1、灌漿材料的-發展現狀與展望王兀光黃文新（華南理工大學材料科學與工程學院510640）（廣州市地下鐵道總公司）摘要:灌漿工法淮為防滲補強加固的一種重要手段真瘤漿材料起著至關重要的作月。本文對矛譬漿材料片夕種類竺及其逆用性能作了詳細片夕描述，伺刀吮對令后勞容蒯夕發暴方溝提功了產履望。關鍵諭矛蜜漿灌漿材料注漿法出現于1g世紀初，注漿工法在水利水電工程中多稱灌漿法。采用灌漿技術以解決土建工程的有關技術難 題。至今已有一個世紀的歷史。漿液注入到地層中去的方 式是該工法的關鍵。隨著注漿技術的廣泛應用，注漿材料得到了較大的發展。注漿材料從最早的石灰和孰土、水泥發展到今天的水泥一一水玻璃漿液、各種化學漿液。而

2、注漿材料的開發與應用，又反過來推動了注漿工法在更廣泛 的領域內的應用。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。習慣上把注漿原材料分為粒狀材料和化學材料兩個系統。而漿液是同主劑、固化劑， 以及溶劑、助劑經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1.1溶液型漿材溶液型漿材又叫化學漿材，可分為水玻璃類、木質素類灌漿材料、丙烯猷胺類灌漿材料、丙烯酸鹽類灌漿材料、聚氨酷類灌漿材料、環氧樹脂灌漿材料、甲基丙烯酸醋類灌漿材料、服醛樹脂類、其它類化學灌漿材料。1.1.1水玻璃類灌漿材料水玻璃（硅酸鈉）是化學灌漿中最早使用的一種材料，水玻璃類漿液是由水玻璃

3、溶液和相應的膠凝劑組成。其無 機膠凝劑有氯化鈣、鋁酸鈉、氟硅酸、磷酸、草酸、硫酸 鋁、混合鈉劑等，有機膠凝劑有醋酸、酸性有機鹽、有機 酸醋、酉荃類（乙二醛類）、聚乙烯醇等。二氧化碳亦可與水 璃溶液在被灌體內生成硅酸凝膠。灌漿用水玻璃模數在 2.4 3.4之間為宜，水玻璃溶液，的濃度在35 一 45。日e'為宜。水玻璃類漿材主要特點及性能：（1）膠凝時間從瞬間一 24小時不等；（2）固砂體強度可達6Mpd;（3）粘度從1.2 200只10 一 3尸。s；(4) 可灌性好，滲透系數可達10 510 一 6cm/s,可灌入0.lmm以上的土層。(5) 毒副作用小，造價低。1.1, 2木質素類

4、漿液木質素類漿液由紙漿廢液、膠凝劑和促凝劑等組成。木質素類漿液包括銘木素和硫木素漿液兩種。銘木素漿液的固化劑是重銘酸鈉。但重銘酸鈉毒性大難以大規模使用。硫木素漿液是在銘木素漿液的基礎上發展起來的，是采用過硫酸按完全代替重銘酸鈉，使之成為低毒、無毒木質素漿液。是一種很有發展前途的注漿材料。漿液及膠凝體主要性能特點：(1) 漿液的粘度較小(2 一 5x10 一 3尸d -s),可灌性好，滲透系數為10 “一 10 一 4c而s的基礎，均可適用于灌注。(2) 防滲性能好，用銘木質素漿液處理后的基礎，其滲透系數可達 10 7 一 10日em/so(3) 漿液的膠凝時間可在幾十秒至幾十分鐘之間調節。(4

5、) 固沙體強度在 0.4MP。以上。(5) 原料來源廣，價格低廉。1.1.3丙烯猷胺類漿液(丙凝漿液)丙烯猷胺類漿液，國內又稱丙凝漿液，是以丙烯酸胺為主劑，和其他交聯劑，促凝劑和引發劑等材料所組成。常用的交聯劑為階閃一亞甲基雙丙烯猷胺(簡稱附，引發劑為過硫酸按(NH4)252。剎常用的促凝劑有刀一二甲基丙睛(C日3)2閃C日ZNC日ZC岡和三乙醇胺N(CZ日40日)3,緩凝劑一般用 鐵割化鉀(稱簡KF)。漿液及凝膠體的主要特點：(1) 漿液粘度小。與水接近，常溫標準濃度下勤度為1.2 又 10 3 尸 d -So(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大于10m/s的

