聚氨酯彈性密封膠在混凝土樁基施工中的應(yīng)用

周志強 龔學(xué)淼

摘要：在建筑工程中，樁基礎(chǔ)的施工是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，需注重控制混凝土樁基的施工質(zhì)量，增強建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有效提升工程質(zhì)量。以改性 MDI、聚醚多元醇等為原料，制備了混凝土樁基伸縮縫用低模量雙組分聚氨酯密封膠并制作了彈性體。探討了膠配制時的異氰酸酯指數(shù)（R）及混凝土表面處理工藝對混凝土粘接性能產(chǎn)生的影響，對混凝土樁基施工中頻繁出現(xiàn)的問題及解決措施進(jìn)行分析，更好地提升高層房屋建筑工程的混凝土樁基施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：混凝土樁基；高層房屋；質(zhì)量分析

中圖分類號：U443.15；TQ436+.6????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A????????? 文章編號：1001-5922（2023）03-0052-04

Application of polyurethane elastic sealant in concrete pile foundation construction

ZHOU Zhiqiang，GONG Xuemiao

（Fujian YediHengyuan Construction Co.，Ltd.，F(xiàn)uzhou 350108，China）

Abstract：In the construction engineering，the pile foundation construction is one of the key links. Therefore，it is necessary to pay attention to controlling the construction quality of concrete pile foundation，enhance the stability of building structure and improve the engineering quality effectively. A low modulus two-component polyurethane seal- ant for expansion joint of concrete pile foundation was prepared with modified 4，4' diphenylmethane-4，4'-diisocy- anate（MDI）and polyether polyol as raw materials. The influence of the Isocyanate index（R）in the preparation of adhesive and the technology of concrete surface treatment on the bonding performance of concrete was discussed. The problems frequently occurring in the construction of concrete pile foundation and the solving measures were an- alyzed to improve the construction quality of concrete pile foundation of high-rise building engineering.

Keywords：concrete pile foundation；high-rise building；quality analysis

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，群眾的生活水平有了明顯提高，國內(nèi)建筑業(yè)發(fā)展速度持續(xù)提升，得到社會高度關(guān)注。建筑物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求日益嚴(yán)格，樁基礎(chǔ)為建筑物的重要基礎(chǔ)模塊，其重要性不言而喻，其施工質(zhì)量對建筑物的最終質(zhì)量產(chǎn)生巨大影響。對混凝土樁基進(jìn)行灌裝施工，容易產(chǎn)生孔底沉泥、端樁等問題，這類問題也嚴(yán)重影響到施工安全性。彈性體伸縮縫采用低模量澆注型聚氨酯彈性密封膠與嵌縫以及混凝土粘接技術(shù)，固化后形成的彈性體延伸率大，可滿足橋梁伸縮位移，同時采用粘接式防水結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)真正的無縫防水。為此，建筑混凝土樁基施工若是出現(xiàn)了這些問題，不僅對施工進(jìn)度產(chǎn)生不利影響，還容易帶來更多的經(jīng)濟(jì)損失。為了有效提升樁基礎(chǔ)施工品質(zhì)，就需要解決其中的高層房屋建筑工程施工問題，并引入正確的方法?；诖耍瑥牟煌瑢用嬲撌鰳痘氖┕べ|(zhì)量控制策略，研究了密封膠與混凝土粘接性能的影響要素，采取一系列工藝措施，提升粘接性能。

1 實驗材料與方法

1.1 主要原料及儀器

聚丙二醇（Mn=2000，GE-220B）、聚丙三醇（Mn=3000，GEP-330N）、聚合物多元醇（POP， GPOP36/30G），高橋石化公司（上海）；擴(kuò)鏈劑（JCL1201-2130）、改性 MDI（JCL1201-2132），京嘉聯(lián)創(chuàng)新材料公司（北京）；辛酸亞錫（TMG129），曼海高施米特化工公司（上海）；自制單組分聚氨酯底涂劑。

1.2 低模量聚氨酯彈性密封膠的制備

1.2.1 A 組分制備

在三口燒瓶中配置真空管、溫度計與攪拌器，添加POP，將其攪拌與升溫，使之達(dá)到105～115℃ ，并進(jìn)行真空脫水，用時1～2 h；在水分測定值低于0.05%（含），不再進(jìn)行脫水，使之處于常溫[2-3]。接著添加改性 MDI，通過攪拌逐步進(jìn)行升溫，使之維持85℃ ， 并保持3 h。當(dāng)測定的異氨酸酯基（—NCO）值達(dá)到理論值，就要停止反應(yīng)，并將其作為A組分備用。

