高分子灌漿材料

理想灌漿材料的要求是：①原料來(lái)源豐富，價(jià)格便宜；②運(yùn)輸、儲(chǔ)存時(shí)是固體，使用時(shí)可配制成低粘度的溶液；③對(duì)地層具有高滲透性；④灌入地層后能在常溫常壓下凝固，對(duì)環(huán)境中的雜質(zhì)不敏感；⑤固化后與地層構(gòu)成高強(qiáng)度、高穩(wěn)定性和高抗?jié)B性的整體；⑥凝固時(shí)間易于控制；⑦無(wú)毒、無(wú)污染、無(wú)腐蝕性。

近30年發(fā)展的灌漿材料大致分下列幾類：

高分子灌漿材料丙烯酰胺類

是理想的一類灌漿材料，其水溶液的粘度接近于水，并在整個(gè)誘導(dǎo)期間保持不變，膠凝時(shí)間短而可控，溶液的滲透性很好。就地聚合后能形成穩(wěn)定的、不透水的并具有彈性的聚丙烯酰胺凝膠，從而起到堵水防滲和穩(wěn)定加固地層的作用。缺點(diǎn)是丙烯酰胺單體對(duì)人體有毒。

高分子灌漿材料木素磺酸鹽類

主要成分是木素磺酸鹽，來(lái)源于造紙廢液，具有原料來(lái)源豐富，價(jià)格低廉,溶液粘度低,膠凝時(shí)間可控，穩(wěn)定性較好等優(yōu)點(diǎn)；但凝膠體的強(qiáng)度較低，抗?jié)B性較差。由于采用重鉻酸鹽作固化劑，六價(jià)鉻離子是高毒性的，現(xiàn)在以這種成分為主的灌漿材料已經(jīng)從美國(guó)市場(chǎng)消失。

高分子灌漿材料酚醛樹(shù)脂類

由間苯二酚與甲醛在常溫下反應(yīng)生成的縮聚物(見(jiàn)酚醛樹(shù)脂)。通常用氫氧化鈉作催化劑，膠凝時(shí)間可通過(guò)調(diào)節(jié)pH值控制。這種漿液的粘度低，可用于固結(jié)土質(zhì)，其強(qiáng)度與樹(shù)脂含量成正比；缺點(diǎn)是對(duì)干濕循環(huán)的抵抗能力較差，且三種原料都有毒性和腐蝕性。

高分子灌漿材料聚氨酯類

由多元異氰酸酯和多元醇或其他含有羥基的聚合物如聚醚、聚酯等制成，有非水溶性和水溶性兩種，都能與水反應(yīng)，但水溶性聚氨酯能被大量（最大達(dá)40倍）的水稀釋。聚氨酯與水反應(yīng)，發(fā)泡、交聯(lián)而形成水合凝膠體，既起到穩(wěn)定土質(zhì)的作用，又達(dá)到止水的效果。但多元異氰酸酯及其漿液的其他組分是有毒的。

目前世界各國(guó)研究的主攻方向是降低材料的毒性，消除污染和提高浸透性能等。中國(guó)自1959年開(kāi)始研究高分子灌漿材料,20多年來(lái),先后研制成功環(huán)氧樹(shù)脂類、丙烯酰胺類、甲基丙烯酸酯類、木素類、聚氨酯類、脲醛樹(shù)脂類和丙烯酸鹽類等灌漿材料，用于水工建設(shè)、文物保護(hù)、油井堵水、礦井建設(shè)等工程中。

灌漿材料的發(fā)展具有悠久的歷史。自發(fā)明水泥并作為灌漿的主要材料以來(lái)，直至化學(xué)漿材時(shí)代的開(kāi)始，經(jīng)歷了 60多年的實(shí)踐，此后到 20 世紀(jì)40年代，化學(xué)灌漿一直由水玻璃占據(jù)主導(dǎo)地位，隨著現(xiàn)實(shí)的需要，化學(xué)灌漿由單純的無(wú)機(jī)物，逐漸開(kāi)始采用有機(jī)材料。20世紀(jì)50年代，美國(guó)發(fā)明了丙烯酰胺漿材，其黏度很小，接近水，且凝膠時(shí)間可以任意調(diào)節(jié)，由此高分子灌漿材料迅速發(fā)展。

