注漿法出現(xiàn)于19世紀(jì)初，注漿工法在水利水電工程中多稱灌漿法。采用灌漿技術(shù)以解決土建工程的有關(guān)技術(shù)難題，至今已有一個世紀(jì)的歷史。漿液注入到地層中去的方式是該工法的關(guān)鍵。隨著注漿技術(shù)的廣泛應(yīng)用，注漿材料得到了較大的發(fā)展。注漿材料從最早的石灰和黏土、水泥，發(fā)展到今天的水泥－－水玻璃漿液、各種化學(xué)漿液。而注漿材料的開發(fā)與應(yīng)用，又反過來推動了注漿工法在更廣泛的領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。通常說的注漿材料是指漿液中的主劑。注漿材料必須是能固化的材料。習(xí)慣上把注漿原材料分為粒狀材料和化學(xué)材料兩個系統(tǒng)。而漿液是同主劑、固化劑，以及溶劑、助劑經(jīng)混合后所配成的液體，分為溶液型和懸濁液型兩大類。 1 灌漿材料的種類及其特點(diǎn) 1.1 溶液型漿材 溶液型漿材又叫化學(xué)漿材，可分為水玻璃類、木質(zhì)素類灌漿材料、丙烯酰胺類灌漿材料、丙烯酸鹽類灌漿材料、聚氨酯類灌漿材料、環(huán)氧樹脂灌漿材料、甲基丙烯酸酯類灌漿材料、脲醛樹脂類、其它類化學(xué)灌漿材料。 1.1.1 水玻璃類灌漿材料 水玻璃（硅酸鈉）是化學(xué)灌漿中最早使用的一種材料，水玻璃類漿液是由水玻璃溶液和相應(yīng)的膠凝劑組成。其無機(jī)膠凝劑有氯化鈣、鋁酸鈉、氟硅酸、磷酸、草酸、硫酸鋁、混合鈉劑等，有機(jī)膠凝劑有醋酸、酸性有機(jī)鹽、有機(jī)酸酯、醛類（乙二醛類）、聚乙烯醇等。二氧化碳亦可與水玻璃溶液在被灌體內(nèi)生成硅酸凝膠。 灌漿用水玻璃模數(shù)在2.4~3.4之間為宜，水玻璃溶液的濃度在35~45°Be’為宜。 水玻璃類漿材主要特點(diǎn)及性能： (1) 膠凝時間從瞬間~24小時不等； (2) 固砂體強(qiáng)度可達(dá)6MPa； (3) 粘度從1.2~200×10-3Pa?s； (4) 可灌性好，滲透系數(shù)可達(dá)10-5～10-6cm/s，可灌入 0.1mm以上的土層。 (5) 毒副作用小，造價低。 1.1.2 木質(zhì)素類漿液 木質(zhì)素類漿液由紙漿廢液、膠凝劑和促凝劑等組成。木質(zhì)素類漿液包括鉻木素和硫木素漿液兩種。鉻木素漿液的固化劑是重鉻酸鈉。但重鉻酸鈉毒性大，難以大規(guī)模使用。硫木素漿液是在鉻木素漿液的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是采用過硫酸銨完全代替重鉻酸鈉，使之成為低毒、無毒木質(zhì)素漿液，是一種很有發(fā)展前途的注漿材料。 漿液及膠凝體主要性能特點(diǎn)： （1）漿液的粘度較小（2~5×10-3Pa?s），可灌性好，滲透系數(shù)為10-3~10-4cm/s的基礎(chǔ)，均可適用于灌注。 （2） 防滲性能好，用鉻木質(zhì)素漿液處理后的基礎(chǔ)，其滲透系數(shù)可達(dá)10-7~10-8cm/s。 （3） 漿液的膠凝時間可在幾十秒至幾十分鐘之間調(diào)節(jié)。 （4） 固沙體強(qiáng)度在0.4MPa以上。 （5） 原料來源廣，價格低廉。 1.1.3 丙烯酰胺類漿液（丙凝漿液） 丙烯酰胺類漿液，國內(nèi)又稱丙凝漿液，是以丙烯酰胺為主劑，和其他交聯(lián)劑，促凝劑和引發(fā)劑等材料所組成。常用的交聯(lián)劑為N-N’-亞甲基雙丙烯酰胺（簡稱M），引發(fā)劑為過硫酸銨[(NH4)2S2O8]，常用的促凝劑有β-二甲基丙腈[(CH3)2NCH2NCH2CN]和三乙醇胺[N(C2H4OH)3]，緩凝劑一般用鐵氰化鉀（稱簡KF）。 漿液及凝膠體的主要特點(diǎn)： （1） 漿液粘度小。與水接近，常溫標(biāo)準(zhǔn)濃度下黏度為1.2×10-3Pa?s。 （2） 可灌性良好，漿液能滲入粒徑小于0.01毫米的土層或滲透系數(shù)大于10-4cm/s的被灌體。 （3） 膠凝時間可準(zhǔn)確地控制在幾秒至數(shù)十分鐘之間。因此既可用于堵住大流量的集中涌水，也可用于細(xì)微裂隙的防滲處理。 （4） 凝膠體的滲透系數(shù)為10-9~10-10cm/s，固砂體的滲透系數(shù)可達(dá)10-8cm/s，可以認(rèn)為是不透水的。 （5） 凝膠體的抗壓強(qiáng)度較低，約為0.2~0.8MPa，在較大裂隙內(nèi)的凝膠體易被擠出，因此僅用于防滲注漿。 （6） 漿液及凝膠體耐久性較差，且有一定毒性。 （7） 丙烯酰胺漿液價格較貴，材料來源也較小。 （8） 丙凝漿液與鐵質(zhì)易起化學(xué)作用，具有腐蝕性。 1.1.4 丙烯酸鹽類漿液 丙烯酸鹽是由丙烯酸和金屬組成的有機(jī)電解質(zhì)。加入交聯(lián)劑后就生成不溶于水的聚合物。丙烯酸鹽漿液是由一定濃度的單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑、緩凝劑等組成的水溶液。常用的交聯(lián)劑多為N-N’-亞甲基雙丙烯酰胺和六氫-1,3,5三丙烯?；痪?，丙烯酸鹽常采用氧化還原引發(fā)體系，通過游離基聚合反應(yīng)生成不溶于水的含水凝膠。 漿液和凝膠體主要性能： （1） 聚合反應(yīng)開始前，粘度基本保持不變。聚合反應(yīng)一旦開始，粘度急劇變化，具有很快達(dá)到最終凝膠的性能。 （2） 漿液可灌性好，丙烯酸鹽漿液更浸潤土粒，對地基內(nèi)的微細(xì)孔隙有較好的可灌性。 （3） 漿液膠凝時間可在數(shù)秒到數(shù)小時內(nèi)控制。 （4） 凝膠體的滲透系數(shù)在10-7~10-10cm/s之間，固砂體的滲透系數(shù)在10-5~10-8cm/s之間。 （5） 固砂體抗壓強(qiáng)度在0.3~1MPa之間。 1.1.5 聚氨酯類漿液 聚氨酯類漿液分非不溶性聚氨酯漿液（簡稱PM）和水溶性聚氨酯類漿液（簡稱SPM）。 (1)非水溶性聚氨酯類漿液非水溶性聚氨酯是由多異氰酸酯和多羥基化合物聚合而成。不溶于水，只溶于有機(jī)溶劑中。其漿液和凝膠體主要性能如下： ①漿液相對密度1.036~1.125，是非水溶性的，遇水開始反應(yīng)，因此不易被地下水沖稀，可用于動水條件下堵漏，封堵各種形式的地下、地面及管道漏水，止水效果好。 ②漿液遇水反應(yīng)時，放出CO2氣體，使?jié){液產(chǎn)生膨脹，向四周滲透擴(kuò)散，直到反應(yīng)結(jié)束時止。由于膨脹而產(chǎn)生了二次擴(kuò)散現(xiàn)象，因而有較大的擴(kuò)散半徑和凝固體積比。 ③ 漿液黏度低，可注性能好，可與水泥注漿相結(jié)合；采用單液系統(tǒng)注漿，工藝設(shè)備簡單。 ④ 固砂體抗壓強(qiáng)度高，一般在0.6~1MPa，其凝膠體抗壓強(qiáng)度可達(dá)3MPa，有時可作為補(bǔ)強(qiáng)材料。 ⑤ 抗?jié)B性能好，滲透系數(shù)可達(dá)10-6~10-8cm/s。 ⑥ 漿液遇水開始反應(yīng)，所以受外部水或水蒸氣影響較大，在存放或施工時應(yīng)防止外部水進(jìn)入漿液中。 ⑦ 不污染環(huán)境。 ⑧ 注漿后，管道、設(shè)備需用丙酮、二甲苯等溶劑清洗。 (2) 水溶性聚氨酯類漿液水溶性聚氨酯漿液是由預(yù)聚體和其他外加劑所組成。其與PM的主要區(qū)別在于SPM所用的聚醚是環(huán)氧乙烷聚合物，而PM所用的聚醚是環(huán)氧丙烷聚合物，前者具有親水性。 漿液與凝膠體主要性能和特點(diǎn)： ① 漿液能均勻地分散或溶解在大量水中，凝膠后形成包有大量水的彈性體。 ② 漿液相對密度1.10，黏度0.1Pa?s左右。 ③ 凝膠時間在數(shù)秒到數(shù)十分鐘內(nèi)可調(diào)。 ④ 固砂體抗壓強(qiáng)度為0.1~5MPa，凝膠體強(qiáng)度可達(dá)2MPa。 ⑤ 可用于水工建筑物及地下工程的防滲堵漏。 1.1.6 環(huán)氧樹脂類漿液 環(huán)氧樹脂具有強(qiáng)度高，粘結(jié)力強(qiáng)，收縮小，化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。其粘結(jié)力和內(nèi)聚力均大于混凝土，因此對于恢復(fù)結(jié)構(gòu)的整體性，能起很好的作用。但其漿液黏度大、可注性小、憎水性強(qiáng)、與潮濕裂縫黏結(jié)力差。 1.1.7 甲基丙烯酸酯類漿液（甲凝） 甲基丙烯酸酯類漿液是一種化學(xué)補(bǔ)強(qiáng)灌漿材料。其漿液和凝膠體主要性能特點(diǎn)如下： （1） 黏度低，在25℃時僅為5.7×10-4Pa?s。 （2） 可灌性好，可注入0.05毫米的細(xì)微裂縫。在0.2~ 0.3MPa壓力下，漿液可滲入混凝土內(nèi)4~6厘米。 （3） 聚合后的強(qiáng)度和黏結(jié)力較高。 （4）甲凝為憎水材料，液態(tài)時怕水，在注漿前，必須用風(fēng)吹干裂縫和在漿液內(nèi)加入一定的阻聚劑等。 1.1.8 脲醛樹脂漿液 脲醛樹脂類漿液是以脲醛樹脂或脲-甲醛為主劑，加入一定量的酸性固化劑所組成的漿液。脲醛樹脂漿液有脲醛樹脂漿液、脲-甲醛漿液、改性脲醛樹脂漿液。 脲醛樹脂漿液主要特點(diǎn)： （1） 粘度低，在10-3Pa?s范圍內(nèi)?？蓪崿F(xiàn)單液或雙液注漿。 （2） 凝膠時間在十幾秒到幾十分鐘內(nèi)可調(diào)。 （3） 抗壓強(qiáng)度在4~8MPa之間。 （4） 固砂體抗?jié)B系數(shù)為10-4~10-5cm/s 1.1.9 丙強(qiáng)漿液 丙強(qiáng)漿液是在丙凝漿液基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它主要是以丙凝與脲醛樹脂作為注漿材料的一種化學(xué)注漿漿液。 丙凝漿液主要性能特點(diǎn)： （1） 漿液相對密度為1.19~1.20。 （2） 漿液粘度為(5~6)×10-3Pa?s。 （3） 膠凝時間在數(shù)分鐘到數(shù)小時內(nèi)可調(diào)。 （4）固砂體滲透系數(shù)可達(dá)10-8cm/s?？箟簭?qiáng)度可達(dá) 0.17Mpa。 2 懸濁液型漿材 懸濁液型漿材是指固體顆粒懸浮在水中的注漿材料。主要包括純水泥漿、水泥黏土漿、水泥水玻璃漿等。 2.1水泥漿液 注漿工程中最常用的是普通硅酸鹽水泥。水泥細(xì)度是決定水泥性能的重要因素之一。純水泥漿的主要性能如下： （1） 材料來源廣泛，成本較低，無毒性，施工工藝簡單方便。 （2） 黏度隨水灰比而變，可小至16s，大至139s。 （3） 凝結(jié)時間隨水灰比的增加而延長，從數(shù)小時到數(shù)十小時。 （4） 抗壓強(qiáng)度可達(dá)22.0MPa。 （5） 結(jié)石率可達(dá)99%? （6） 穩(wěn)定性差，易沉淀析水，在地下水流速較大的條件下注漿時，漿液易受水的沖刷和稀釋。 （7） 為改善水泥漿性能，可摻入摻合料如黏性土、水玻璃、粉煤灰等。 2.2 水泥黏土類漿液 水泥黏土漿液是由水泥黏土按一定比例混合而成。作為加固注漿時，黏土摻量一般為5%~15%。由于黏土的分散性高，親水性好，因而沉淀析水性較小。水泥黏土漿液的穩(wěn)定性大大提高。 漿液凝膠體主要性能如下： （1） 黏度隨水灰比及黏土用量而變，從0~65s之間可調(diào)。 （2） 凝結(jié)時間較長。 （3） 結(jié)石率比純水泥漿液高，可達(dá)100%。 （4） 抗壓強(qiáng)度可達(dá)13.6MPa。 2.3 黏土類漿液 黏土來源廣泛，成本低廉。多用于病險土工堤壩的防滲注漿工程。