CN105716998A - 一种混凝土裂缝化学灌浆浆液扩散半径的计算方法 - Google Patents

Abstract

一种混凝土裂缝化学灌浆浆液扩散半径的计算方法，依据公式：<maths num="0001"></maths>计算在不同灌浆压力作用下，灌浆液的扩散半径；计算裂缝宽度对灌浆液的扩散半径的影响；计算裂缝化学灌浆持续时间长短对浆液扩散距离的影响；计算灌浆液粘度对浆液扩散半径的影响。本发明提供一种混凝土裂缝化学灌浆浆液扩散半径的计算方法，计算简单，技术可靠，方便应用，满足工程需要，体现了良好的经济效益。

Description

一种混凝土裂缝化学灌浆浆液扩散半径的计算方法

技术领域

本发明一种混凝土裂缝化学灌浆浆液扩散半径的计算方法，属水工混凝土缺陷修复技术领域。

背景技术

选用环氧、聚氨酯等不同品种的化学浆液用灌浆方法修补混凝土裂缝，是行业现行标准DL/T5406-2010《水工建筑物化学灌浆施工规范》中所规定的方法。然而浆液扩散半径的大小是影响灌浆质量好坏的一个重要因素，也是裂缝化学灌浆的一道关键工序。如何计算浆液扩散半径的大小，长期以来一直缺乏系统、完整的理论基础和科学依据。多是以工程经验积累为主，采取估算和经验方式确定，随意性大，带来的技术问题是灌浆嘴间距大小布置欠合理，即偏小时造成浪费，偏大时浆液充填不饱满质量受影响。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种混凝土裂缝化学灌浆浆液扩散半径的计算方法，计算简单，技术可靠，方便应用，满足工程需要，体现了良好的经济效益。

本发明所采用的技术方案是：

一种混凝土裂缝化学灌浆浆液扩散半径的计算方法，包括以下步骤：

步骤1：依据公式：

$R=2.2237{\left(\frac{\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{ptb}}^2}{n}\right)}^{0.3548}---\left(1\right)$

计算在不同灌浆压力作用下，灌浆液的扩散半径；

步骤2：依据公式：

$R=2.2237{\left(\frac{{\mathrm{\&Delta;ptb}}^2}{n}\right)}^{0.3548}---\left(1\right)$

计算裂缝宽度对灌浆液的扩散半径的影响；

步骤3：依据公式：

$R=2.2237{\left(\frac{{\mathrm{\&Delta;ptb}}^2}{n}\right)}^{0.3548}---\left(1\right)$

计算裂缝化学灌浆持续时间长短对浆液扩散距离的影响；

步骤4：依据公式：

$R=2.2237{\left(\frac{{\mathrm{\&Delta;ptb}}^2}{n}\right)}^{0.3548}---\left(1\right)$

计算灌浆液粘度对浆液扩散半径的影响。

本发明一种混凝土裂缝化学灌浆浆液扩散半径的计算方法，根据实际情况在进行相关理论研究时，对所研究的裂缝在一定程度上进行条件简化，从而研究确定化学灌浆液在混凝土裂缝内部流动的一般规律，得出化学灌浆液在裂缝内部流动扩散半径的近似解，作为混凝土裂缝化学灌浆修补时设置灌浆嘴的依据，指导工程实际应用，而不是完全依靠现场以及以往工程的施工经验，从而提高混凝土裂缝化学灌浆的技术水平。

附图说明

图1为本发明实施例中的P-R关系曲线图。

图2为本发明实施例中的b-R关系曲线图。

图3为本发明实施例中的t-R关系曲线图。

图4为本发明实施例中的不同粘度的浆液在裂缝内部的流动扩散距离图。

具体实施方式

原理分析：

化学灌浆浆液在裂缝内部的流动扩散半径是进行混凝土裂缝化学灌浆修补的最为基本的参数，它是在进行混凝土裂缝化学灌浆修补时，制定灌浆施工方案的基本依据。化学灌浆液在混凝土裂缝内部的扩散半径受许多因素的影响，一般来说，主要包括化学灌浆液自身的技术性质、混凝土裂缝的形态特征以及相关灌浆技术等。而混凝土自身裂缝形态是其中最为复杂的，即便对于单一裂缝来说，因为混凝土内部裂缝壁面是凹凸不平的粗糙面，同时裂缝内部各个位置的宽度也都是不一样的，一般来说会随着对裂缝尖端位置的靠近裂缝宽度会不断变小，同时在混凝土裂缝内部也可能存在一定的填充物，阻塞裂缝的连通性，而使混凝土裂缝的可灌性变差等。混凝土裂缝的壁面形态都是处于混凝土结构内部，具有隐蔽性强而且难以定量描述的特点，无法通过直接测量来获得，因此要准确分析确定化学灌浆液在混凝土裂缝内部的流动扩散半径是很难实现的。