6、被灌體。(3) 膠凝時間可準確地控制在幾秒至數十分鐘之間。因此既可用于堵住大流量的集中涌水，也可用于細微裂隙的防滲處理。(4) 凝膠體的滲透系數為 10 一 9 一 10 一 10em/s。固砂體的滲透系數可達10 SCm/s，可以認為是不透水的。(5) 凝膠體的抗壓強度較低，約為 0.2 O.SM尸d,在較 大裂隙內的凝膠體易被擠出，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) 丙烯猷胺漿液價格較貴，材料來源也較小。(8) 丙凝漿液與鐵質易起化學作用，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電解質。加入交聯劑后就生成不溶于水的聚合物。

7、丙烯酸鹽漿液是由一 定濃度的單體、交聯劑、引發劑、緩凝劑等組成的水溶液。常用的交聯劑多為階閃一亞甲基雙丙烯酚胺和六氫一1 , 3, 5三丙烯猷基一均三口秦，丙烯酸鹽常采用氧化還原引發體系，通過游離基聚合反應生成不溶于水的含水凝膠。漿液和凝膠體主要性能：(1) 聚合反應開始前，粘度基本保持不變。聚合反應一旦開始，粘度急劇變化，具有很快達到最終凝膠的性能。(2) 漿液可灌性好丙烯酸鹽漿液更浸潤土粒，對地 基內的微細孔隙有較好的可灌性。(3) 漿液膠凝時間可在數秒到數小時內控制。(4) 凝膠體的滲透系數在 10 一 7 一 10 一 10Cm/s之間，固砂體的滲透系數在 10 5 一 10 一 se

8、m/s之I' 。(5) 固砂體抗壓強度在 0.3 IM尸口之間。1.1.5聚氨酉旨類漿液聚氨酷類漿液分非不溶性聚氨醋漿液(簡稱尸M)和水 溶性聚氨醋類漿液(簡稱S尸M)。(1) 非水溶性聚氨醋類漿液非水溶性聚氨醋是由多異割酸醋和多輕基化合物聚合而成。不溶于水只溶于有機溶劑中。其漿液和凝膠體主要性能如下： 漿液相對密度1.0361.125,是非水溶性的，遇水開始反應，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。 漿液遇水反應時，放出 C。：氣體，使漿液產生膨脹， 向四周滲透擴散，直到反應結束時止。由于膨脹而產生了二 次擴散現象，因而有較大

9、的擴散半徑和凝固體積比。 漿液孔度低，可注性能好。可與水泥注漿相結合；采用單液系統注漿，工藝設備簡單。 固砂體抗壓強度高，一般在0.6 IMP。，其凝膠體抗壓強度可達3MP。，有時可作為補強材料。 抗滲性能好，滲透系數可達10七一 10 'cm/s。 漿液遇水開始反應，所以受外部水或水蒸氣影響較 大，在存放或施工時應防止外部水進入漿液中。 不污染環境。 注漿后，管道、設備需用丙酮、二甲苯等溶劑清洗。(2) 水溶性聚氨醋類漿液水溶性聚氨醋漿液是由預聚體和其他外加劑所組成。其與PN的主要區別在于 S陰所用的聚酰是環氧乙烷聚合物，而PH所用的聚酰是環氧丙烷聚合物，前者具有親水性。漿液與凝膠體

10、主要性能和特點： 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。 漿液相對密度1.10,勤度0.IP。- s左右。 凝膠時間在數秒到數十分鐘內可調。 固砂體抗壓強度為 0.1 SMP。，凝膠體強度可達ZMP 口。 可用于水工建筑物及地下工程的防滲堵漏。1.1.6環氧樹脂類漿液環氧樹脂具有強度高，粘結力強，收縮小，化學穩定性好等特點。其粘結力和內聚力均大于混凝土，因此對于恢復結構的整體性，能起很好的作用。但其漿液鉆度大、可注性小、憎水性強、與潮濕裂縫勤結力差。1.1.7甲基丙烯酸醋類漿液(甲凝)甲基丙烯酸醋類漿液是一種化學補強灌漿材料其漿液和凝膠體主要性能特點如下：勃度低，在2

