[科普中国]-胶质灌浆

灌浆技术是指通过一定的压力将能凝固的浆液注入结构物和地基的缝隙(裂缝和孔洞)中，改善被灌体力学性能、防渗性能及满足其它功能的一种技术1。胶质灌浆是指胶凝性的固体颗粒浆液按规定的浓度用机械压力或浆液自重压力，通过钻孔或其他设施，压送到岩石裂隙、砂砾石空隙、岩石与混凝土接触带或其他需要灌浆的部位中。

胶凝材料又称胶结料。在物理化学作用下能胶结其他材料并从浆状体变成坚硬的具有一定机械强度的物质。可分为无机胶凝材料和有机胶凝材料两大类。无机胶凝材料按硬化条件可分为水硬性胶凝材料和非水硬性胶凝材料两种。前者通常称为水泥，它拌水后既能在空气中又能在水中硬化，如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、无熟料水泥等;后者只能在空气中硬化，故又称气硬性胶凝材料，如石灰、石膏、镁质胶凝材料、耐酸胶结料等。有机胶凝材料如沥青和各种树脂等。是工程建设中品种数量多、应用面宽的最基本的重要建筑材料。对采空区进行胶结充填，不仅能够控制矿山地压活动、避免地表塌陷、保障采矿安全，而且能够消耗大量的尾矿、矸石等矿山固体废弃物。因此，采空区胶结充填技术得到了日益广泛的应用。胶凝材料在采空区胶结充填中具有至关重要的作用，其组成和性能直接影响着胶结充填的效果和成本。

灌浆将具有胶凝性的固体颗粒浆液或化学溶液，按规定的浓度用机械压力或浆液自重压力，通过钻孔或其他设施，压送到岩石裂隙、砂砾石空隙、混凝土坝段间的接缝、岩石与混凝土接触带或其他需要灌浆的部位中的一种工程技术措施。用以达到防渗、固结岩体或其他一些预期目的。

灌浆的分类按灌浆作用分为：帷幕灌浆、固结灌浆，接触灌浆、回填灌浆、接缝灌浆、混凝土缺陷或裂缝补强灌浆等；按灌浆材料，分为：水泥灌浆、水泥黏土灌浆、水泥砂浆灌浆、黏土灌浆、化学灌浆等；按灌浆对象，分为：岩石灌浆、砂砾石(或砂层)灌浆、混凝土灌浆、土体灌浆等；按灌浆压力，分为常压灌浆和高压灌浆；按灌浆机理，分为渗入性灌浆和张裂式灌浆。

灌浆工程的特点：由于是隐蔽性工程，必须严格地依照施工技术要求进行施工，同时，还应详细如实地做好施工记录，并及时地对记录资料进行整理和分析，绘制成图表，供指导施工和在竣工后进行质量检查与验收之用。各类灌浆在设计之前，均应将与灌浆有关的各方面的情况摸清，将有关资料搜集齐全。在设计中对灌浆质量检查的方法和应达到的质量标准需做明确规定。帷幕灌浆和固结灌浆由于设计中的未知因素较多，为了使设计尽可能地符合实际情况，在设计之前往往需在工地进行灌浆试验，以试验所得的成果作为制订设计和编制施工技术要求的主要参考资料。

灌浆方法：帷幕灌浆和固结灌浆施工应遵循逐渐加密的原则，每一灌浆孔应单独进行灌浆。

单孔灌浆的方法分为两类：①全孔一次灌浆，适用于深度小于6m的浅孔。②全孔分段灌浆，适用于深孔。

全孔分段灌浆，根据灌浆孔内各段的钻进和灌浆的相互顺序，又分为：①自上而下逐段灌浆法，适用于裂隙发育且较为破碎的岩石。②自下而上逐段灌浆法，适用于完整且裂隙少的岩石。③综合分段灌浆法，适用于岩石地质条件比较复杂且灌浆孔较深的情况。④孔口封闭、无栓塞、自上而下分段灌浆法(简称孔口封闭灌浆法)，适用于大压力深孔灌浆施工。每一段灌浆的方式有填压式灌浆和循环式灌浆两种。

高水速凝胶结材料高水速凝尾砂胶结充填材料(简称高水材料)是80年代末90年代初研究成功的新型的胶凝材料。高水材料是以铝矾土、石灰、石灰石和石膏为主要原料，配以多种无机原料和添加剂等经过破碎、烘干、配料、均化、烧制以及粉磨等工艺，制成甲、乙两种固体粉料。主要包括高铝水泥、石灰、石膏、速凝剂、解凝剂、悬浮剂等，一般加入全尾砂作为填料。高水材料具有固水能力强、单浆悬浮性和流动性强、凝固速度快、强度增长速度快等特点，可以将高比例的水迅速凝固成具有一定承载能力的固体。其体积含水率可高达70%以上，1h凝固强度可达0.5～ 1.0MPa。在需要快速充填和固结的条件下具有优势。高水材料的主要特性:

(1)高结晶水性能。高水材料硬化体的主要组成水化物相是钙矾石。钙矾石的结晶水含量高达46%以上，钙矾石形成的网状或树枝状结构，不仅使硬化体有较高强度，而且其孔隙内可以容纳大量的吸附水，其体积含水率达90%以上。

(2)速凝早强性能。甲、乙高水材料以1：1的比例制成的浆液，混拌均匀后，可在5～ 30min初凝，1h后即可承载，并且还可以根据工艺的要求，调节其初凝时间。固结后的高水充填材料硬化体，强度增长很快:1h抗压强度可达0.5～1.0MPa，2h抗压强度为压强度达3.0～ 4.0MPa， 7d以上抗压强度可达到5.0MPa以上，最终的强度可达8.0MPa。抗剪强度也很高，7d稳定在2.5MPa左右。

(3)良好的悬浮性、流动性、可泵性。组成高水材料的甲、乙两种固体粉料与水搅拌制成的甲、乙两种浆液，输送或单独放置可达24h不凝固、不沉淀、不结底，具有良好的悬浮性、流动性，可泵时间长，易于实现长距离输送。

(4)再生强度功能。高水材料硬化体压裂后，在不失去水的情况下，存放一段时间，还会使硬化体恢复强度，这种特性称为再生强度功能。高水材料硬化体具有弹-塑性的特征，当其单轴受压后，原有的裂隙被压密，呈现弹性变形，当其外力继续加大，材料变形到屈服极限后，并没有立即发生脆性破坏，只出现一定程度的破裂，还具有一定的残余强度。在围压的作用下，硬化体更加密实，强度也随之增大。这一特性对井下进行地压管理，有着十分重要的意义。

(5)流变特性。流变特性是指材料的流动变形特征。高水材料开始加水时，以黏塑性为主，逐渐向黏弹性发展，其流变特性可用宾汉模型来描述，浆体的黏度越小，可塑性越差;浆体的黏度越大，浆体内分散体系的内聚力越大，稳定性就越好2。

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学