一种混凝土裂缝化学灌浆浆液扩散半径的计算方法，

1、灌浆压力对浆液扩散距离的影响：

假设裂缝宽度为0.05cm，灌浆液粘度为25mPa·s，灌浆持续时间为5min，依据公式(1)

$R=2.2237{\left(\frac{{\mathrm{\&Delta;ptb}}^2}{n}\right)}^{0.3548}---\left(1\right)$

计算在不同灌浆压力作用下，灌浆液的扩散半径，如图1所示。从图1可知，在其它灌浆参数保持不变的情况下，灌浆液在裂缝内部的扩散半径随着初始灌浆压力的增大而增大，特别是在初始灌浆压力小于0.1MPa时，其增大趋势极为明显。而当初始灌浆压力增大到0.3MPa后，灌浆液的扩散半径增长则极为缓慢，并且随着初始灌浆压力的继续增大，其扩散半径的增大趋势更趋缓慢。这与灌浆压力在灌浆孔附近的衰减速度大，距离灌浆孔位置越远的地方压力衰减越小的趋势是相同的。因此在进行混凝土裂缝化学灌浆修补时，在一定条件下，为提高灌浆的效率，不能一味地提高初始灌浆压力，因为灌浆压力达到一定程度后，对灌浆液的扩散距离的贡献率也就不断降低，无法起到很明显的效果。而过高的灌浆压力，不仅需要耗费更高的能源，同时也可能造成原混凝土裂缝产生新的扩展破坏。因此，在进行裂缝化学灌浆修补时，初始灌浆压力应在混凝土可承受的初始灌浆压力范围内并结合合理的扩散半径进行选择确定。

2、裂缝宽度对浆液扩散半径的影响：

假设灌浆液粘度为25mPa·s，灌浆持续时间为5min，初始灌浆压力为0.4MPa，依据公式(1)计算裂缝宽度对灌浆液的扩散半径的影响，如图2所示。混凝土裂缝的隐蔽性使其宽度值成为其中最难以确定的参数之一。从图2可知，混凝土裂缝的宽度增大就会使化学灌浆液在裂缝内部的流动扩散距离增大。从增大趋势上来看，其扩散半径的增大趋势随着裂缝宽度的增大而逐渐放缓，但幅度极其微小，使其扩散半径与裂缝宽度近似成线性增长的趋势，说明裂缝宽度对浆液扩散能力的影响较灌浆压力对其的影响更为显著。

3、灌浆持续时间对浆液扩散半径的影响：

灌浆时间不仅关系到浆液扩散半径，同时也关系到灌浆效果以及施工进度。假设灌浆液粘度为25mPa·s，初始灌浆压力为0.4MPa，裂缝宽度为0.04cm。依据公式(1)计算裂缝化学灌浆持续时间长短对浆液扩散距离的影响，如图3所示。如图3可知，在其它因素都保持稳定的情况下，浆液扩散距离随着灌浆时间的延长而增大，特别是在灌浆的早期阶段，其浆液扩散半径很容易达到一个比较大的近似稳定值，而后面再随着灌浆时间的延长，其扩散距离的增量则不断减小，即扩散距离显现增长幅度变小的趋势。因此在进行裂缝灌浆修补时，为达到较好的灌浆效果，在选定的灌浆压力下，同时还应该考虑灌浆时间的影响，进行综合确定，以提高灌浆施工的综合效益。

4、灌浆液粘度对浆液扩散半径的影响：

一般来说，灌浆液粘度越小在特定情况下，其在裂缝内部的流动扩散距离也就越远，也越容易进入细微裂缝，即可灌性越好。由公式(1)可知，在其它因素保持稳定的情况下，浆液扩散半径与浆液粘度的0.3548次方成反比例关系。设在0.4MPa初始灌浆压力作用下，不同裂缝宽度，持续灌浆时间为5min时，不同粘度的浆液在裂缝内部的流动扩散距离如图4所示。从图4可知：在宽度较大的裂缝中，浆液粘度值由0开始逐渐增长到80mPa·s时，其在裂缝内部的扩散半径急剧减小，而当裂缝宽度减小到0.01cm时，其急剧减小范围缩小至60mPa·s，同时随着粘度值的继续增大，其扩散半径也继续减小，但减小趋势渐趋平缓。随着裂缝宽度的减小，其可灌性也急剧降低，对于宽度细微裂缝，合适的最大灌浆液粘度值60mPa·s，超过该值，使用更大粘度值的灌浆液进行灌浆，灌浆液在裂缝内部的扩散流动距离就会很小，而无法达到良好的填充修补效果。

本发明一种混凝土裂缝化学灌浆浆液扩散半径的计算方法，通过应用牛顿摩阻定律研究确定了浆液在裂缝内部的流动特性和扩散半径，在此基础上，再结合广义达西定律，认为灌浆过程中浆液在裂缝内部的流动速度都为一平均值，进行了理论再推导，得出：

