我國(guó)化學(xué)灌漿技術(shù)發(fā)展論文

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摘要：結(jié)合水電工程建設(shè),概述了50年來(lái),我國(guó)化學(xué)灌漿材料、技術(shù)及設(shè)備,從無(wú)到有的發(fā)展及應(yīng)用成果.并根據(jù)其發(fā)展現(xiàn)狀,分析了我國(guó)化學(xué)灌漿技術(shù)近期發(fā)展的方向.即開(kāi)發(fā)推廣無(wú)公害、耐久性好、適應(yīng)工程各種要求,且價(jià)格低廉的化學(xué)灌漿材料;改進(jìn)提高化學(xué)灌漿技術(shù);促使化學(xué)灌漿設(shè)備、儀器生產(chǎn)的定型化、系列化、成套化、標(biāo)準(zhǔn)化和環(huán)保化;制訂化灌施工規(guī)程、規(guī)范和全國(guó)性的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等.

關(guān)鍵詞：化學(xué)灌漿無(wú)公害環(huán)氧樹脂聚氨酯丙烯酸鹽酸性水玻璃化學(xué)灌漿泵

1我國(guó)化學(xué)灌漿技術(shù)發(fā)展成績(jī)

化學(xué)灌漿(ChemicalGrouting)是將一定的化學(xué)材料(無(wú)機(jī)或有機(jī)材料)配制成真溶液,用化學(xué)灌漿泵等壓送設(shè)備將其灌入地層或縫隙內(nèi),使其擴(kuò)散、膠凝或固化,以增加地層強(qiáng)度、降低地層滲透性、防止地層變形和進(jìn)行混凝土建筑物裂縫修補(bǔ)的一項(xiàng)地基處理和混凝土修補(bǔ)技術(shù).即化學(xué)灌漿是化學(xué)與工程相結(jié)合,應(yīng)用化學(xué)科學(xué)和化學(xué)漿材解決地基和混凝土缺陷處理(加固補(bǔ)強(qiáng)、防滲堵漏),保證工程的順利進(jìn)行或借以提高工程質(zhì)量的一項(xiàng)工程技術(shù).隨著化學(xué)灌漿技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步,現(xiàn)己成為現(xiàn)代工程中頗具特色且不可或缺的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)

國(guó)外化學(xué)灌漿最初是適應(yīng)于地基處理和采礦業(yè)發(fā)展的需求而發(fā)展起來(lái)的,其可靠性得到公認(rèn)并被廣泛采用至今己有80年以上的歷史.我國(guó)的化學(xué)灌漿技術(shù)應(yīng)用與研究起步較晚,但發(fā)展較快并有自已的獨(dú)創(chuàng).如果以1953年在佳木斯等地采用堿性水玻璃進(jìn)行化學(xué)灌漿算起,也才只有50年的歷史五十年來(lái)，我國(guó)在化學(xué)灌漿技術(shù)這個(gè)小領(lǐng)域取得了成績(jī)[3]，主要表現(xiàn)在以下方面：

(1)化學(xué)灌漿從無(wú)到有，從小到大發(fā)展起來(lái)，已成為我國(guó)現(xiàn)代工程技術(shù)不可或缺的一個(gè)組成部分

(2)國(guó)外有的常用化學(xué)灌漿漿材品種，我國(guó)基本上都已開(kāi)發(fā)出來(lái)（如環(huán)氧[1]、甲凝、丙凝、丙烯酸鹽、酸性和堿性水玻璃、水溶性、非水溶性和彈性聚氨酯、脲醛樹脂、鉻木素等）

(3)化學(xué)灌漿漿材品種開(kāi)發(fā)中還有一些獨(dú)創(chuàng).如甲凝、彈性聚氨酯,甲氰凝和環(huán)氧—聚氨酯,丙烯酸酯—聚氨酯等互穿網(wǎng)絡(luò)灌漿材料

