我國化學灌漿技術發展論文

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摘要：結合水電工程建設,概述了50年來,我國化學灌漿材料、技術及設備,從無到有的發展及應用成果.并根據其發展現狀,分析了我國化學灌漿技術近期發展的方向.即開發推廣無公害、耐久性好、適應工程各種要求,且價格低廉的化學灌漿材料;改進提高化學灌漿技術;促使化學灌漿設備、儀器生產的定型化、系列化、成套化、標準化和環保化;制訂化灌施工規程、規范和全國性的行業標準等.

關鍵詞：化學灌漿無公害環氧樹脂聚氨酯丙烯酸鹽酸性水玻璃化學灌漿泵

1我國化學灌漿技術發展成績

化學灌漿(ChemicalGrouting)是將一定的化學材料(無機或有機材料)配制成真溶液,用化學灌漿泵等壓送設備將其灌入地層或縫隙內,使其擴散、膠凝或固化,以增加地層強度、降低地層滲透性、防止地層變形和進行混凝土建筑物裂縫修補的一項地基處理和混凝土修補技術.即化學灌漿是化學與工程相結合,應用化學科學和化學漿材解決地基和混凝土缺陷處理(加固補強、防滲堵漏),保證工程的順利進行或借以提高工程質量的一項工程技術.隨著化學灌漿技術的發展和進步,現己成為現代工程中頗具特色且不可或缺的一項先進技術

國外化學灌漿最初是適應于地基處理和采礦業發展的需求而發展起來的,其可靠性得到公認并被廣泛采用至今己有80年以上的歷史.我國的化學灌漿技術應用與研究起步較晚,但發展較快并有自已的獨創.如果以1953年在佳木斯等地采用堿性水玻璃進行化學灌漿算起,也才只有50年的歷史五十年來，我國在化學灌漿技術這個小領域取得了成績[3]，主要表現在以下方面：

(1)化學灌漿從無到有，從小到大發展起來，已成為我國現代工程技術不可或缺的一個組成部分

(2)國外有的常用化學灌漿漿材品種，我國基本上都已開發出來（如環氧[1]、甲凝、丙凝、丙烯酸鹽、酸性和堿性水玻璃、水溶性、非水溶性和彈性聚氨酯、脲醛樹脂、鉻木素等）

(3)化學灌漿漿材品種開發中還有一些獨創.如甲凝、彈性聚氨酯,甲氰凝和環氧—聚氨酯,丙烯酸酯—聚氨酯等互穿網絡灌漿材料

(4)化學灌漿設備的研制開發已基本能適應和滿足國內化灌工程的要求[8].如化學灌漿泵、灌漿阻塞器、密閉配輸漿裝置和各種封縫材料等．

(5)化學灌漿技術已在國內水電（大壩、堤防、水庫、電站）、建筑（地上、地下、人防）、交通（公路、鐵路、隧道、橋梁、港口、機場）和采礦等四大部門得到推廣應用

(6)化學灌漿技術應用已解決了許多工程難題，取得良好的效益.以水利為例，如三峽[4]、葛洲壩、龍羊峽、丹江口、陳村、鳳灘、萬安等水利樞紐都是采用化學灌漿技術解決一些工程技術難題的典型例子

(7)化學灌漿已從工程完建后的應用，發展到工程興建前設計中就采用.如三峽化灌帷幕預計15000米，化灌加固地基預計3000米

(8)化學灌漿技術在一些方面已具國際先進水平，如青海龍羊峽大壩采用中化798環氧漿材處理G4偉晶巖劈裂帶和三峽大壩采用CW環氧漿材處理F1096軟弱夾層及斷層破碎帶的水泥—化學復合灌漿技術均堪稱國際上處理低滲透性軟弱巖土地層的先進技術

(9)化學灌漿理論上也有一些突破和創新[6][7].如漿液擴散半徑的計算理論、漿液濕面粘接理論、減低漿液毒性的拮抗理論、漿液吸滲理論等

(10)化學灌漿技術出版物取得豐收.自上世紀八十年代以來己出版專著十余部.包括水利學報、水利水電技術、巖土工程學報、巖石力學與工程學報、長江科學院院報在內的全國132家科技期刊都選登化學灌漿的研究論文.近5年選登的論文就有200余篇

以上十個方面成績,足以說明我國化學灌漿技術的進步和發展水平.此外,全國研究化學灌漿技術的工程科技人員已成立了中國水利學會化學灌漿分會,現掛靠在長江科學院.追溯到1968年,學會己舉行過16次學術交流活動,出版了7部論文集,這些學術活動對推動我國化學灌漿材料的研發和化學灌漿技術的發展起了很好的作用

