淺談水利水電工程固結(jié)灌漿漿液材料的運(yùn)用

吳博

【摘要】固結(jié)灌漿是防滲補(bǔ)強(qiáng)加固的一種重要手段。隨著防滲對(duì)加固工程的品質(zhì)要求不斷增多，具有高性能與應(yīng)用價(jià)值的漿液材料的開發(fā)與運(yùn)用也尤其重要。本文基于目前灌漿材料的基本情況和存在的問題，系統(tǒng)對(duì)其種類、性能和在水利水電工程固結(jié)方面進(jìn)行簡(jiǎn)要的描述。

【關(guān)鍵詞】水利水電工程；固結(jié)；灌漿；漿液材料

引言

固結(jié)灌漿的對(duì)工程進(jìn)行加固的方法最早出現(xiàn)于19世紀(jì)初，在以水利水電工程為代表的各類地質(zhì)工程中，就是大量采用灌漿施工技術(shù)而實(shí)現(xiàn)防滲加固目的。灌漿施工主要依據(jù)液壓、氣壓或電動(dòng)化學(xué)原理，把漿液灌入到結(jié)構(gòu)的裂縫中，在含水巖層、混凝土或松散土層中凝結(jié)后，可以改善這些結(jié)構(gòu)的力學(xué)等物理性能，從而達(dá)到防滲補(bǔ)強(qiáng)加固的目的。

1、常用灌漿材料的種類及其特點(diǎn)

灌漿材料有不同的分類方法，常見的分類方法按成分的不同一般可分為無機(jī)型、 有機(jī)型和有機(jī)-無機(jī)復(fù)合型三大類。

1.1 無機(jī)型灌漿材料。無機(jī)型灌漿材料具具有強(qiáng)度高， 耐久性好， 無毒， 無味， 材料來源方便， 價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。無機(jī)灌漿材料在固結(jié)工程方面的應(yīng)用廣泛，包括超細(xì)水泥、改性水泥、堿性膠凝和水玻璃與水泥復(fù)合材料都是這種無機(jī)型材料運(yùn)用的典范。其中以超細(xì)水泥灌漿材料（MFC-GM）最為常見。 最早的超細(xì)水泥是70年代初日本研制出的 MC-500產(chǎn)品，該產(chǎn)品主要是通過波特蘭水泥和?；郀t礦渣（ 4∶1 ）混合而成的。其漿液穩(wěn)定性好， 流動(dòng)性好， 并在固結(jié)時(shí)很少析水，甚至不析水， 防滲水平高，可灌性可與化學(xué)漿液相比較，并且其結(jié)石強(qiáng)度大大高于化學(xué)漿液， 并還具有無污染， 不老化， 價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。 超細(xì)水泥的成分除了鈣、硅、鋁、鐵的氧化物外，，還復(fù)合了一定量的高分子添加劑。超細(xì)水泥的最大特點(diǎn)就是顆粒粒徑非常小，有的還能達(dá)到次納米級(jí)別。與一般水泥相比，超細(xì)水泥的性能得到了很大的提升，流動(dòng)性、滲透性和強(qiáng)度都有很大的突破。另外，與有機(jī)型灌漿漿液比，無機(jī)型漿液的強(qiáng)度高，持久性好，并且不會(huì)老化。

1.1.1 超細(xì)水泥灌漿材料的物理性能

下表列出了幾種品牌超細(xì)水泥灌漿材料的物理性能，其中列出了常見的MFC- GM9000、MFC- GM8000和MFC- GM7000三種型號(hào)超細(xì)水泥的相關(guān)數(shù)據(jù)。

1.1.2 MFC- GM 的強(qiáng)度性能

超細(xì)水泥與普通水泥在組成上的主要不同點(diǎn)是在制備過程中加入了一些性能調(diào)節(jié)劑。正是這行性能調(diào)節(jié)劑使得超細(xì)水泥具有普通水泥沒有的優(yōu)點(diǎn)。其中，超細(xì)水泥在相同水灰比時(shí)較普通硅酸鹽水泥具有更高的強(qiáng)度。下表列出了超細(xì)水泥灌漿材料的強(qiáng)度性能。