(4)化學(xué)灌漿設(shè)備的研制開(kāi)發(fā)已基本能適應(yīng)和滿足國(guó)內(nèi)化灌工程的要求[8].如化學(xué)灌漿泵、灌漿阻塞器、密閉配輸漿裝置和各種封縫材料等．

(5)化學(xué)灌漿技術(shù)已在國(guó)內(nèi)水電（大壩、堤防、水庫(kù)、電站）、建筑（地上、地下、人防）、交通（公路、鐵路、隧道、橋梁、港口、機(jī)場(chǎng)）和采礦等四大部門得到推廣應(yīng)用

(6)化學(xué)灌漿技術(shù)應(yīng)用已解決了許多工程難題，取得良好的效益.以水利為例，如三峽[4]、葛洲壩、龍羊峽、丹江口、陳村、鳳灘、萬(wàn)安等水利樞紐都是采用化學(xué)灌漿技術(shù)解決一些工程技術(shù)難題的典型例子

(7)化學(xué)灌漿已從工程完建后的應(yīng)用，發(fā)展到工程興建前設(shè)計(jì)中就采用.如三峽化灌帷幕預(yù)計(jì)15000米，化灌加固地基預(yù)計(jì)3000米

(8)化學(xué)灌漿技術(shù)在一些方面已具國(guó)際先進(jìn)水平，如青海龍羊峽大壩采用中化798環(huán)氧漿材處理G4偉晶巖劈裂帶和三峽大壩采用CW環(huán)氧漿材處理F1096軟弱夾層及斷層破碎帶的水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿技術(shù)均堪稱國(guó)際上處理低滲透性軟弱巖土地層的先進(jìn)技術(shù)

(9)化學(xué)灌漿理論上也有一些突破和創(chuàng)新[6][7].如漿液擴(kuò)散半徑的計(jì)算理論、漿液濕面粘接理論、減低漿液毒性的拮抗理論、漿液吸滲理論等

(10)化學(xué)灌漿技術(shù)出版物取得豐收.自上世紀(jì)八十年代以來(lái)己出版專著十余部.包括水利學(xué)報(bào)、水利水電技術(shù)、巖土工程學(xué)報(bào)、巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)、長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)在內(nèi)的全國(guó)132家科技期刊都選登化學(xué)灌漿的研究論文.近5年選登的論文就有200余篇

以上十個(gè)方面成績(jī),足以說(shuō)明我國(guó)化學(xué)灌漿技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展水平.此外,全國(guó)研究化學(xué)灌漿技術(shù)的工程科技人員已成立了中國(guó)水利學(xué)會(huì)化學(xué)灌漿分會(huì),現(xiàn)掛靠在長(zhǎng)江科學(xué)院.追溯到1968年,學(xué)會(huì)己舉行過(guò)16次學(xué)術(shù)交流活動(dòng),出版了7部論文集,這些學(xué)術(shù)活動(dòng)對(duì)推動(dòng)我國(guó)化學(xué)灌漿材料的研發(fā)和化學(xué)灌漿技術(shù)的發(fā)展起了很好的作用

2.化學(xué)灌漿技術(shù)近期發(fā)展展望

我國(guó)化學(xué)灌漿技術(shù)近期應(yīng)在前50年的基礎(chǔ)上更具活力的繼續(xù)向前發(fā)展,而無(wú)公害、耐久性好、適應(yīng)工程各種苛刻要求且價(jià)格低廉的化學(xué)灌漿漿材的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用和推廣;化學(xué)灌漿技術(shù)的研究、改進(jìn)和提高;化學(xué)灌漿設(shè)備、儀器生產(chǎn)的定型化、系列化、成套化、標(biāo)準(zhǔn)化和環(huán)保化及產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)和提高等必然是其發(fā)展方向

2.1.無(wú)公害漿材的開(kāi)發(fā)