1.2.2 B 組分的制備

在三口燒瓶中配置真空管、溫度計與攪拌器，然后時摻入POP、擴(kuò)鏈劑，對其進(jìn)行攪拌均勻，之后將溫度調(diào)整到105～115℃ ， 對其進(jìn)行真空脫水。當(dāng)水分低于0.1%（含）時開始降溫，并加入相應(yīng)催化劑，再對其進(jìn)行0.5 h攪拌，然后用作B組分備用。

1.2.3 密封膠固化物彈性體的制備

在分配A、B組時應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)配比，將溶液緩慢倒入至同一容器中進(jìn)行混合，之后選取真空設(shè)備進(jìn)行除泡處理，等待沒有氣泡產(chǎn)生后放置于80℃烘箱中固化8 h，待取出備用。

1.3 測試方法

根據(jù)《建筑密封材料試驗方法》（GB /T 13477—2002）標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)彈性體達(dá)到百分百拉伸狀態(tài)，此時根據(jù)測定的拉伸強度對材料拉伸彈性模量進(jìn)行明確。利用拉撥強度對粘接強度進(jìn)行評價，根據(jù)《建筑防水涂料試驗方法》（GB /T 16777—2008）選擇合適的測試方法，將雙組分涂抹至粘接面，由此形成彈膠層，其厚度在1.5～2.5 mm，選用8字形試塊。依據(jù) TJ-W2013《鐵路混凝土橋梁彈性體伸縮縫暫行技術(shù)條件》進(jìn)行粘接疲勞性能測試與制樣[4]。

2 結(jié)果與討論

2.1 混凝土表面結(jié)構(gòu)對粘接性能的影響

新制混凝土表面存在著弱界面層，如蜂窩層、浮漿層等，此時缺乏強度。為了增強其粘接強度就需要盡可能去除弱界面，通常采用表面理化處理方法。表1給出了不同處理模式下對應(yīng)的粘接性能。

由表1可知，僅僅通過物理處理，其粘接強度不超過0.4 MPa，其彈性體與混凝土脫開，滿足《彈性體伸縮縫技術(shù)條件》（簡稱《條件》）要求。對被接混凝土試塊進(jìn)行機(jī)械打磨處理其表面，將油跡、浮漿等進(jìn)行去除，使之表面粗糙度提升，進(jìn)而增強其粘接強度[5-6]。因為混凝土表面性質(zhì)與彈性體差異顯著，聚氨酯膠黏度頗高，很難向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散，因此缺乏機(jī)械錨定效應(yīng)。黏度較低涂劑能拓展至混凝土毛細(xì)孔，使得有效粘接面積提升，弱界面、氣孔的出現(xiàn)也顯著減少，而且和聚氨酯彈性體間也有顯著強化學(xué)鍵效應(yīng)，使之粘接具有牢固性。

2.2 異氰酸酯指數(shù)對粘接性能的影響

雙組分聚氨酯膠在混合后，得到的異氰酸酯指數(shù)將會顯著影響到聚氨酯膠固化后所形成彈性體材料的粘接、力學(xué)等性能，該指數(shù)可用 R 表示。表2展示的就是不同 R 的彈性體粘接強度與拉伸模型[7]。

由表2可知，R 與彈性模量呈現(xiàn)正相關(guān)性，前者增大時，粘接強度呈現(xiàn)先增后降特點。當(dāng) R 為1.1，粘接強度最高，達(dá)到2.52 MPa。因為前者增大后，彈性體硬段含量等有了顯著提升。應(yīng)用于伸縮縫的聚氨酯密封膠，其模量較低，混凝土界面為高模量材料，因此雙方界面顯著差異，若是模量相近，對應(yīng)的粘接力才越大。當(dāng)R提升后，意味著彈性體中的活性基團(tuán)—NCO 就會提升，于是界面粘接力提升[8-9]。R 由1.1提升至1.15，此時—NCO基團(tuán)數(shù)量顯著增多，于是和水分形成副反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生氣孔，反而降低粘接力?！稐l件》對材料拉伸模量在常溫條件下給予了規(guī)定，也就是不超過0.3 MPa（含），對上述結(jié)果進(jìn)行綜合，R 為1.05，可以獲得更為良好的綜合性能。