11、5C時僅為5.7x10叩。 S。(2) 可灌性好，可注入 0.05毫米的細微裂縫。在 0.2-0.3MP。壓力下，漿液可滲入混凝土內4 一 6厘米。(3) 聚合后的強度和茹結力較高。(4) 甲凝為憎水材料，液態時怕水，在注漿前，必須用風吹干裂縫和在漿液內加入一定的阻聚劑等。1.1.8服醛樹脂漿液眠醛樹脂類漿液是以眠醛樹脂或服一甲醛為主劑，加入一定量的酸性固化劑所組成的漿液。眠醛樹脂漿液有眠醛樹脂漿液、服一甲醛漿液、改性服醛樹脂漿液。眠醛樹脂漿液主要特點：粘度低，在10書尸。 s范圍內。可實現單液或雙液注漿。(2) 凝膠時間在十幾秒到幾十分鐘內可調。(3) 抗壓強度在4 一 SM尸。之間。(4)

12、 固砂體抗滲系數為 10 10 一 SCm/S1.1.9丙強漿液丙強漿液是在丙凝漿液基礎上發展起來的，它主要是 以丙凝與眠醛樹脂作為注漿材料的一種化學注漿漿液。丙凝漿液主要性能特點：(1) 漿液相對密度為 1.19 一 1.20。(2) 漿液粘度為(56)X10書尸價弘(3) 膠凝時間在數分鐘到數小時內可調(4) 固砂體滲透系數可達 10叱m/s。抗壓強度可達0.17MPdO2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、水泥私土漿、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

13、) 材料來源廣泛，成本較低，無毒性，施工工藝簡單方便。(2) 鉆度隨水灰比而變，可小至165,大至1395。(3) 凝結時間隨水灰比的增加而延長，從數小時到數十小時。(4) 抗壓強度可達22.0兩P。(5) 結石率可達g吮(6) 穩定性差，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，可摻入摻合料如乳性土、水玻璃、粉煤灰等。2.2水泥貓土類漿液水泥鉆土漿液是由水泥勒土按一定比例混合而成。作為加固注漿時，勁土摻量一般為5%、巧。由于勃土的分散性高，親水！生好，因而沉淀析水性較小。水泥勤土漿液的穩定性大大提高。漿液凝膠體主要性能如下：(1) 勁度隨水

14、灰比及乳土用量而變，從 O 655之間可調。(2) 凝結時間較長。(3) 結石率比純水泥漿液高，可達100%。(4) 抗壓強度可達13.6M尸。2.3勃土類漿液勤土來源廣泛，成本低廉。多用于病險土工堤壩的防滲注漿工程。為改善勤土類漿液性能而研制了勤土水玻璃漿液。勃土 40階60%，水玻璃為孔土的10%、15%,熟石灰為豺土重量的1階3%。其余為水。漿液的主要性能為：凝結時間為幾十秒至幾十分鐘，孔度為20 一 305,滲透系數為10 一 510 一 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

15、組成的注漿材料。它克服了單液水泥漿的凝結時間長且不能控制、結石率低等缺點提高了水泥注漿的效果擴大了水泥注漿的適用范圍。可用于防滲回固。水泥水玻璃漿液的特點：(1) 漿液凝膠時間可控制在幾秒到幾十分鐘范圍內；(2) 波美度越小，膠凝越快；水玻璃摻量越少，膠凝越快；(3) 結石體抗壓強度較高，可達 10ZOM尸爾結石率可達100籠。(4) 結石體滲透系數為10 3cm/s;(5) 可用于裂隙為O.ZTnrn以上的巖體或粒徑為lm以上的砂層;(6) 材料來源豐富，價格較低廉；(7) 對環境及地下水無毒性污染，但有岡。O日堿溶出對皮膚有腐蝕生；(8) 結石體易粉化，有堿溶出，化學結構不穩定。2.5微細

16、水泥漿液微細水泥漿液又叫毗漿液，其平均粒徑為4刀m。最大粒徑為10召m。這個特性使毗漿液能夠滲入滲透系數為10名一 10 4CmlS的細砂層和巖石的細裂隙中。微細水泥漿液及結石體的主要性能特點：(1) 漿液的凝結時間可以用水玻璃在205至幾分鐘的范圍內調節。(2) 結石體抗壓強度局，可達25MP幣固砂強度可局達 62MPd。(3) 可灌性強，能注入 0.1 O、Zm的細砂中。(4) 對于1:1的漿液，漿液析水率砒，析水歷時2h 以上，穩定性大大提高。(5) 具有良好的工作環境，無毒，結石具有較高的耐 久性。對裂縫中的鋼筋無腐蝕。對裂隙的濕度不敏感。(6) 固砂體滲透系數可達 1.0x10芍cm/so3灌漿材料的發展方向傳統的水泥和勤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。傳統的水玻璃類灌漿 材料固結強底低，且生成的凝膠產物對環境有一定的污