(1)無(wú)毒催化劑的研制.環(huán)氧樹脂漿材粘接強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好,因此是固結(jié)灌漿最常用的漿材.該漿材毒副作用主要來(lái)自所采用的固化劑和溶劑.在過(guò)去的近20年中,對(duì)環(huán)氧漿材胺類固化劑的降低毒性研究己取得一些成果,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)出商品名為T31、810、X-89、CD等毒副作用較低的一批改性胺類固化劑,對(duì)環(huán)氧漿材的推廣應(yīng)用起了較好作用,今后還應(yīng)朝這個(gè)方向繼續(xù)努力

(2)無(wú)溶劑型漿材的開(kāi)發(fā).環(huán)氧樹脂一般粘度都較大,制成化灌漿材一般都要添加有機(jī)溶劑,但很多有機(jī)溶劑不但氣味難聞,而且具有毒副作用(如糠醛),添加后往往會(huì)產(chǎn)生環(huán)境問(wèn)題.因此,人們?cè)谘芯繜o(wú)毒副作用環(huán)氧固化劑的同時(shí),也展開(kāi)了無(wú)溶劑型環(huán)氧漿材的研制.無(wú)溶劑型環(huán)氧漿材的研究將得益于環(huán)氧樹脂工業(yè)的發(fā)展,國(guó)內(nèi)一些化工廠生產(chǎn)的低分子量環(huán)氧樹脂粘度僅為20-25mPa.s.,這對(duì)今后無(wú)溶劑環(huán)氧化灌漿材的發(fā)展開(kāi)辟了較好的前景.除此之外,把丙烯酸酯等樹脂開(kāi)發(fā)成無(wú)溶型漿材己呈現(xiàn)出更加美好的前景,值得努力探索

(3)水做介質(zhì)的化灌漿材的研制.水做介質(zhì),不用有機(jī)溶劑,對(duì)化灌漿材的無(wú)公害化是很有益的.過(guò)去已開(kāi)發(fā)了LW、HW等為數(shù)不多的水溶性聚氨酯漿材,今后對(duì)水溶性漿材應(yīng)放開(kāi)視野,相信在有機(jī)或無(wú)機(jī)水溶性漿材開(kāi)發(fā)和應(yīng)用上將會(huì)呈現(xiàn)出較為理想的進(jìn)展

(4)某些已有漿材改造的研究.1974年,日本曾因使用抗?jié)B性好的丙凝化灌漿材污染水質(zhì),引起飲水中毒事件而宣布禁用丙凝.之后,具有丙凝相似性能的丙烯酸鹽漿材得到發(fā)展,但其主要成分丙烯酸鎂仍存在一定的毒副作用,而科技工作者采用拮抗原理,在丙烯酸鹽漿材中加入鈣鹽和適量的某種拮抗劑,卻使其毒副作用下降到僅為丙凝的1%,成為實(shí)際無(wú)毒漿材[12].這個(gè)例子說(shuō)明,我們可以探索通過(guò)對(duì)己有的某些化灌漿材進(jìn)行改造,降低毒性,達(dá)到可使用標(biāo)準(zhǔn)

2.2.對(duì)工程各種苛刻要求相適應(yīng)的漿材開(kāi)發(fā)

(1)新型高親潤(rùn)、高滲透性化灌漿材的研究.雖然目前我們已有了一些高滲性的化灌漿材,解決了不少工程難題,但所用溶劑和固化劑多半都有毒副作用,不適宜環(huán)境標(biāo)準(zhǔn),對(duì)工程地基微細(xì)裂隙、斷層破碎帶和泥化夾層及混凝土微細(xì)裂隙的處理仍有探索新型高親潤(rùn)、高滲透性、無(wú)毒副作用化灌漿材的必要.這很大程度取決于表面活性劑和活性稀釋劑體系的研究改進(jìn)

(2)彈性化灌漿材的開(kāi)發(fā).在工程伸縮縫止水和混凝土活縫、變形縫補(bǔ)強(qiáng)灌漿中需要具有彈性的化灌漿材.過(guò)去雖說(shuō)也有一些開(kāi)發(fā),但必竟質(zhì)量還不夠高.今后除應(yīng)加強(qiáng)對(duì)已有彈性環(huán)氧和彈性聚氨酯等漿材提高質(zhì)量和消除毒副作用方面的研究外,更為重要的則是加強(qiáng)對(duì)能賦于環(huán)氧樹脂彈性的固化劑的開(kāi)發(fā)研究[11],從而適應(yīng)建設(shè)工程之急需

