高分子灌浆材料

高分子灌浆材料

一种由单体或低聚物与催化剂所组成的材料，将它化为浆液并借助一定的压力灌入有缺陷的地层或需要处理的建筑物部位后，就地反应生成高分子，可与被灌对象形成整体，以达到防渗、堵漏和加固补强的目的。

1802年法国工程师C.贝里尼使用的粘土和石灰的浆液是最早的灌浆材料。1951年美国研制开发商品名为AM-9的以丙烯酰胺为主剂的高分子灌浆材料，用于大坝作防渗帷幕，效果卓著。

发展

灌浆材料的发展具有悠久的历史。自发明水泥并作为灌浆的主要材料以来，直至化学浆材时代的开始，经历了 60多年的实践。此后到 20 世纪40年代，化学灌浆一直由水玻璃占据主导地位，随着现实的需要，化学灌浆由单纯的无机物，逐渐开始采用有机材料。20世纪50年代，美国发明了丙烯酰胺浆材，其黏度很小，接近水，且凝胶时间可以任意调节，由此高分子灌浆材料迅速发展。中国化学灌浆技术研究起步较晚，迄今只有50多年的历史。上世纪50年代末形成环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯等灌浆材料；60 年代形成丙烯酰胺灌浆材料；至 70 年代末，才形成了聚氨酯灌浆材料；80年代后，弹性聚氨酯、水溶性聚氨酯、丙烯酸盐、不饱和聚脂、热沥青、木质素类、脲醛树脂类等不同程度地在各种工程中得到应用。

高分子灌浆材料的发展方向是：

（1）对环境无污染，主要是通过使用无溶剂或水做溶剂作为高分子灌浆材料的改性方向，譬如现在正在研究的水溶性环氧树脂灌浆材料。并且使用无毒的固化剂，无毒的催化剂等。另外使用废旧高分子材料作为灌浆材料也是目前研究的热点；

（2）较高的强度，就是通过对高分子材料的改性使其拥有较高的强度；

（3） 施工的便捷性，施工简单快速高效，这不仅局限于施工方法的改进上，也是对材料的渗透性以及浸润性提出了更高的要求。

除此之外，浆材的储存稳定性的研究，计算机技术在灌浆性能方面的模拟以及研究也是灌浆材料发展不可缺少的。

材料要求

理想灌浆材料的要求是：

①原料来源丰富，价格便宜；

②运输、储存时是固体，使用时可配制成低粘度的溶液；

③对地层具有高渗透性；

④灌入地层后能在常温常压下凝固，对环境中的杂质不敏感；

⑤固化后与地层构成高强度、高稳定性和高抗渗性的整体；

⑥凝固时间易于控制；

⑦无毒、无污染、无腐蚀性。

分类

近30年发展的灌浆材料大致分下列几类：

1、丙烯酰胺类

是理想的一类灌浆材料，其水溶液的粘度接近于水，并在整个诱导期间保持不变，胶凝时间短而可控，溶液的渗透性很好。就地聚合后能形成稳定的、不透水的并具有弹性的聚丙烯酰胺凝胶，从而起到堵水防渗和稳定加固地层的作用。缺点是丙烯酰胺单体对人体有毒。

2、木素磺酸盐类

主要成分是木素磺酸盐，来源于造纸废液，具有原料来源丰富，价格低廉，溶液粘度低，胶凝时间可控，稳定性较好等优点；但凝胶体的强度较低，抗渗性较差。由于采用重铬酸盐作固化剂，六价铬离子是高毒性的，现在以这种成分为主的灌浆材料已经从美国市场消失。

3、酚醛树脂类

由间苯二酚与甲醛在常温下反应生成的缩聚物(见酚醛树脂)。通常用氢氧化钠作催化剂，胶凝时间可通过调节pH值控制。这种浆液的粘度低，可用于固结土质，其强度与树脂含量成正比；缺点是对干湿循环的抵抗能力较差，且三种原料都有毒性和腐蚀性。

4、聚氨酯类

由多元异氰酸酯和多元醇或其他含有羟基的聚合物如聚醚、聚酯等制成，有非水溶性和水溶性两种，都能与水反应，但水溶性聚氨酯能被大量（最大达40倍）的水稀释。聚氨酯与水反应，发泡、交联而形成水合凝胶体，既起到稳定土质的作用，又达到止水的效果。但多元异氰酸酯及其浆液的其他组分是有毒的。

目前世界各国研究的主攻方向是降低材料的毒性，消除污染和提高浸透性能等。中国自1959年开始研究高分子灌浆材料，20多年来，先后研制成功环氧树脂类、丙烯酰胺类、甲基丙烯酸酯类、木素类、聚氨酯类、脲醛树脂类和丙烯酸盐类等灌浆材料，用于水工建设、文物保护、油井堵水、矿井建设等工程中。