$R=2.2237{\left(\frac{{\mathrm{\&Delta;ptb}}^2}{n}\right)}^{0.3548}---\left(1\right)$

式中：R—浆液扩散半径(cm)；

△p—有效灌浆压力(Pa)，由于在混凝土裂缝化学灌浆过程中裂缝内部不存在地下水情况，同时也都设置有排气孔，认为灌浆压力除了克服壁面摩擦力外无损失，因此认为△p即为允许灌浆压力值；

t—灌浆时间(s)；

b—裂缝宽度(cm)，取灌浆孔与裂缝相交处的内部平均裂缝宽度，通过内插法计算获得；

n—浆液粘度(mPa·s)。

根据公式(1)，即可计算浆液在缝面内的扩散半径，有了扩散半径，实际工程中就很容易计算出灌浆孔(嘴)的间距布置，可做到科学合理、质量可靠。在此需要强调的是，间距布置均以单孔(嘴)为圆心考虑浆液扩散，为保证扩散能相互连接、无缝隙覆盖，孔(嘴)间距设定必须考虑浆液扩散半径呈相交重叠状态，即不可相切。经计算，实际应用时其间距取值采用R为宜,R为灌浆孔半径。

Claims (8)

1.一种混凝土裂缝化学灌浆浆液扩散半径的计算方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：依据公式：

计算在不同灌浆压力作用下，灌浆液的扩散半径；

步骤2：依据公式：

计算裂缝宽度对灌浆液的扩散半径的影响；

步骤3：依据公式：

计算裂缝化学灌浆持续时间长短对浆液扩散距离的影响；

步骤4：依据公式：

计算灌浆液粘度对浆液扩散半径的影响。

2.根据权利要求1所述一种混凝土裂缝化学灌浆浆液扩散半径的计算方法，其特征在于，通过应用牛顿摩阻定律研究确定了浆液在裂缝内部的流动特性和扩散半径，在此基础上，再结合广义达西定律，认为灌浆过程中浆液在裂缝内部的流动速度都为一平均值，进行了理论再推导，得出：

式中：R—浆液扩散半径(cm)；

ΔP—有效灌浆压力(Pa)，由于在混凝土裂缝化学灌浆过程中裂缝内部不存在地下水情况，同时也都设置有排气孔，认为灌浆压力除了克服壁面摩擦力外无损失，因此认为ΔP即为允许灌浆压力值；

t—灌浆时间(s)；

b—裂缝宽度(cm)，取灌浆孔与裂缝相交处的内部平均裂缝宽度，通过内插法计算获得；

η—浆液粘度(mPa·s)。

3.根据权利要求1所述一种混凝土裂缝化学灌浆浆液扩散半径的计算方法，其特征在于，所述步骤1中，在其它灌浆参数保持不变的情况下，灌浆液在裂缝内部的扩散半径随着初始灌浆压力的增大而增大，特别是在初始灌浆压力小于0.1MPa时，其增大趋势极为明显；而当初始灌浆压力增大到0.3MPa后，灌浆液的扩散半径增长则极为缓慢，并且随着初始灌浆压力的继续增大，其扩散半径的增大趋势更趋缓慢。

4.根据权利要求1所述一种混凝土裂缝化学灌浆浆液扩散半径的计算方法，其特征在于，所述步骤2中，混凝土裂缝的宽度增大，就会使化学灌浆液在裂缝内部的流动扩散距离增大；从增大趋势上来看，其扩散半径的增大趋势随着裂缝宽度的增大而逐渐放缓，但幅度极其微小，使其扩散半径与裂缝宽度近似成线性增长的趋势。

5.根据权利要求1所述一种混凝土裂缝化学灌浆浆液扩散半径的计算方法，其特征在于，所述步骤3中，浆液扩散距离随着灌浆时间的延长而增大，在灌浆的早期阶段，其浆液扩散半径很容易达到一个比较大的近似稳定值，而后面再随着灌浆时间的延长，其扩散距离的增量则不断减小，即扩散距离显现增长幅度变小的趋势。

6.根据权利要求1所述一种混凝土裂缝化学灌浆浆液扩散半径的计算方法，其特征在于，所述步骤4中，在宽度较大的裂缝中，浆液粘度值由0开始逐渐增长到80mPa·s时，其在裂缝内部的扩散半径急剧减小，而当裂缝宽度减小到0.01cm时，其急剧减小范围缩小至60mPa·s，同时随着粘度值的继续增大，其扩散半径也继续减小，但减小趋势渐趋平缓。

7.一种混凝土裂缝化学灌浆浆液扩散半径的计算方法，其特征在于，灌浆孔间距布置均以单孔为圆心考虑浆液扩散，孔间距设定必须考虑浆液扩散半径呈相交重叠状态，即不可相切。

8.一种混凝土裂缝化学灌浆浆液扩散半径的计算方法，在水工混凝土裂缝化学灌浆加固或防渗堵漏处理中的应用。