0 引言

　　随着我国城市地下工程的建设和发展，城市综合管廊、地铁隧道、人防工程等逐渐进入服役期。由服役现状可知，不少工程已出现多种病害，其中渗漏水为较高发病害，是目前城市地下工程维修养护亟须解决的问题。渗漏水病害除与结构自防水能力有关外，还受地下水位季节性交替的影响，雨季渗漏水现象相对高发。

　　地下工程通常采用结构自防水、防水卷材、防水涂料等方式进行防水设计^[1,2]，但运营阶段仍会出现渗漏水病害。注浆作为地下工程渗漏水治理常用措施，通过借助外部压力将具有自凝能力的浆液压入渗水通道内，依靠凝结后的固化物将渗水通道阻断，达到堵漏目的。用于止水堵漏的有机高分子材料丙烯酸盐逐渐兴起^[3,4,5]，已用于地下工程渗漏水治理中^[6,7,8]，葛照国等^[9]选用丙烯酸盐作为喷膜防水材料，并在地下空间结构防水中得到应用，取得良好效果。

　　丙烯酸盐注浆材料一般由主剂、交联剂及适量引发剂和促进剂等组成，浆液具有黏度小、表面张力小、渗透能力强、固化时间可调和瞬凝等特点，固化物具有黏附性大、渗透系数小、弹性大和吸水膨胀等特点，在混凝土结构裂缝、变形缝处渗水、漏水、洇水治理中具有良好效果，且能适应一定范围内的结构变形。在隧道渗漏水治理中，丙烯酸盐注浆材料的应用处于起步阶段，因对其应用场景和适用范围的认识不充分，制约其推广与应用。为此，通过试验研究丙烯酸盐注浆材料固化物吸水膨胀特性，增加对该材料性能的认识，为其推广应用提供参考。

　　1 试验概况

　　为提高注浆止水效果，通常采用调节浆液有效成分配合比的方式对浆液固化时间进行控制。浆液在有水环境中被水稀释，使有效成分浓度发生变化。对于丙烯酸盐注浆材料，浆液中有效成分浓度的变化对分子链聚合和交联反应产生直接影响，从而影响固化物物理力学特性。

　　1.1 试验方案

　　不同施工环境下的浆液配合比不同，从而导致浆液有效成分浓度不同，富水条件下的浓度相应降低。本试验共设计6组(24个)工况(见表1)，用于研究丙烯酸盐注浆材料固化物固化时间与浆液有效成分配合比的关系，从而得到固化物吸水膨胀特性。表1中w为掺水率(掺水量与浆液质量之比)，w=0表示潮湿和渗水，w=10%表示水珠，w=30%表示滴漏，w=50%表示线漏;A料为主剂，B料为交联剂，C料为引发剂和促进剂。

　　表1 固化物自由膨胀率试验工况 

　　表1 固化物自由膨胀率试验工况

　　采用排水法测量被测物体排水质量，通过密度公式计算被测物体体积。测量仪器包括1 000m L长颈烧杯、300m L小烧杯、电子秤(精度0.01g)。在长颈烧杯侧壁粘贴8mm玻璃管，以保持杯内液面等高。具体测量步骤为:(1)向长颈烧杯内倒水至玻璃管高度以上;(2)待玻璃管高度以上的水自流排出，且水面稳定2min后，将干燥的小烧杯置于玻璃管出口下方;(3)将固化物放入长颈烧杯内;(4)待水不再向小烧杯内流后，小烧杯内水的体积即为固化物体积。利用电子秤测得排出水质量，换算得到固化物初始体积L₀(m L)、不同时间n的体积L_n(m L)，固化物自由膨胀率(精确至0.1%)为:

　　停止固化物自由膨胀体积测量的依据为24h内固化物平均自由膨胀率增量<0.5%。将最后一次测量得到的自由膨胀率称为固化物稳定自由膨胀率ΔV_s。

　　1.2 试件制备

　　按表1设计工况，将调配完成的浆液倒入小烧杯内制成固化物，在固化物内埋设0.15mm漆包线，并粘贴工况标签，以减少人为误差，方便测量。初始试件体积一般控制为50cm³左右，如图1,2所示。

