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化学灌浆技术应用与研究
发布时间:2014-08-09
1.化学灌浆的历我国的化学灌浆技术应用与研究起步较晚,但发展较快并有独创。如果以1953年在佳木斯等地采用碱性水玻璃进行化学灌浆算起,也才只有50余年的历史。


2、             我国在化学灌浆技术领域取得的成绩
1)化学灌浆从无到有、从小到大发展起来,已成为我国现代工程技术不可或缺的一个组成部分。
2)国外有的常用化学灌浆浆材品种,我国基本上都已开发出来(如环氧,甲凝,丙凝,丙烯酸盐,酸性和碱性水玻璃,水溶性、非水溶性和弹性聚氨酯,脲醛树脂,铬木素等)。
3)化学灌浆浆材品种开发中还有一些独创。如甲凝、弹性聚氨酯,氰凝和环氧—聚氨酯,丙烯酸酯—聚氨酯等互穿网络灌浆材料。
4)化学灌浆设备的研制开发已基本适应和满足国内化灌工程的要求。如化学灌浆泵、灌浆阻塞器、密闭配输浆装置和各种封缝材料等。
5) 化学灌浆技术已在国内水电(大坝、堤防、水库、电站)、建筑(地上、地下、人防)、交通(公路、铁路、隧道、桥梁、港口、机场)和采矿等四大部门得到推 广应用。
6)化学灌浆技术应用已解决了许多工程难题,取得良好的效益。以水利为例,三峡、葛洲坝、龙羊峡、丹江口、陈村、凤滩、万安等水利枢纽都是采用化学灌浆技术解决一些工程技术难题的典型例子。
7)化学灌浆已从工程完建后的应用,发展到工程兴建前设计中就采用。如三峡工程化灌帷幕预计达15000m,化灌加固地基预计达3000m。
8)化学灌浆技术在一些方面已具国际先进水平。如青海龙羊峡大坝采用中化所研制的798环氧浆材处理G4伟晶岩劈裂带和三峡大坝采用长科院研制的CW环氧浆材处理F1096软弱夹层及断层破碎带的水泥一化学复合灌浆技术,均堪称国际上处理低渗透性软弱岩土地层的先进技术。
9)在化学灌浆理论上也有一些突破和创新。如浆液扩散半径的计算理论、浆液湿面粘接理论、减低浆液毒性的拮抗理论、浆液吸渗理论等。
以上9个方面的成绩,足以说明我国化学灌浆技术的进步和发展水平。 

3、             化学灌浆的定义
化学灌浆是将一定的化学材料配制成真溶液,用化学灌浆泵等压送设备将其灌入地层或缝隙内,使其扩散、胶凝或固化。以增加地层强度、降低地层渗透性、防止地层变形,是进行混凝土建筑物裂缝修补的一项地基处理和混凝土修补技术。
也就是说,化学灌浆是化学与工程相结合,应用化学科学和化学浆材解决地基和混凝土缺陷处理(加固补强,防渗堵漏),保证工程的顺利进行或借以提高工程质量的一项工程技术。
4、             国内常用化学灌浆材料的分类
4.1按性能和用途大致分为两大类:
第一类是防渗止水型:水玻璃、丙烯酸盐、聚氨酯和木质素
第二类是补强加固型:环氧树脂和甲基丙烯酸甲酯浆材两大品种系列
 

其中水玻璃分酸性和碱性
PU聚氨酯又分水性、油性、弹性三大品种
环氧树脂浆材又分为:非活性稀释剂、活性稀释剂及呋喃树脂三大品种
 

备注:第一类型中的水玻璃浆材也能用于补强加固工程,只是强度较低;
第二类型的环氧树脂浆材也能用于防渗止水工程,只是单价偏高。

6、             化学灌浆材料的特点
6.1化学灌浆材料的特点
首先化学灌浆材料具有良好的渗透性和扩散性化学灌浆材料是由化工材料配制而成的真溶液.无颗粒.无沉淀.这一特性是其区别于水泥基灌浆材料最显著的特点.从而决定了灌浆时具有更好的渗透性和扩散性。