2.化學灌漿技術近期發展展望

我國化學灌漿技術近期應在前50年的基礎上更具活力的繼續向前發展,而無公害、耐久性好、適應工程各種苛刻要求且價格低廉的化學灌漿漿材的開發、應用和推廣;化學灌漿技術的研究、改進和提高;化學灌漿設備、儀器生產的定型化、系列化、成套化、標準化和環保化及產品質量的持續改進和提高等必然是其發展方向

2.1.無公害漿材的開發

(1)無毒催化劑的研制.環氧樹脂漿材粘接強度高、穩定性好,因此是固結灌漿最常用的漿材.該漿材毒副作用主要來自所采用的固化劑和溶劑.在過去的近20年中,對環氧漿材胺類固化劑的降低毒性研究己取得一些成果,國內生產出商品名為T31、810、X-89、CD等毒副作用較低的一批改性胺類固化劑,對環氧漿材的推廣應用起了較好作用,今后還應朝這個方向繼續努力

(2)無溶劑型漿材的開發.環氧樹脂一般粘度都較大,制成化灌漿材一般都要添加有機溶劑,但很多有機溶劑不但氣味難聞,而且具有毒副作用(如糠醛),添加后往往會產生環境問題.因此,人們在研究無毒副作用環氧固化劑的同時,也展開了無溶劑型環氧漿材的研制.無溶劑型環氧漿材的研究將得益于環氧樹脂工業的發展,國內一些化工廠生產的低分子量環氧樹脂粘度僅為20-25mPa.s.,這對今后無溶劑環氧化灌漿材的發展開辟了較好的前景.除此之外,把丙烯酸酯等樹脂開發成無溶型漿材己呈現出更加美好的前景,值得努力探索

(3)水做介質的化灌漿材的研制.水做介質,不用有機溶劑,對化灌漿材的無公害化是很有益的.過去已開發了LW、HW等為數不多的水溶性聚氨酯漿材,今后對水溶性漿材應放開視野,相信在有機或無機水溶性漿材開發和應用上將會呈現出較為理想的進展

(4)某些已有漿材改造的研究.1974年,日本曾因使用抗滲性好的丙凝化灌漿材污染水質,引起飲水中毒事件而宣布禁用丙凝.之后,具有丙凝相似性能的丙烯酸鹽漿材得到發展,但其主要成分丙烯酸鎂仍存在一定的毒副作用,而科技工作者采用拮抗原理,在丙烯酸鹽漿材中加入鈣鹽和適量的某種拮抗劑,卻使其毒副作用下降到僅為丙凝的1%,成為實際無毒漿材[12].這個例子說明,我們可以探索通過對己有的某些化灌漿材進行改造,降低毒性,達到可使用標準

2.2.對工程各種苛刻要求相適應的漿材開發

(1)新型高親潤、高滲透性化灌漿材的研究.雖然目前我們已有了一些高滲性的化灌漿材,解決了不少工程難題,但所用溶劑和固化劑多半都有毒副作用,不適宜環境標準,對工程地基微細裂隙、斷層破碎帶和泥化夾層及混凝土微細裂隙的處理仍有探索新型高親潤、高滲透性、無毒副作用化灌漿材的必要.這很大程度取決于表面活性劑和活性稀釋劑體系的研究改進

(2)彈性化灌漿材的開發.在工程伸縮縫止水和混凝土活縫、變形縫補強灌漿中需要具有彈性的化灌漿材.過去雖說也有一些開發,但必竟質量還不夠高.今后除應加強對已有彈性環氧和彈性聚氨酯等漿材提高質量和消除毒副作用方面的研究外,更為重要的則是加強對能賦于環氧樹脂彈性的固化劑的開發研究[11],從而適應建設工程之急需

(3)快速固結漿材的開發.這里指的是漿液粘度又低,固化物性能優異,且固化時間可控制在幾十分鐘或幾小時以內的漿材的開發.采用低粘度環氧樹脂或新型活性稀釋劑和開發應用能促使環氧樹脂快速固化的新型環氧固化劑應能解決此課題.3.耐久性漿材的開發

