透性能比化学浆液差，向微细裂隙体灌浆时，其防渗固结加固效果很差；凝结固化时间较长，在有一定流速的渗漏水部位灌浆时很容易在其凝结硬化前被水稀释或带走，只适宜灌注不存在流动水条件的混凝土裂缝和其它较大缺陷的修补。适合于围岩注浆、回填注浆、衬砌内注浆和宽度大于2mm的混凝土裂缝注浆。,裂缝注浆水泥的细度,超细水泥灌浆材料及速凝剂、早强剂、塑化剂等外加剂的掺加赋予了水泥系灌浆材料新特性，使水泥系灌浆材料获得了新的发展。,一、超细水泥灌浆材料,为克服普通水泥灌浆材料对微小裂缝处理效果不良的缺点，超细水泥灌浆材料应运而生。超细水泥 超细水泥灌浆材料其颗粒细化，颗粒平均粒径为210m，比表面积600m2/kg。我国超细水泥生产厂家见表3.4所示。施工实践表明：超细水泥灌浆材料具有与化学浆液大致相同的渗透能力，其浆液的可灌性主要决定于浆液的流动性和粒子的粒径。,根据国内外灌浆经验，水泥粒子粒径与可灌性的关系为： NR = B / D95 式中：B裂隙宽度； D9595%的水泥粒子粒径小于该值。一般认为NR 35时，浆液的可灌性好。 我国生产的超细水泥灌浆材料能灌入45m的微细裂隙。,超细水泥灌浆材料的特点超细水泥颗粒粒径小，需水量非常大。 常加入高效减水剂降低其颗粒吸附水量，改善浆液流动性。硬化体收缩较大。 通常掺入微膨胀组分，使浆液在凝结硬化过程产生微膨胀。凝结时间长。 掺入硅酸钠溶液混合灌注可调节凝结时间。根据浆液所需凝结时间的长短，掺入适量硅酸钠溶液，两种浆液在灌注点混合后立即进行灌注，浆液能迅速凝结硬化。良好的可灌性，价格相对低廉，经久耐用，结石强度高，对环境无污染等。,应用适于建造地下建筑的防水帷幕、抗渗堵漏、截断渗水源和整体抗渗堵漏等，在水电、地铁、隧道等工程中将会得到较广泛的应用。随着超细水泥生产成本的降低和人类环保意识的增强，具有一定毒性的化学灌浆材料将逐渐为超细水泥灌浆材料所代替。,二、水泥水玻璃灌浆材料,水泥水玻璃灌浆材料 将水玻璃溶液与水泥浆液按一定比例配制的灌浆材料。特性（与水泥灌浆材料比）凝结时间调节方便。 根据需要在数秒至数十分钟之间调节。强度（高于纯水泥灌浆材料）和凝结硬化率提高（可达100）。用途较广、使用效果较好。 既具有颗粒灌浆材料的优点，又兼有化学灌浆材料的特色。,配制（主要考虑满足凝结时间和硬化体强度要求）水泥浆液浓度（水灰比）：水泥是主要强度来源。水 灰比过大会导致灌浆材料强度急剧下降。水玻璃浓度 主要调节水泥凝结硬化过程，对强度影响小。水玻璃浓度太低，调节凝结时间能力有限，硬化强度低；浓度太高，浆液粘度大，可灌性差。 一般水玻璃模数：2.4 2.8，波美度： 35 45水泥浆液与水玻璃溶液的配比 分别进行水泥浆液配制和水玻璃稀释，然后按比例混合 配制。根据施工需要，还可在水泥水玻璃灌浆材料中掺入 一定的速凝剂或缓凝剂，以缩短或延长凝结时间。 水灰比越小，水玻璃浓度越大，水玻璃的比例越高，则其凝结时间越短，凝结固化体强度发展越迅速，早期强度越高。,表3.6 水泥水玻璃灌浆材料的配合比,3.2.2 化学灌浆材料,化学灌浆材料（采用化学溶液配制） 又称无颗粒灌浆材料，是将化学药品制成的浆液，采用一定压送设备灌入构筑物的缝隙中，凝结硬化后可起到防水堵漏作用。