聚氨酯在工程中的应用

聚氨酯在岩土工程中应用

在当前经济建设迅猛发展的背景之下，我国的基础建设有了长足的发展，特别是在交通设施、水利工程、隧道挖掘等方面。但是，这些基础工程在建设和运营过程中，因水文地质条件、设计瑕疵、材料老化等因素，不可避免地存在重大安全隐患，如水库渗漏、隧道涌水、边坡坍塌等。为防患于未然，我国从上世纪50年代便开始发展灌浆技术。通过长时间的工程实践应用，化学灌浆材料因其良好的渗透性、力学性能、流动性以及可控的固化时间等优势得到了广泛的应用。

随着我国经济的快速发展，对能源的需求量越来越大，进而促进了煤矿开采、建筑修建等多个行业的发展。在煤矿开采过程中，对巷道顶板的支撑保护是保证煤矿安全高效生产的前提。化学注浆是近几年发展起来的技术，能在较短时间内固结破碎的煤岩体，并达到较高的强度，有效提高了破碎煤岩体在采掘过程中的稳定性，避免和减少破碎围岩造成的冒顶、片帮事故。注浆材料的性能决定了顶板加固的质量，其中水泥浆、水玻璃等传统加固材料由于施工时间长、固结体强度低，已很难满足煤矿井下安全高效生产的要求。

最常见的化学灌浆材料——聚氨酯类材料，是一种由异氰酸酯和多元醇发生聚合反应形成的软段和硬段交替排列的线状嵌段共聚物。除具有化学灌浆材料的共性外，聚氨酯材料的黏度适中、耐磨耐腐蚀较强、粘结性能优异,在破碎岩体加固、边坡加固、坝基加固、大坝防漏、混凝土缺陷、道路裂缝、地基防渗等领域应用广泛。

注浆技术作为隧道穿越砂层施工过程中常用的前期加固和施工抢险应急手段，对整个隧道施工质量的保证，有至关重要的作用。而很多地下工程在建设过程中，常规注浆材料很难满足工程要求，需要用到一种高效、高强的注浆材料，才能达到预期施工效果。

注浆技术作为软弱砂层隧道事故预防及应急处理的主要措施，对保证整个工程安全，减小事故带来所带来损失意义重大。在隧道事故处理过程中，往往对应急注浆所使用材料在固结强度、凝结速度及堵水性能三个方面均有较高的要求。而一般颗粒类浆材如超细水泥等，由于凝结周期较长，并不能达到快速加固及堵漏以及时处理事故的目的，而化学类浆材如水玻璃等，虽然凝固时间短且能迅速起到加固地层的作用，但其整体强度较低，很难达到事故抢险要求，相比而言，有机类高分子浆材比如聚氨酯等，在强度、凝固时间及阻水隔水效果上，均能很好地满足隧道应急处理要求，且聚氨酯材料在煤矿事故处理中已经有较为广泛的应用，也积累了丰富的施工经验。因此研究聚氨酯材料对不同种类砂层对重要的工程实际意义。

一方面，有助于解决软弱砂层地区隧道设计、施工过程中，穿越重要构筑物时的变形控制难题，更大程度降低地基不利变形来保证隧道和重要构筑物的施工安全；另一方面，有利于将聚氨酯浆材推广应用于软弱砂层隧道事故应急处理过程中，最大限度降低事故所带来不利影响，减少不必要的损失。

注浆理论研究对象主要是浆液在岩土体中流动时所完成的两个主要过程，即物理化学过程和流体力学过程，物理化学过程包括注浆材料的凝结和硬化机理、浆液的流变性能等；流体力学过程包括浆液沿注浆管道及在地下沿孔隙、裂隙或空洞的流动扩散规律。

相比于注浆技术的应用发展而言，注浆理论的发展稍显落后，很多方面还不能完全的对实际工程现象做出准确的解释，针对许多特殊工程，仍旧缺乏科学、全面的注浆理论来提供合理的解释。因此，为了注浆加固技术能有更好的发展应用前景，仍需加大对注浆理论的研究力度。而注浆材料作为注浆加固的反应主体，其研究发展与注浆技术和注浆理论的发展密切相关。由注浆发展历程来看，注浆材料的发展线路大体可以概括为粘土→石灰→水泥→化学注浆材料→高分子材料化学注浆（聚氨酯类等）。今后，随着相应制备技术的发展，聚氨酯、环氧树脂等有机类高分子化学浆材生产成本越来越低，其在注浆加固中的优势愈发显著，应用也将随之变得更加广泛。

参考文献：

邹光俭. 聚氨酯加固砂的工程特性及应用研究[D].西安建筑科技大学,2017.

郭旭青,魏珺谊.聚氨酯加固材料的应用现状与发展[J].山西化工,2022,42(02):44-45+51.

柳山,罗光洪,张家泉等.新型聚氨酯材料对砂土的加固效果及环境效应[J].湖北理工学院学报,2021,37(03):10-13.

供稿：郭宇、许晓亮、陈奕恺

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