灌浆材料的发展现状与展望.pdf

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1、万方数据NewMaterials灌浆材料的发展现状与展望王元光(华南理工大学材料科学与工程学院510640)黄文新(广州市地下铁道总公司)摘要：灌浆I法作为防渗补强加固的一种重要手段，其灌浆材料起着至关重要的作用e本文对灌浆材料的种类及其使用性能作7详细的描述。同时对今后浆材的发晨方向提出7展望，关键词：灌浆灌浆材料10注浆法出现于19世纪初，注浆工法在水利水电工程中多称灌浆法。采用灌浆技术以解决土建工程的有关技术难题．至今已有一个世纪的历史。浆液注人到地层中去的方式是该工法的关键。随着注浆技术的广泛应用，注浆材料

2、得到了较大的发展。注浆材料从最早的石灰和黏土、水泥，j‘j—tl√发展到今天的水泥一一水玻璃浆液、各种化学浆液。而注浆材料的开发与应用，又反过来推动了注浆工法在更广泛的领域内的应用。通常说B,匀il浆材料是指浆液中的主剂。注浆材料必须是能固化的材料。习惯上把注浆原材料分为粒状材料和化学材料两个系统。而浆液是同主剂、固化剂，以及溶剂、助剂经混合后所配成的液体，分为溶液型和悬浊液型两大类。1灌浆材料的种类及其特点1．1溶液型浆材溶液型浆材又叫化学浆材，可分为水玻璃类、木质素类灌浆材料、丙烯酰胺类灌浆材料、丙烯酸盐类灌浆

3、材料、聚氨酯类灌浆材料、环氧树脂灌浆材料、甲基丙烯酸酯类灌浆材料、脲醛树脂类、其它类化学灌浆材料。1．1．1水玻璃类灌浆材料水玻璃(硅酸钠)是化学灌浆中最早使用的一种材料，水玻璃类浆液是由水玻璃溶液和相应的胶凝剂组成。其无机胶凝剂有氯化钙、铝酸钠、氟硅酸、磷酸、草酸、硫酸铝、混合钠剂等，有机胶凝剂有醋酸、酸性有机盐、有机酸酯、醛类(乙二醛类)、聚乙烯醇等。二氧化碳亦可与水玻璃溶液在被灌体内生成硅酸凝胶。灌浆用水玻璃模数在2．4-3．4之间为宜，水玻璃溶液万方数据的浓度在35-45。Be’为宜。水玻璃类浆材主要特点及

4、性能：(1)胶凝时fa-J从瞬间-24，J,B,1-不等；(2)固砂体强度可达6MPa；(3)粘度从1．2-200×10—3pa·s；(4)可灌性好，渗透系数可达10—5～10—6cm／S，可灌人0．1mm以上的土层。(5)毒副作用小，造价低。1．1．2木质素类浆液木质素类浆液由纸浆废液、胶凝剂和促凝剂等组成。木质素类浆液包括铬木素和硫木素浆液两种。铬木素浆液的固化剂是重铬酸钠。但重铬酸钠毒性大，难以大规模使用。硫木素浆液是在铬木素浆液的基础上发展起来的，是采用过硫酸铵完全代替重铬酸钠，使之成为低毒、无毒木质素浆液

5、，是一种很有发展前途的注浆材料。浆液及胶凝体主要性能特点：(1)浆液的粘度较小12-5×10—3pa·s)，可灌性好，渗透系数为10—3-10—4cm／S的基础，均可适用于灌注。(2)防渗性能好，用铬木质素浆液处理后的基础，其渗透系数可达10—7-10—8cm／s。(3)浆液的胶凝时间可在几十秒至几十分钟之间调节。(4)固沙体强度在0．4MPa以上。(5)原料来源广，价格低廉。1．1．3丙烯酰胺类浆液(丙凝浆液)丙烯酰胺类浆液，国内又称丙凝浆液，是以丙烯酰胺为主剂，和其他交联剂，促凝剂和引发剂等材料所组成。常用的交

6、联剂为N—N’一亚甲基双丙烯酰胺(简称M)，引发剂为过硫酸镀[(NH。)2S208]，常用的促凝剂有∥一二甲基丙腈[(CH3)2NCH2NCH2CN]和三乙醇胺[N(C2H40H)3]，缓凝剂一般用铁氰化钾(称简KF)。浆液及凝胶体的主要特点：(1)浆液粘度小。与水接近，常温标准浓度下黏度为1．2×10—3pa·s。(2)可灌性良好，浆液能渗入粒径小于0．01毫米的土层或渗透系数大于10—4cm／S的被灌体。(3)胶凝BGiB-]可准确地控制在几秒至数十分钟之间。因此既可用于堵住大流量的集中涌水，也可用于细微裂隙N

7、ewMaterials的防渗处理。(4)凝胶体的渗透系数为10玑10Ⅲcm／S，固砂体的渗透系数可达10—8cm／S，可以认为是不透水的。(5)凝胶体的抗压强度较低，约为0．2—0．8MPa，在较大裂隙内的凝胶体易被挤出，因止1：／2用于防渗注浆。(6)浆液及凝胶体耐久性较差，且有一定毒性。(7)丙烯酰胺浆液价格较贵，材料来源也较小。(8)丙凝浆液与铁质易起化学作用，具有腐蚀性。1．1．4丙烯酸盐类浆液丙烯酸盐是由丙烯酸和金属组成的有机电解质。加人交联剂后就生成不溶于水的聚合物。丙烯酸盐浆液是由一定浓度的单体、交联

8、剂、引发剂、缓凝剂等组成的水溶液。常用的交联剂多为N—Nt-亚甲基双丙烯酰胺和六氢一1，3，5三丙烯酰基一均三嗪，丙烯酸盐常采用氧化还原引发体系，通过游离基聚合反应生成不溶于水的含水凝胶。浆液和凝胶体主要性能：(1)聚合反应开始前，粘度基本保持不变。聚合反应一旦开始，粘度急剧变化，具有很快达到最终凝胶的性能。(2)浆液可灌r性好，丙烯酸盐浆液更浸润土粒，对地