3 建筑混凝土樁基施工質(zhì)量的控制方法

3.1 混凝土原材料質(zhì)量的控制

因為混凝土制作廠家不同，再加上入場批次也有差異，即便是同批次混凝土在質(zhì)量上也存在著一定差異。為此，在施工前需要對有關(guān)材料質(zhì)量進(jìn)行檢查。由于混凝土在制作環(huán)節(jié)，含水量、碎石、水泥等用量不同，就會使得混凝土強度出現(xiàn)不同[10-11]。在具體生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要對材料質(zhì)量進(jìn)行關(guān)注，并給出科學(xué)的控制機(jī)制，提升質(zhì)量的穩(wěn)定性。

3.2 施工企業(yè)“人”質(zhì)量要素的控制

工程企業(yè)作為施工階段的責(zé)任主體，施工方人員配置必須完全根據(jù)項目要求進(jìn)行設(shè)置，此高層房屋建筑工程主要有機(jī)電施工員、造價員、土建施工員、項目經(jīng)理、質(zhì)量員、資料員、安全員等，都是需要有職業(yè)資格證才可以正式上崗；對于高層房屋建筑工程質(zhì)量員的配置，要依據(jù)工作需要，滿足工程作業(yè)最低人數(shù)，也要適當(dāng)?shù)奶砑优渲?。圖1所示為施工單位人員配置。

在高層房屋建筑施工過程中，建筑單位可以引入獎懲制度來控制人員質(zhì)量，更好地進(jìn)行人員管控。對出現(xiàn)質(zhì)量問題、質(zhì)量事故等相關(guān)人員給予處罰，對控制質(zhì)量、履行職責(zé)并取得成果的人員給予獎勵；控制的詳細(xì)方法及內(nèi)容如圖2所示。嚴(yán)格控制高層房屋建筑施工的各個階段，加強對質(zhì)量下降或隱蔽部位等關(guān)鍵點的平行檢查和巡回檢查的控制，從源頭上控制高層房屋建筑工程的質(zhì)量[12]。

3.3 施工階段中孔徑和孔位的控制

為了提升施工質(zhì)量，在施工前就需要明確相應(yīng)的固定測量管控點，并在施工環(huán)節(jié)對其進(jìn)行校正與參考。開展樁位放線之際，需要在樁柱中心處配置木樁，并據(jù)此構(gòu)建孔口護(hù)筒。隨后在鋼筋籠、鉆孔環(huán)節(jié)需要基于護(hù)筒完成定位，確?？卓谧o(hù)筒位置不會變化，按照樁位定位鉆機(jī)位置，然后保障鉆桿具有垂直性，這也是開鉆施工的重要前提。鉆孔直徑根據(jù)設(shè)計要求，需要稍大于10 cm，這樣可以保障鋼筋籠在后序下吊環(huán)節(jié)能夠高質(zhì)量實現(xiàn)。鉆孔模式、進(jìn)尺速度、施工模式等都會影響到樁基施工質(zhì)量，需要根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況明確科學(xué)的鉆孔方案，主要涉及到回轉(zhuǎn)、沖擊等鉆機(jī)，來完成鉆孔作業(yè)。

為了規(guī)避鉆孔作業(yè)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生過多沉積物，在鉆孔作業(yè)之后需要及時清理孔內(nèi)雜質(zhì)[13]。通過鉆頭對孔內(nèi)泥漿進(jìn)行處理時，通常要將鉆頭置于距離底部1 cm區(qū)域，使之處于空轉(zhuǎn)態(tài)，使得沉淀處于懸浮態(tài)，維持抽水量與供漿量的平衡。最后要對孔進(jìn)行清理，同時還需要投入適當(dāng)細(xì)石骨料，并將其壓向鉆孔底部。

3.4 混凝土樁基“整體工程”粘接

在混凝土樁基施工過程中，各種構(gòu)建都需要提前定制，往往很難在現(xiàn)場進(jìn)行澆筑，即便是現(xiàn)場澆筑，也很難一次性澆筑大型整體性結(jié)構(gòu)，因為大體積混凝土工程，如橋梁碼頭、水庫大壩等，都需要不同混凝土構(gòu)件相互對接，從而使得工程形成規(guī)模較大的整體，而且在力學(xué)上還需要具有較高的穩(wěn)定性。為此，混凝土樁基連接區(qū)域的整體性就需要得到嚴(yán)格的要求，這也是當(dāng)前混凝土樁基礎(chǔ)成為混凝土工程研究的焦點的具體原因。