耐久性概念含意較廣,它包括耐水、耐酸堿、耐候、耐紫外光、耐凍融和干濕循環、耐磨蝕、耐微生物作用(霉)等方面,耐久性漿材的開發可從以下幾個方面去探索

(1)通過對合成樹脂的接枝或相嵌共聚合反應,使化灌漿材中所采用的樹脂具備我們所要求的一些耐久性特性

(2)注重互穿網絡復合化灌漿材的研究.如己有的MU無溶劑漿材系丙烯酸酯--聚氨酯的復合[2]、PU/EP水下化灌漿材系聚氨酯—環氧樹脂的復合[10],他們都是互穿網絡復合化灌漿材.由于兩類樹脂復合及其互穿網絡結構,這就賦予他們超越任何單一樹脂組份的優良性能,值得深入研究

(3)加入鈉米材料對己有漿材進行改性.環氧樹脂加進納米材料改性的化灌漿材研究項目已獲得水利部基金資助,從現己拿出的初步成果來看,該項研究將會提升環氧漿材包括耐久性在內的多方面性能

2.4.價格低廉的漿材開發

(1)水玻璃漿材的改性.水玻璃漿材是化學灌漿史上最早使用的化學灌漿漿材,同時也是目前使用最廣泛的化學灌漿漿材之一.究其原因除該漿材具有無毒、粘度小、可灌性好等優點外漿材價格較低是個重要因素.該漿材不足處為凝膠時間調節不夠穩定、凝膠強度很低和凝膠穩定性較差,金屬離子易脫溶等,現多半用在臨時或半永久工程中.因此今后對其改性工作應著重在提高強度和耐久性方面做研究.加入某些活性物質進行改性是值得探索的方向

(2)紙漿廢液的無害化漿材開發.紙漿廢液做成化灌漿材價格較低.將該廢液中加鉻類催化劑便可制得現稱為鉻木素的該漿材.因鉻類催化劑中六價鉻離子有毒,該漿材大家不敢用.故隨后開發出多種無鉻催化劑的高強木素漿材,今后應對其進行提高性能研究,以便推廣應用

以上四條主要集中在無公害、多用途和耐久性漿材研究、開發上,至于漿材的定型化、系列化、標準化當然是化灌技術發展的必然要求,這里就不贅述

2.5.化灌技術的改進、提高和創新

已有化灌技術的總結、改進和提高研究.前已敘述了在過去的50年中,我國有包括水電等大量的建設工程應用過化學灌漿技術,有許多采用化灌解決工程難題的典型經驗,其中有些已有初步總結,如復合灌漿技術等;有些則尚待總結,如化灌的密閉傳輸、自動記錄、集中管理和實時監控技術等.不管過去有無總結,現有的化灌技術都需要從事化灌技術研究的專家、學者與有經驗的工程技術人員相結合,在總結實踐經驗的基礎上改進、提高,并能有所創新

2.6.化灌設備儀器的系列化、成套化、標準化和環保化

(1)高性能化學灌漿泵的系列化、成套化和標準化.高性能化學灌漿泵是實施化灌作業的主要設備,國內有多家研究所和小企業能研制和開發,但都只能小批量生產或試生產.今后應定點、定型生產,并向產品的系列化、成套化、標準化方向發展,以方便推廣應用化灌技術

(2)化學灌漿自記儀的研制.化學灌漿自記儀的研制可有效地避免人工記錄難免出現的一些差錯,將對提高隱蔽工程中的化學灌漿質量起到很好的監控作用,并使化灌數據分析建立在可靠的基礎之上.化學灌漿自記儀在技術原理上與己有的水泥灌漿自記儀有所不同,目前國內已有幾套研制方案,但還未見樣品問世,很需要加快研制步伐,以應工程化灌監理之急需

(3)密閉式傳輸漿設備的研制.現己研制出的一些設備要滿足環境標準要求,保證安全生產

(4)現有產品提高質量研究.國內生產的一些化學灌漿設備儀器在加工精度和質量上與國外同類型產品還有一定差距.因此,在這方面我們會有大量改進和提高工作需要去做

2.7.化學灌漿行業標準、規程、規范的制訂

化灌施工具有隱蔽性特徵,各行其道搞施工必將出現很多問題,甚至會形成工程隱患,值得我們高度警惕.然而我國至今還沒有一部全國性行業標準和化灌施工規程、規范,這是很不正常的現象,應立即著手進行制訂.希望政府相關部門能給于大力支持

2.8.化學灌漿理論的研究、探索

化學灌漿對象一般都具有隱蔽性和特殊性,實驗室摸擬比較困難,故化學灌漿理論研究一直是化灌技術發展的薄弱環節,舉步維艱.化學灌漿施工和不少施工參數的確定以往都是靠經驗,缺乏理論指導.為了促進化學灌漿技術在多個工程領域科學的推廣應用,今后很有必要加強在實驗室中對灌漿理論的研究、探索.