我國(guó)化學(xué)灌漿技術(shù)研究起步較晚，迄今只有50多年的歷史。上世紀(jì)50年代末形成環(huán)氧樹(shù)脂、甲基丙烯酸甲酯等灌漿材料；60 年代形成丙烯酰胺灌漿材料；至 70 年代末，才形成了聚氨酯灌漿材料；80年代后，彈性聚氨酯、水溶性聚氨酯、丙烯酸鹽、不飽和聚脂、熱瀝青、木質(zhì)素類、脲醛樹(shù)脂類等不同程度地在各種工程中得到應(yīng)用。

高分子灌漿材料的發(fā)展方向是：（1）對(duì)環(huán)境無(wú)污染，主要是通過(guò)使用無(wú)溶劑或水做溶劑作為高分子灌漿材料的改性方向，譬如現(xiàn)在正在研究的水溶性環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料。并且使用無(wú)毒的固化劑，無(wú)毒的催化劑等。另外使用廢舊高分子材料作為灌漿材料也是目前研究的熱點(diǎn)；（2）較高的強(qiáng)度，就是通過(guò)對(duì)高分子材料的改性使其擁有較高的強(qiáng)度；（3） 施工的便捷性，施工簡(jiǎn)單快速高效，這不僅局限于施工方法的改進(jìn)上，也是對(duì)材料的滲透性以及浸潤(rùn)性提出了更高的要求。除此之外，漿材的儲(chǔ)存穩(wěn)定性的研究，計(jì)算機(jī)技術(shù)在灌漿性能方面的模擬以及研究也是灌漿材料發(fā)展不可缺少的。

灌漿材料指在壓力作用下注入地層、巖石或構(gòu)筑物的縫隙、孔洞中，達(dá)到增加承載能力、防止?jié)B漏及提高構(gòu)筑物整體性能等效果的流體材料，由主劑、溶劑(水或其它溶劑)及外加劑（固化劑，穩(wěn)定劑等）混合而成。通常所說(shuō)的灌漿材料是指漿液中的主劑。灌漿材料必須是能固化的材料。

灌漿材料可分為固粒灌漿材料、化學(xué)灌漿材料和精細(xì)礦物灌漿材料。

固粒灌漿材料

由固體顆粒和水組成的懸浮液。它取材方便，造價(jià)低，施工簡(jiǎn)單，并具有較好的防滲或固結(jié)能力，但其所能灌填的縫隙寬度卻受其固體顆粒的細(xì)度限制。固粒灌漿材料有粘土漿、水泥漿、水泥粘土漿和水泥粉煤灰漿4種。

① 粘土漿。使用最早的灌漿材料。粘土的顆粒細(xì),透水性小，制成的漿液穩(wěn)定性好，價(jià)格低廉，但其結(jié)石強(qiáng)度和粘結(jié)力都很低，抗?jié)B壓的能力也弱，僅用于低水頭的臨時(shí)性防滲工程中。

② 水泥漿。目前使用最多的灌漿材料。它的膠結(jié)性能好，結(jié)石強(qiáng)度高，施工也比較方便，適于灌填寬度大于0.15毫米的縫隙或滲透系數(shù)大于1米/日的巖層。對(duì)具有寬大縫隙的巖石或構(gòu)筑物、地下水流速或耗漿量很大的巖層灌漿時(shí)，常在水泥漿中摻入砂子，以減少漿體結(jié)硬時(shí)的收縮變形，增加粘結(jié)力和減少流失。

水泥漿在各種灌漿材料中使用最廣,多用于巖石、基礎(chǔ)或構(gòu)筑物的加固及防滲堵漏、堤壩的接縫處理、后張法預(yù)應(yīng)力混凝土的孔道灌漿以及制作壓漿混凝土等。

③ 水泥粘土漿。綜合了水泥漿的結(jié)石強(qiáng)度高和粘土漿的漿液穩(wěn)定性好、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，使用范圍比較廣，并可根據(jù)不同要求選擇不同的水泥-粘土配合比。