以往主要是通過剛剛拌和的水泥砂漿與混凝土對已硬化的混凝土構(gòu)件進(jìn)行粘接，然而這種方式產(chǎn)生的粘接強度較低，往往不需要多長時間就會出現(xiàn)粘接脫落問題[14]。環(huán)氧樹脂膠粘劑的問世，則對該問題進(jìn)行較好的解決。通過對其粘接強度、抗拉強度進(jìn)行測試，該膠粘劑在硬化的混凝土構(gòu)建、水泥砂漿表面的粘接，即便是受到較大的載荷，膠粘劑層也具有完好性，這意味著環(huán)氧樹脂膠粘劑有著較強的粘合性，而且經(jīng)過測試，膠粘劑的粘合強度還高于混凝土材料的抗拉強度，能很好解決混凝土樁基相互之間的粘接問題，使得整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性更為顯著[15]。

4 樁基問題處理基本原則

4.1 混凝土樁基事故處理方法

（1）接樁法。對高層房屋建筑工程進(jìn)行施工之際，一旦形成成樁后，此時樁頂不能滿足方案高度要求，就需要引入接樁施工方法。當(dāng)前，成樁接樁法主要有2類：第1類就是成樁已經(jīng)凝固，此時需要將完成澆筑的混凝土進(jìn)行清理；然后再通過嵌入式接樁法進(jìn)行處理，這種方式可以提升樁的牢固性[16]。第2類就是將混凝土之上的松散層、浮漿進(jìn)行清理，確保上層干凈，隨后露出其中的鋼筋，并對其進(jìn)行清理干凈之后，接著接長鋼筋，并進(jìn)一步澆灌混凝土，使得樁體的高度可以滿足要求；

（2）補樁法。若是鉆孔樁距過高，缺乏足夠的承受力，對其上的載重量不能承受，那么就需要對樁基承臺之間的不同樁進(jìn)行補樁施工，提升其承載力；

（3）補強法。倘若樁基基身混凝土存在著松散樁、蜂窩狀之際，就可以使用鉆孔補強法。此時，也容易產(chǎn)生樁基強度不能滿足要求，樁底沉渣過厚，這就需要運用高壓注漿之法[17]；

（4）擴(kuò)大承臺梁法。若是承臺梁斷面寬度不能滿足規(guī)范要求，就需要使用這種方法進(jìn)行處理，不過此時需要對承臺梁配筋進(jìn)行高度關(guān)注，切實有效的提升樁基強度。

4.2 環(huán)氧樹脂膠粘劑配制混凝土樁基施工時注意事項

不要選擇在陰雨天進(jìn)行施工，對環(huán)氧樹脂膠粘劑進(jìn)行調(diào)配之際，需要穿戴防護(hù)裝置，如手套、口罩等，否則就容易受到固化劑的傷害，而且作業(yè)空間要有良好的通風(fēng)，否則容易中毒。在調(diào)配之際，相關(guān)工具都需要確保干燥性，若是手指觸碰到環(huán)氧樹脂，就需要將其立即擦拭，接著通過肥皂、溫水將其清潔；若是長期粘附在人體上，也會對身心健康帶來不利影響。調(diào)配時所使用的稀釋劑通常容易揮發(fā)，不能在火源附近作業(yè)，否則容易引起火災(zāi)。調(diào)配之際還需要嚴(yán)格按照相應(yīng)比例進(jìn)行，要做到細(xì)致，若是出現(xiàn)比例參數(shù)出現(xiàn)問題，膠粘劑就難以使用[18-20]。調(diào)配之后還需要立即蓋上瓶口，消除揮發(fā)問題。調(diào)配所使用的工具，都需要在應(yīng)用之后將其快速清洗，倘若放置時間長，就會使得膠水出現(xiàn)凝固，工具也難以使用。

5 結(jié)語

建筑混凝土樁基施工是一項系統(tǒng)性、復(fù)雜性工程，不僅涵蓋工程施工與設(shè)計，同時還涉及到整個工程的各個方面。低模量聚氨酯彈性體材料粘接強度隨 R 值增大而先增后減，拉伸彈性模量隨 R 值大而提升，R 為1.05時綜合性能最佳。采用聚氨酯類底涂劑處理混凝土表面后，粘接強度可達(dá)1.5 MPa 以上。樁基施工也是整個建筑項目的重要基礎(chǔ)性工程，其質(zhì)量的高低會對最終的建筑物安全性、質(zhì)量都會帶來顯著影響。只有提前做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，對現(xiàn)場進(jìn)行科學(xué)的地質(zhì)、水文勘察，利用科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕し桨附M織施工，才能有效提升樁基施工質(zhì)量，進(jìn)而對建筑工程質(zhì)量提供基礎(chǔ)保障。

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