分类（按组成）聚氨酯类灌浆材料环氧树脂类灌浆材料丙稀酰胺类灌浆材料甲基丙烯酸甲脂灌浆材料等,分类（按其性能与用途大致分）防渗止水型 包括水玻璃、丙烯酸盐、聚氨酯和木质素浆材。补强加固型 包括环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯浆材。水玻璃浆材又分：碱性、酸性聚氨酯浆材又分：油溶性、水溶性与弹性环氧树脂浆材又分：非活性稀释剂、活性稀释剂 及呋喃树脂。,表1 国内常用环氧浆材品牌及研发单位,表2 国内常用聚氨酯浆材品牌及研发单位,特点（与水泥灌浆材料比）它是溶液，而且是真溶液，永不分层，无沉淀；粘度很低，有些浆材粘度甚至接近于水；固化或胶凝时间可人为控制；可用泵灌入裂缝，充填裂隙，堵截渗漏水，具有原位修复止水结构或单独构建防渗帷幕之功能，特别适用于地下隐蔽工程；固化或胶凝时体积收缩很小；固化物或胶凝体本身不渗水、耐久性良好。,化学灌浆材料的缺点,施工成本高，难以大量应用；有一定毒性，污染环境；部分品种耐久性差，环境适应性较差。我国化学灌浆材料的发展方向 渗透性强、可注性好、无污染、固结体强度较高、凝结时间易控制、价格便宜、施工方便，适应性强。,应用（适于有流动水部位的快速堵漏与防渗）,大坝、水库、涵闸等基础防渗帷幕和地基加固；大堤、渠道、渡槽等的防渗堵漏及加固；核电站等的封闭止水防渗和地基加固；地下建筑物（如地铁、人防、隧道等）的防渗、堵漏止水、地基加固和裂缝补强加固；矿山、工厂有毒废渣、废水和城市垃圾场等截渗工程的防渗帷幕；矿井建设中的涌水堵漏、流沙治理及对软弱地层加固、稳定的预灌浆；石油钻井开采中的堵漏止水、钻孔护壁加固和驱油；桥基加固及桥体裂缝补强；文物和古建筑物的裂缝修补和保护等；机场和停机坪、公路和铁路特殊路段的软弱地层加固、防渗和混凝土裂缝补强加固；江河海港港工建筑物（如码头、船闸、防波堤等）的基础防渗和加固。,一、聚氨酯类灌浆材料,聚氨酯类化学灌浆材料在20世纪70年代发展起来，80年代得到大量应用的一类高分子灌浆材料。机理 聚氨酯类化学灌浆材料属于聚氨基甲酸酯类的高聚物，是由多异氰酸酯和多羟基化合物反应而成。浆液中含有未反应的异氰酸酯基团，遇水发生化学反 应，交联生成不溶于水的聚合体，因此能达到防渗、堵 漏和固结的目的。反应过程产生二氧化碳，使体积膨胀，增加了固结体积 比，且产生了较大的膨胀压力，促使浆液二次扩散。浆液还有遇水不易被稀释和冲走、凝结时间可以控制等 特点。,代表产品 我国的氰凝、固结新、PM型、日本的塔克斯（TACCS）和海索尔（Hysol-OH）。特性 遇水立即反应，体积迅速膨胀，生成一种不溶于水、有较高弹性和强度的凝胶体，在土木工程中起加固、堵水、防渗作用。适于做变形缝或在反复变形情况下混凝土裂缝的灌缝处理、地基基础加固和裂隙补强。,分类水溶性聚氨酯灌浆材料 包水量大，渗透地层半径大，适应于堵填动土层的涌水和土层表面层的防护。油溶性聚氨酯灌浆材料 （又称氰凝） 固结体强度高，抗渗性好 ，适用于加固地表和防水兼顾的工程。 