④ 水泥粉煤灰漿。粉煤灰的顆粒細(xì),與水泥等膠凝材料共同制成的漿液穩(wěn)定性和流動(dòng)性都較好，在灌漿工程中的應(yīng)用日趨廣泛。

為了改善固粒灌漿材料的性能，有時(shí)還摻用塑化劑、促凝劑等外加劑。

化學(xué)灌漿材料

由化學(xué)藥劑制成的流動(dòng)性好的液體。用它能灌入比較細(xì)微的縫隙，還能根據(jù)需要調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間?；瘜W(xué)灌漿材料分無(wú)機(jī)及有機(jī)兩種：無(wú)機(jī)灌漿材料以硅酸鈉為主要原料,稱硅化用灌漿材料;有機(jī)灌漿材料以各種高分子材料為主要原料，目前常用的有硅酸鈉、環(huán)氧樹(shù)脂、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺及聚氨酯等幾種。

① 硅化用灌漿材料。以硅酸鈉（水玻璃）為主要原料的化學(xué)漿液。有雙液法和單液法兩種灌注方法：雙液法是將硅酸鈉和氯化鈣兩種溶液先后壓入，化合后結(jié)石強(qiáng)度較高，但由于所用硅酸鹽溶液的粘度比較大，一般用于滲透系數(shù)為2～80米/日的砂質(zhì)土的加固及防滲；單液法采用比較稀的硅酸鈉溶液,其粘度和強(qiáng)度都較低,一般用于黃土或黃土類砂質(zhì)土的加固。

② 環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料。以環(huán)氧樹(shù)脂為主體,加入一定比例的固化劑、稀釋劑、增韌劑等混合而成。環(huán)氧樹(shù)脂硬化后粘結(jié)力強(qiáng)，收縮小，穩(wěn)定性好，是結(jié)構(gòu)混凝土的主要補(bǔ)強(qiáng)材料。一些強(qiáng)度要求高的重要結(jié)構(gòu)物，多采用環(huán)氧樹(shù)脂灌漿。近年來(lái)，也能用于漏水裂縫的處理。

③ 甲基丙烯酸甲酯堵漏漿液。簡(jiǎn)稱甲凝,是以甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯為主要原料，加入過(guò)氧化苯甲酰、二甲基苯胺和對(duì)甲苯亞磺酸等組成的一種低粘度灌漿材料。其粘度比水低,滲透力很強(qiáng),可灌入0.05～0.1毫米的細(xì)微裂隙，聚合后強(qiáng)度和粘結(jié)力都很高,可用于大壩、油管、船塢和基礎(chǔ)等混凝土的補(bǔ)強(qiáng)和堵漏。

④ 丙烯酰胺堵漏漿液。簡(jiǎn)稱丙凝。它以丙烯酰胺為基料，以甲醛、過(guò)硫酸胺、三乙醇胺、硫酸亞鐵、鐵氰化鉀等為助劑。使用時(shí)，將氧化劑和其他材料分別配制成兩種溶液，按一定比例同時(shí)進(jìn)行灌注。丙凝漿液的粘度很低，能灌到水泥漿所不能到達(dá)的縫隙，然后在縫隙中聚合，變成凝膠體而堵塞滲漏通道。但是，丙凝聚合體的強(qiáng)度很低，可以摻加一定量的脲醛樹(shù)脂，配成強(qiáng)度較高的丙凝灌漿材料。主要用于防滲堵漏工程。

⑤ 聚氨酯灌漿材料。簡(jiǎn)稱氰凝,是由異氰酸酯、聚醚和促進(jìn)劑等配制而成。采用單液灌注，遇水后立即生成不溶于水的凝膠體并同時(shí)放出氣體，使?jié){液膨脹，再次向四周滲透，即具有二次滲透的能力。氰凝最后形成的聚合體的抗?jié)B性強(qiáng)，結(jié)石強(qiáng)度高，目前用于地下工程的滲漏縫處理。

精細(xì)礦物灌漿材料

精細(xì)礦物漿材是當(dāng)代新發(fā)展起來(lái)的一類灌漿材料。在組分設(shè)計(jì)上更注重基于不同的天然礦物、人造礦物和特種功能材料的組合，實(shí)現(xiàn)漿液性能、固結(jié)性能、長(zhǎng)期耐久性等方面關(guān)鍵性能的突破。

某些精細(xì)礦物漿的漿液性能，如漿液穩(wěn)定性、漿液粘度、可注性、凝膠時(shí)間的可調(diào)整性、固結(jié)強(qiáng)度和固結(jié)體占容等重要性能已接近或超過(guò)性能優(yōu)越的化學(xué)漿液。