為改善黏土類漿液性能而研制了黏土水玻璃漿液。黏土40%~60%，水玻璃為黏土的10%~15%，熟石灰為黏土重量的1%~3%。其余為水。漿液的主要性能為：凝結(jié)時間為幾十秒至幾十分鐘，黏度為20~30s，滲透系數(shù)為10-5~ 10-6cm/s。 2.4 水泥水玻璃類漿液 水泥水玻璃漿液亦稱CS漿液，是以水泥和水玻璃為主劑，兩者按一定的比例采用雙液方式流入，必要時加入速凝劑或緩凝劑所組成的注漿材料。它克服了單液水泥漿的凝結(jié)時間長且不能控制、結(jié)石率低等缺點(diǎn)，提高了水泥注漿的效果，擴(kuò)大了水泥注漿的適用范圍?？捎糜诜罎B回固。 水泥水玻璃漿液的特點(diǎn)： （1） 漿液凝膠時間可控制在幾秒到幾十分鐘范圍內(nèi)； （2） 波美度越小，膠凝越快；水玻璃摻量越少，膠凝越快； （3） 結(jié)石體抗壓強(qiáng)度較高，可達(dá)10～20MPa；結(jié)石率可達(dá)100%。 （4） 結(jié)石體滲透系數(shù)為10-3cm/s； （5） 可用于裂隙為0.2mm以上的巖體或粒徑為1mm以上的砂層； （6） 材料來源豐富，價格較低廉； （7） 對環(huán)境及地下水無毒性污染，但有NaOH堿溶出，對有腐蝕性； （8） 結(jié)石體易粉化，有堿溶出，化學(xué)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。 2.5 微細(xì)水泥漿液 微細(xì)水泥漿液又叫MC漿液，其平均粒徑為4μm。最大粒徑為10μm。這個特性使MC漿液能夠滲入滲透系數(shù)為10-3~10-4cm/s的細(xì)砂層和巖石的細(xì)裂隙中。 微細(xì)水泥漿液及結(jié)石體的主要性能特點(diǎn)： （1）漿液的凝結(jié)時間可以用水玻璃在20s至幾分鐘的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 （2）結(jié)石體抗壓強(qiáng)度高，可達(dá)25MPa；固砂強(qiáng)度可高達(dá)62MPa。 （3）可灌性強(qiáng)，能注入0.1~0.2mm的細(xì)砂中。 （4）對于1：1的漿液，漿液析水率＜5%，析水歷時2h以上，穩(wěn)定性大大提高。 （5）具有良好的工作環(huán)境，無毒，結(jié)石具有較高的耐久性。對裂縫中的鋼筋無腐蝕。對裂隙的濕度不敏感。 （6）固砂體滲透系數(shù)可達(dá)1.0×10-6cm/s。 3 灌漿材料的發(fā)展方向 傳統(tǒng)的水泥和黏土類顆粒材料由于粒度大，可灌性低，難以滿足各種地層類型的不同要求。傳統(tǒng)的水玻璃類灌漿材料固結(jié)強(qiáng)底低，且生成的凝膠產(chǎn)物對環(huán)境有一定的污染。目前使用的高分子化學(xué)漿材施工成本較高，在經(jīng)濟(jì)性及耐久性方面使用其難以大量使用。且都有一定程度的毒性，易污染環(huán)境并危及人的身體健康。鄭守仁院士指出：灌漿材料的環(huán)保問題、耐久性問題以及不適應(yīng)不同環(huán)境開發(fā)新品種材料是今后灌漿材料研究的方向。因此尋求滲透性強(qiáng)、可注性好、無污染、固結(jié)體強(qiáng)度較高、凝膠時間易于控制、價格便宜和施工方便等綜合性能指標(biāo)高及成本較低的綠色新型灌漿材料是今后材料學(xué)界和工程界研究開發(fā)的共同課題。據(jù)此，筆者認(rèn)為新型無機(jī)膠凝材料的研究開發(fā)及現(xiàn)有粒狀材料的細(xì)化是今后注漿材料的發(fā)展方向。

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文章來源： 永年加固公司
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