　　图1 制备完成的试件  

　　图2 养护在水中的试件  

　　1.3 试验过程

　　将固化物完全浸于水中养护，利用排水法测量不同时刻固化物体积，符合停止固化物自由膨胀体积测量标准后结束测量，计算并记录稳定自由膨胀率。

　　2 试验结果分析

　　2.1 吸水膨胀率

　　参照体积测量结果，调整测量时间间隔，以便更精确地描述固化物吸水膨胀过程。计算得到固化物吸水过程中自由膨胀率随时间的典型变化曲线，如图3所示。由图3可知，随着时间的增加，固化物自由膨胀率变化趋势大致相同，前期(固化物成形后)变化较快，后期增幅逐渐减缓，36d左右趋于平稳。分析整个过程可知，试验初期固化物内外渗透压较大，且分子间约束力较小;随着时间的推移，固化物吸水量不断增大，水分子将分子链撑开，分子间约束力变大，渗透压降低，吸水速度减小;当分子间约束力与渗透压达到平衡时，固化物在水中的体积基本不变;此后，固化物体积略有增加。

　　图3 固化物自由膨胀率随时间变化曲线  

　　统计得到40d时不同试件固化物稳定自由膨胀率，如图4所示。由图4可知，浆液配合比与掺水率对固化物吸水膨胀特性的影响较大，试件吸水膨胀率可达172%～278%。

　　图4 固化物稳定自由膨胀率  

　　2.2 掺水率的影响

　　不同掺水率下固化物自由膨胀率随时间变化曲线如图5所示，由图5可知，当浆液配合比相同时，随着掺水率的增加，固化物自由膨胀率降低，自由膨胀初始速度减小;当浆液配合比较大时，固化物吸水膨胀速度差异较大;当浆液配合比较小时，掺水率对自由膨胀率的影响较小。由此可知，浆液配合比越大，掺水率对固化物自由膨胀率的影响越大。这是由于主剂浓度增加，提高了分子链间的交联程度，从而导致固化物内外渗透压变大。因此，主剂浓度较高的丙烯酸盐注浆材料固化物稳定自由膨胀率较高，吸水自由膨胀初始速度较快。

　　当浆液配合比为2.0时，固化物吸水自由膨胀初始速度较快，且最终膨胀率受掺水率的影响较小，综合考虑浆液固化速度后，可将浆液配合比≥2.0的注浆材料用于渗漏水量较大的工程中。当浆液配合比为1.0时，固化物吸水自由膨胀率受掺水率的影响最显著。当浆液配合比>1.2时，固化物最终自由膨胀率相差较小。因此，对于一般的止水工程，浆液配合比宜为1.0～1.2，且当浆液配合比为1.0时，固化物发挥的堵水效果更显著。因此，二次补浆时宜选用浆液配合比为1.0的注浆材料，避免受渗水通道含水量较小的影响。

　　图5 不同掺水率下固化物自由膨胀率随时间变化曲线  

　　浆液配合比较小时，吸水自由膨胀速度和自由膨胀率均较小。此时由于分子链间的交联状态较弱，使材料耐久性较差，溶胀破坏的可能性较大。因此，当初次注浆浆液配合比<1.0时，需进行二次补浆，必要时需多次补浆，以保证堵漏效果。

　　2.3 浆液配合比的影响

　　不同浆液配合比下固化物自由膨胀率随时间变化曲线如图6所示，由图6可知，随着掺水率的增加，曲线趋于平缓，浆液配合比的影响逐渐减弱。因此，遇线漏、股水等渗漏水较严重的情况时，除采用较高的主剂浓度外，仍需及时进行后补浆。由图6b可知，当掺水率w=10%时，随着浆液配合比的增加，自由膨胀率增大。因此，当遇渗水、水珠等渗流量较小的情况时，浆液配合比宜>1.0。

　　不同掺水率下固化物稳定自由膨胀率与浆液配合比的关系如图7所示，由图7可知，稳定自由膨胀率随着浆液配合比的减小而减小，掺水率w=10%时的降幅最大，接近20%，掺水率w=30%时的降幅为15%左右。这说明遇水珠、滴漏等渗漏情况时，浆液配合比对固化物物理特性的影响较大，宜适当提高主剂含量。

　　图6 不同浆液配合比下固化物自由膨胀率随时间变化曲线  

　　图7 稳定自由膨胀率与浆液配合比的关系  

　　3 结语

　　1)丙烯酸盐注浆材料固化物具有良好的吸水膨胀特性，吸水膨胀率可达172%～278%。

　　2)随着掺水率的增加，固化物吸水自由膨胀初始速度和自由膨胀率均逐渐降低;随着主剂含量的增加，吸水自由膨胀初始速度和稳定自由膨胀率基本逐渐增加。

　　3)常规渗漏水治理中，浆液配合比宜取1.0～1.2;渗漏水量较大的情况下，浆液配合比宜≥2.0。

　　4)当浆液主剂含量较小或浆液被稀释时，需通过二次补浆提高堵水效果。