[科普中国]-灌浆材料

简介

灌浆材料指在压力作用下注入地层、岩石或构筑物的缝隙、孔洞中，达到增加承载能力、防止渗漏及提高构筑物整体性能等效果的流体材料，由主剂、溶剂(水或其它溶剂)及外加剂（固化剂，稳定剂等）混合而成。通常所说的灌浆材料是指浆液中的主剂。灌浆材料必须是能固化的材料。1

理想灌浆材料的具备条件(1)浆液的初始粘度低、流动性好、可注性强，能渗透到细小的裂隙或孔隙内；

(2)凝胶时间可以在几秒—几十分钟范围内任意调整，并能准确控制；

(3)稳定性好，在常温、常压下较长时间存放不改变其基本性质，存放受温度的影响小；

(4)无毒、无臭、不污染环境；

(5)浆液对注浆设备、管道、混凝土结构物等无腐蚀性，并容易清洗；

(6)浆液固化时无收缩现象，固化后与岩体、混凝土等有一定的粘结力；

(7)结石体具有一定的抗压、抗拉强度，抗渗性好，抗冲刷及耐老化性能好；

(8)材料来源丰富，价格便宜；

(9)配制方便、操作简单。1

分类灌浆材料可分为固粒灌浆材料、化学灌浆材料和精细矿物灌浆材料。

固粒灌浆材料由固体颗粒和水组成的悬浮液。它取材方便，造价低，施工简单，并具有较好的防渗或固结能力，但其所能灌填的缝隙宽度却受其固体颗粒的细度限制。固粒灌浆材料有粘土浆、水泥浆、水泥粘土浆和水泥粉煤灰浆4种。

① 粘土浆。使用最早的灌浆材料。粘土的颗粒细,透水性小，制成的浆液稳定性好，价格低廉，但其结石强度和粘结力都很低，抗渗压的能力也弱，仅用于低水头的临时性防渗工程中。

② 水泥浆。目前使用最多的灌浆材料。它的胶结性能好，结石强度高，施工也比较方便，适于灌填宽度大于0.15毫米的缝隙或渗透系数大于1米/日的岩层。对具有宽大缝隙的岩石或构筑物、地下水流速或耗浆量很大的岩层灌浆时，常在水泥浆中掺入砂子，以减少浆体结硬时的收缩变形，增加粘结力和减少流失。

水泥浆在各种灌浆材料中使用最广,多用于岩石、基础或构筑物的加固及防渗堵漏、堤坝的接缝处理、后张法预应力混凝土的孔道灌浆以及制作压浆混凝土等。

③ 水泥粘土浆。综合了水泥浆的结石强度高和粘土浆的浆液稳定性好、价格便宜等优点，使用范围比较广，并可根据不同要求选择不同的水泥-粘土配合比。

④ 水泥粉煤灰浆。粉煤灰的颗粒细,与水泥等胶凝材料共同制成的浆液稳定性和流动性都较好，在灌浆工程中的应用日趋广泛。

为了改善固粒灌浆材料的性能，有时还掺用塑化剂、促凝剂等外加剂。2

化学灌浆材料由化学药剂制成的流动性好的液体。用它能灌入比较细微的缝隙，还能根据需要调节凝结时间。化学灌浆材料分无机及有机两种：无机灌浆材料以硅酸钠为主要原料,称硅化用灌浆材料;有机灌浆材料以各种高分子材料为主要原料，目前常用的有硅酸钠、环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺及聚氨酯等几种。

① 硅化用灌浆材料。以硅酸钠（水玻璃）为主要原料的化学浆液。有双液法和单液法两种灌注方法：双液法是将硅酸钠和氯化钙两种溶液先后压入，化合后结石强度较高，但由于所用硅酸盐溶液的粘度比较大，一般用于渗透系数为2～80米/日的砂质土的加固及防渗；单液法采用比较稀的硅酸钠溶液,其粘度和强度都较低,一般用于黄土或黄土类砂质土的加固。

② 环氧树脂灌浆材料。以环氧树脂为主体,加入一定比例的固化剂、稀释剂、增韧剂等混合而成。环氧树脂硬化后粘结力强，收缩小，稳定性好，是结构混凝土的主要补强材料。一些强度要求高的重要结构物，多采用环氧树脂灌浆。近年来，也能用于漏水裂缝的处理。

③ 甲基丙烯酸甲酯堵漏浆液。简称甲凝,是以甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯为主要原料，加入过氧化苯甲酰、二甲基苯胺和对甲苯亚磺酸等组成的一种低粘度灌浆材料。其粘度比水低,渗透力很强,可灌入0.05～0.1毫米的细微裂隙，聚合后强度和粘结力都很高,可用于大坝、油管、船坞和基础等混凝土的补强和堵漏。

④ 丙烯酰胺堵漏浆液。简称丙凝。它以丙烯酰胺为基料，以甲醛、过硫酸胺、三乙醇胺、硫酸亚铁、铁氰化钾等为助剂。使用时，将氧化剂和其他材料分别配制成两种溶液，按一定比例同时进行灌注。丙凝浆液的粘度很低，能灌到水泥浆所不能到达的缝隙，然后在缝隙中聚合，变成凝胶体而堵塞渗漏通道。但是，丙凝聚合体的强度很低，可以掺加一定量的脲醛树脂，配成强度较高的丙凝灌浆材料。主要用于防渗堵漏工程。

⑤ 聚氨酯灌浆材料。简称氰凝,是由异氰酸酯、聚醚和促进剂等配制而成。采用单液灌注，遇水后立即生成不溶于水的凝胶体并同时放出气体，使浆液膨胀，再次向四周渗透，即具有二次渗透的能力。氰凝最后形成的聚合体的抗渗性强，结石强度高，目前用于地下工程的渗漏缝处理。2

精细矿物灌浆材料精细矿物浆材是当代新发展起来的一类灌浆材料。在组分设计上更注重基于不同的天然矿物、人造矿物和特种功能材料的组合，实现浆液性能、固结性能、长期耐久性等方面关键性能的突破。

某些精细矿物浆的浆液性能，如浆液稳定性、浆液粘度、可注性、凝胶时间的可调整性、固结强度和固结体占容等重要性能已接近或超过性能优越的化学浆液。2

灌浆材料应用和研究上存在的问题在一般地层中注浆时，要想取得良好的灌浆效果，要求浆液同时具有两个特点：一是要求浆液在可泵期内保持很好的流动性，粘度增长不大；二是要求浆液在可泵期后粘度迅速增长，从可泵期到初、终凝的时间间隔要短。第一个特点有利于浆液充分地注入地层孔隙和裂隙中去，第二个特点有利于浆液粘结岩土体，并使浆液避免在凝固前被地下水冲洗。

但是这两个特点是相互矛盾的，一般的浆液往往只能具备其中的一个特点，不能同时兼备另外一个特点，因而无法两全其美。在有些情况下，为了使岩土体被迅速封堵填充，采用了速凝浆液。虽然速凝浆液的封堵速度快，但是浆液进入岩土体裂隙的深度受到限制，因而浆液的注浆效果受到影响。1