(3)快速固結(jié)漿材的開(kāi)發(fā).這里指的是漿液粘度又低,固化物性能優(yōu)異,且固化時(shí)間可控制在幾十分鐘或幾小時(shí)以內(nèi)的漿材的開(kāi)發(fā).采用低粘度環(huán)氧樹脂或新型活性稀釋劑和開(kāi)發(fā)應(yīng)用能促使環(huán)氧樹脂快速固化的新型環(huán)氧固化劑應(yīng)能解決此課題.3.耐久性漿材的開(kāi)發(fā)

耐久性概念含意較廣,它包括耐水、耐酸堿、耐候、耐紫外光、耐凍融和干濕循環(huán)、耐磨蝕、耐微生物作用(霉)等方面,耐久性漿材的開(kāi)發(fā)可從以下幾個(gè)方面去探索

(1)通過(guò)對(duì)合成樹脂的接枝或相嵌共聚合反應(yīng),使化灌漿材中所采用的樹脂具備我們所要求的一些耐久性特性

(2)注重互穿網(wǎng)絡(luò)復(fù)合化灌漿材的研究.如己有的MU無(wú)溶劑漿材系丙烯酸酯--聚氨酯的復(fù)合[2]、PU/EP水下化灌漿材系聚氨酯—環(huán)氧樹脂的復(fù)合[10],他們都是互穿網(wǎng)絡(luò)復(fù)合化灌漿材.由于兩類樹脂復(fù)合及其互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),這就賦予他們超越任何單一樹脂組份的優(yōu)良性能,值得深入研究

(3)加入鈉米材料對(duì)己有漿材進(jìn)行改性.環(huán)氧樹脂加進(jìn)納米材料改性的化灌漿材研究項(xiàng)目已獲得水利部基金資助,從現(xiàn)己拿出的初步成果來(lái)看,該項(xiàng)研究將會(huì)提升環(huán)氧漿材包括耐久性在內(nèi)的多方面性能

2.4.價(jià)格低廉的漿材開(kāi)發(fā)

(1)水玻璃漿材的改性.水玻璃漿材是化學(xué)灌漿史上最早使用的化學(xué)灌漿漿材,同時(shí)也是目前使用最廣泛的化學(xué)灌漿漿材之一.究其原因除該漿材具有無(wú)毒、粘度小、可灌性好等優(yōu)點(diǎn)外漿材價(jià)格較低是個(gè)重要因素.該漿材不足處為凝膠時(shí)間調(diào)節(jié)不夠穩(wěn)定、凝膠強(qiáng)度很低和凝膠穩(wěn)定性較差,金屬離子易脫溶等,現(xiàn)多半用在臨時(shí)或半永久工程中.因此今后對(duì)其改性工作應(yīng)著重在提高強(qiáng)度和耐久性方面做研究.加入某些活性物質(zhì)進(jìn)行改性是值得探索的方向

(2)紙漿廢液的無(wú)害化漿材開(kāi)發(fā).紙漿廢液做成化灌漿材價(jià)格較低.將該廢液中加鉻類催化劑便可制得現(xiàn)稱為鉻木素的該漿材.因鉻類催化劑中六價(jià)鉻離子有毒,該漿材大家不敢用.故隨后開(kāi)發(fā)出多種無(wú)鉻催化劑的高強(qiáng)木素漿材,今后應(yīng)對(duì)其進(jìn)行提高性能研究,以便推廣應(yīng)用

以上四條主要集中在無(wú)公害、多用途和耐久性漿材研究、開(kāi)發(fā)上,至于漿材的定型化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化當(dāng)然是化灌技術(shù)發(fā)展的必然要求,這里就不贅述