储存 阴暗干燥地点，保质期为常温6个月，夏季3个月。,油溶性聚氨酯灌浆材料组成：由主浆液和促进剂两种组分组成。不溶于水，只溶于有机溶剂中。,表3.7 氰凝灌浆材料的配合比,防水原理,生成不溶于水的凝胶状固结体堵塞渗漏通道。 利用异氰酸基的高度活性，与多元醇反应生成端NCO预聚体，一经与水接触，发生扩链、发泡、支化及交联反应，生成不溶于水的凝胶状固结体，从而堵塞渗漏通道，起到堵水和提高地层强度的作用。反应产生CO2气体促使形成更紧密固结体。 反应产生CO2气体，在未溢出情况下，产生较大的内压力，一方面推动浆液向孔隙、裂缝内部深入扩散，密实填充，并挤压浆液使之与周围界面紧密结合，形成更紧密固结体。,特性,浆液不会被水稀释或冲走。 氰凝灌浆材料若不遇水是稳定的，遇水则立即反应，故浆液不会被水稀释或冲走。浆液具有较强的扩散填充能力。 异氰酸基团遇水反应放出大量的CO2气体，产生内应力使 浆液具有较强的扩散填充能力。聚合时间不受限制，可用单液灌浆，施工较简单。固结体化学稳定性高，耐酸、碱、盐和有机溶剂，固结体强度大，具有良好抗渗（0.8MPa）和耐久性。应用 适于建筑物和地下混凝土工程的三缝（变形缝、施工缝、结构缝）堵漏、建筑物地基加固、电站坝基裂缝堵漏与补强及油井选择性堵水等。,水性聚氨酯灌浆材料,水性聚氨酯灌浆材料组成 由环氧乙烷或环氧乙烷及环氧丙烷开环共聚的聚醚与异氰酸酯合成的预聚体，掺加一定外加剂制得的不溶于水的单组分灌浆材料。水溶性聚氨酯预聚体组成和配比高强度浆液预聚体：将环氧乙烷聚醚与环氧丙烷聚醚和甲苯二异氰酸酯同时反应制得的预聚体。低强度浆液预聚体：先制得环氧丙烷、环氧乙烷的混合聚醚，然后再与甲苯二异氰酸酯反应生成预聚体。,水性聚氨酯灌浆材料的两种预聚体组成见表3.8。水性聚氨酯灌浆材料的组成、配合比及主要性能见表3.9所示。,表3.9 水性聚氨酯灌浆材料浆液组成,特性,粘度较小，可灌性好（浆液能均匀地分散或溶解在大量水中）。有良好的变形能力，止水性好，具有一定粘结强度（凝胶后形成含水的弹性固体）。抗压强度和抗渗能力略小于油性聚氨酯灌浆材料。 易溶于水，亲水性好（远高于其它化学灌浆材料）堵流动水性能优 （流动的水不会将浆液冲散，反而可增大固结物的面积）。应用 适于动力地层堵涌水、地质表面防护、松软地层加固等。,葛洲坝电站一期工程护坦止水系统渗漏事故的修复 一次用弹性聚氨酯浆材20余t;上海地铁4号线塌方冒水事故 仅止水一项用聚氨酯浆材就达102 t；三峡工程 近几年防渗堵漏和地基加固应用各种化学灌浆材料570多t；广东一家化灌企业 2006年仅在桂、粤、湘公路修复工程的路基加固防渗中就用了水玻璃浆材2 000 t以上。,二、环氧树脂类灌浆材料,美国上一世纪50年代末期开始用环氧树脂作为灌浆材料修复以往难处理的混凝土裂缝。 环氧树脂具有强度高、黏结力强、收缩小、化学稳定性好等特点，其黏结力和内聚力均大于混凝土，故对恢复结构整体性，能起到很好的作用。 但其浆液黏度大、可灌性差、憎水性强、与潮湿混凝土基面结合力差。常见品种HK-G系列环氧灌浆材料EA改性环氧灌浆材料（改善可灌性）CW（环氧糠醛丙酮）,环氧树脂类灌浆材料的组成材料,是由环氧树脂、固化剂、稀释剂等配制的一类灌浆材料。