1.2 有機(jī)型灌漿材料。有機(jī)型灌漿材料具有凝結(jié)緩慢的特點(diǎn)，所以有很好的穿透能力。但是，有機(jī)物也會(huì)給環(huán)境造成破壞，使用有機(jī)化學(xué)材料因而在很多國(guó)家遭到反對(duì)。因此，從生態(tài)環(huán)保的角度出發(fā)，低毒無害有機(jī)灌漿材料的研發(fā)和推廣是未來發(fā)展的方向。

1.2.1 丙烯酰胺類灌漿材料。丙烯酰胺又名丙凝，美國(guó)名AM.9，日本名SS30R。這類材料的制作，是在主劑丙烯酰胺中，摻雜配合促進(jìn)劑等助劑，混合配制成的防滲材料。這種漿液的優(yōu)勢(shì)在于保證滲透性能和固結(jié)性能的同時(shí)，可由人工調(diào)控改善防滲性能和凝膠時(shí)間，也正因此，丙凝被業(yè)界認(rèn)為是最好的防滲堵漏材料。

1.2.2 丙烯酸鹽類灌漿材料。丙烯酸鹽類灌漿材料的制作方法一般是將丙烯酸鹽（鈣鹽和鎂鹽）等主劑，與交聯(lián)劑、引發(fā)劑等摻雜劑，混配成水溶性漿液。加入交聯(lián)劑后就生成不溶于水的聚合物。丙烯酸鹽灌漿材料主要有粘度低、可灌入細(xì)微裂隙、凝膠滲透系數(shù)低、不含顆粒成分、 膠凝時(shí)間可以控制、 抗擠出能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 但是，這種材料凝膠強(qiáng)度較低，價(jià)格較高，而且穩(wěn)定性也不好控制。

1.2.3 聚氨酯類灌漿材料。聚氨酯主要是由多羥基化合物與多異氰酸酯聚合而生成的一種高分子材料。，聚氨酯類灌漿材料對(duì)工程結(jié)構(gòu)中的細(xì)縫起到防水堵漏作用，廣泛應(yīng)用于水利水電、橋梁和礦井等結(jié)構(gòu)中，是加固補(bǔ)強(qiáng)的好材料。 聚氨酯灌漿材料有兩種，包括水溶性聚氨酯和油溶性聚氨酯，其中，水溶性聚氨酯漿液的作用主要是防水堵漏，而油溶性聚氨酯漿液的作用則是加固補(bǔ)強(qiáng)。常用的水溶性聚氨酯有 Hw和Lw兩種。HW由氨酚脂、環(huán)氧乙烷及甘露醇聚醚603#或604#聚合而成，主要性能是強(qiáng)度較高、彈性差、黏度較低、可灌性較好。LW是由異氰酸脂、環(huán)氧乙烷及環(huán)氧丙烷聚合而成，具有較大的彈性及遇水膨脹的特性，缺點(diǎn)則是黏度較大。

2、結(jié)語(yǔ)

不同種類的灌漿材料具有不同特點(diǎn)，選擇合適的灌漿材料是水利水電工程等固結(jié)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素。在選擇灌漿材料時(shí)，不僅要從性能上入手，還應(yīng)該考慮到材料的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效應(yīng)，灌漿材料的價(jià)格、毒性和污染等都是因素也很重要。此外，開發(fā)和推廣性能更加優(yōu)良的新型灌漿材料，改善灌漿工藝，實(shí)現(xiàn)固結(jié)灌漿技術(shù)的信息化和標(biāo)準(zhǔn)化都將是未來工程固結(jié)技術(shù)的研究重點(diǎn)。

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