2.5.化灌技術(shù)的改進(jìn)、提高和創(chuàng)新

已有化灌技術(shù)的總結(jié)、改進(jìn)和提高研究.前已敘述了在過(guò)去的50年中,我國(guó)有包括水電等大量的建設(shè)工程應(yīng)用過(guò)化學(xué)灌漿技術(shù),有許多采用化灌解決工程難題的典型經(jīng)驗(yàn),其中有些已有初步總結(jié),如復(fù)合灌漿技術(shù)等;有些則尚待總結(jié),如化灌的密閉傳輸、自動(dòng)記錄、集中管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)等.不管過(guò)去有無(wú)總結(jié),現(xiàn)有的化灌技術(shù)都需要從事化灌技術(shù)研究的專家、學(xué)者與有經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員相結(jié)合,在總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上改進(jìn)、提高,并能有所創(chuàng)新

2.6.化灌設(shè)備儀器的系列化、成套化、標(biāo)準(zhǔn)化和環(huán)保化

(1)高性能化學(xué)灌漿泵的系列化、成套化和標(biāo)準(zhǔn)化.高性能化學(xué)灌漿泵是實(shí)施化灌作業(yè)的主要設(shè)備,國(guó)內(nèi)有多家研究所和小企業(yè)能研制和開(kāi)發(fā),但都只能小批量生產(chǎn)或試生產(chǎn).今后應(yīng)定點(diǎn)、定型生產(chǎn),并向產(chǎn)品的系列化、成套化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展,以方便推廣應(yīng)用化灌技術(shù)

(2)化學(xué)灌漿自記儀的研制.化學(xué)灌漿自記儀的研制可有效地避免人工記錄難免出現(xiàn)的一些差錯(cuò),將對(duì)提高隱蔽工程中的化學(xué)灌漿質(zhì)量起到很好的監(jiān)控作用,并使化灌數(shù)據(jù)分析建立在可靠的基礎(chǔ)之上.化學(xué)灌漿自記儀在技術(shù)原理上與己有的水泥灌漿自記儀有所不同,目前國(guó)內(nèi)已有幾套研制方案,但還未見(jiàn)樣品問(wèn)世,很需要加快研制步伐,以應(yīng)工程化灌監(jiān)理之急需

(3)密閉式傳輸漿設(shè)備的研制.現(xiàn)己研制出的一些設(shè)備要滿足環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求,保證安全生產(chǎn)

(4)現(xiàn)有產(chǎn)品提高質(zhì)量研究.國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的一些化學(xué)灌漿設(shè)備儀器在加工精度和質(zhì)量上與國(guó)外同類型產(chǎn)品還有一定差距.因此,在這方面我們會(huì)有大量改進(jìn)和提高工作需要去做

2.7.化學(xué)灌漿行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、規(guī)范的制訂

化灌施工具有隱蔽性特徵,各行其道搞施工必將出現(xiàn)很多問(wèn)題,甚至?xí)纬晒こ屉[患,值得我們高度警惕.然而我國(guó)至今還沒(méi)有一部全國(guó)性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和化灌施工規(guī)程、規(guī)范,這是很不正常的現(xiàn)象,應(yīng)立即著手進(jìn)行制訂.希望政府相關(guān)部門能給于大力支持

2.8.化學(xué)灌漿理論的研究、探索

化學(xué)灌漿對(duì)象一般都具有隱蔽性和特殊性,實(shí)驗(yàn)室摸擬比較困難,故化學(xué)灌漿理論研究一直是化灌技術(shù)發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié),舉步維艱.化學(xué)灌漿施工和不少施工參數(shù)的確定以往都是靠經(jīng)驗(yàn),缺乏理論指導(dǎo).為了促進(jìn)化學(xué)灌漿技術(shù)在多個(gè)工程領(lǐng)域科學(xué)的推廣應(yīng)用,今后很有必要加強(qiáng)在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)灌漿理論的研究、探索.