固化剂：能使环氧树脂在低温和潮湿环境下固化。 常用固化剂有乙二胺、三乙烯三胺、多乙烯三胺、苯酚、聚酰胺树脂等. 稀释剂：降低环氧树脂浆液粘度，提高其可灌性。 稀释剂掺入会引起固结环氧树脂物理力学性能的下降。非活性稀释剂掺量过多会引起固化环氧树脂的收缩，降低其粘结能力。 稀释剂的选择和用量应根据灌浆时所需的浆液粘度、渗透性、灌浆时间等来确定。,常用的稀释剂活性类稀释剂 大多数分子中多含有环氧基团，能参与固化反应。如甘油环氧树脂等。非活性稀释剂 不能和环氧树脂反应，固化后随时间推移慢慢挥发出来，引起较大的体积收缩，若用量过大，还会降低固化物的性能。如丙酮、糠醛等。 环氧糠醛浆液 粘度低，具有较好的可灌性，固化后韧性好，并可在有水条件下灌注，是我国目前在防水堵漏方面应用比较广泛的环氧树脂灌浆材料。,增塑剂 可提高固化环氧树脂的韧性、抗冲击强度及抗冻性。常用的增塑剂：低分子酯类：磷酸三苯酯、邻苯二甲酸酯类等。大分子类：既具有固化剂的作用，又有一定亲水 性，可提高环氧树脂在潮湿环境中的粘结能力。 如聚酰胺树脂、液态聚硫橡胶等。亲水剂 高湿度环境中的灌浆材料需具有一定亲水性，才能与潮湿环境中的构筑物形成较好的粘结。 加入适量三聚氰酸环氧树脂和潜性酮亚胺固化剂，可改善普通环氧树脂灌浆材料的亲水性。,酮亚胺 ：干燥状态下对环氧树脂无固化作用，仅在潮湿条件下才发生固化反应，可预先配制成浆液，便于施工操作。 由酮亚胺与混合树脂（三聚氰酸环氧树脂、普通环氧树脂）等配制的环氧树脂灌浆材料在潮湿环境具有较好的固化性能，可用于潮湿环境中防水堵漏处理。水泥 做填充剂，提高环氧树脂灌浆材料在潮湿环境的粘结能力。水泥的加入可缩短浆液的固化时间，提高灌浆材料与潮湿混凝土基体的粘结强度。,特性及应用,粘结强度高，施工工艺简单等。用于修补包括有振动、高湿、腐蚀性介质作用的结构在内的各种结构0.1mm的裂缝。环氧树脂类灌浆材料补漏一般仅用于干燥裂缝，湿裂缝应经干燥后方可进行修补。,三、水玻璃浆材,水玻璃浆材是化学灌浆史上最早使用同时也是目前使用最广泛的化学灌浆浆材之一。 该浆材具有无毒、粘度小、可灌性好等优点外，浆材价格较低是个重要因素。 该浆材的不足为凝胶时间调节不够稳定，凝胶强度很低和凝胶稳定性较差，金属离子易脱溶等，现多半用在临时或半永久工程中。 今后对它的改性研究应重点放在提高强度和耐久性方面。,化灌浆材和技术应用,化灌浆材和技术特别适用于工程建设中的堵漏止水、帷幕防渗、地基加固和裂缝修补。目前应用领域主要在水电、建筑、采矿和交通四个行业。化学灌浆材料的应用因工程要求不同而不同。 地下建筑业及地铁建筑防水多选用聚氨酯浆材；采矿止水和交通修复路基多选用廉价水玻璃浆材；水电部门修筑大坝多选用丙烯酸盐做防渗帷幕和选用环氧浆材加固坝基；文物保护部门则选用甲基丙烯酸甲酯浆材来修复文物建筑等。,化学灌浆实例,世人瞩目的三峡工程在以下三个方面都达到了国际先进水平。（1）应用国内研制的无毒丙烯酸盐浆材替代有毒并有致癌可疑的丙凝浆材，首次建造大坝化学防渗帷幕；（2）选用CW环氧浆材和水泥-化学复合灌浆技术加固软弱泥化断层破