其次化学灌浆材料具有良好的可控性因其由化学材料配制而成.其胶凝特性 物理力学性能等可通过各组份配比调节.因而比水泥基灌浆材料具有更好的可控性.更容易进行精确调整。
6.2化学灌浆材料的差异性
化学灌浆材料的差异性主要是其材料固化特性不同及固化后的物理力学性能不同.具体表现在抗压强度不同、粘接强度不同、材料的刚性与弹性不同等等.这些性能的差异.决定了在不同的施工场合.应选用不同的化学灌浆材料。
6.3化学灌浆技术的缺陷
化学灌浆技术较水泥灌浆技术尽管有很多的优越性.但化学灌浆技术并不能完全取代水泥灌浆技术.它的应用同样存在着一定缺陷:包括施工不便。需要较多的辅助材料与设备.需要较专业的施工人员,造价高,耐久性差,有一定的毒性.对环境有一定的影响等。这些问题.随着化学工业的发展灌浆水平的提高.正在逐步得到改善和解决,如相继开发的低毒性环氧浆材 取代丙凝的低毒丙烯酸盐浆材等,都是较好的化学灌浆材料。
 

7、             化学灌浆技术的应用
7.1化学灌浆技术在加固领域的应用
化学灌浆材料的特殊性和灌浆效果.决定了其在加固领域的作用如常见的混凝土裂缝.是建筑物的主要隐患之一.采用灌浆法处理混凝土裂缝时,首先要求加固材料具有一定的强度.同时要求与混凝土有很好的粘接性.最关键的还是灌浆材料在裂隙中的渗透性.而粘接性和渗透性是一般水泥基灌浆材料很难达到的.而环氧类和高强聚氨酯类化学灌浆材料.很容易满足相关要求。因此.化学灌浆技术进入永久工程加固领域成为必然的选择.这在当今水利、工业及民用等建筑领域已得到充分验证。
化学灌浆在临时加固工程中的应用.主要是地下工程的开挖、基坑开挖过程中的加固.通过对粉细砂层、砂层的固结.提高地层的支护能力,较喷射灌浆、深层搅拌等施工工艺,具有施工简便、适用性强等优点。
 

7.2化学灌浆在防水、堵漏领域的应用
在细微裂隙及透水性较小的断层破碎带、泥化夹层处理中。水泥基灌浆材料很难注入,达不到预期防渗效果。而采用丙凝、丙烯酸盐、环氧树脂等低粘度化学灌浆材料,可以较好地解决类似难题,如坝基基础、施工冷缝、隧道和地下巷道的渗漏处理等对于混凝土程伸缩缝、止水、变形缝破坏的修补。需要弹性材料.通常采用锚固橡胶板或灌注弹性密封材料水泥基灌浆材料不具有伸缩缝应有的弹性.所以不适宜此类缺陷的修补.而采用具有优异变形能力的丙凝、丙烯酸盐、水溶性聚氨酯、非固特橡塑堵漏灌浆材料、弹性环氧灌浆材料,较采用锚固方法。具有施工方便、安全有效等优点,因而其应用具有更大的优越性对于渗漏量大、高流速水流渗漏部位的封堵.则需要凝胶快的堵漏材料.采用水泥水玻璃双液灌浆丙烯酸盐水泥双液灌浆.通过调整.凝胶时间可缩短到几秒.具有一定的强度.能抵御一定水流的冲击,并可控制灌浆的范围,因而在达到堵漏目的的同时.节省更多的灌浆材料和施工时间。
 

8、             化学灌浆施工工艺
化学灌浆施工工艺主要分为布灌浆嘴、封缝、压气(水)找补、灌浆和检查等几个工序。
8.1布灌浆嘴
砼裂缝一般都比较小,还往往混有尘埃等杂物。因此布灌浆嘴方法极为重要,必须使灌孔与裂缝通畅,布灌浆嘴有表面贴盒和风钻钻孔二种。布灌浆嘴时要优先采用表面贴盒的方式,因风钻钻孔易将裂缝通道堵塞,效果不佳。用得较少。
 

8.2封缝
布灌浆嘴后,沿缝凿槽。用环氧砂浆(或胶泥)以及其它适当材料封缝。渗水缝部位用热熔胶或快凝材料封缝。
8.3压气(水)找补
主要检查封缝效果,防止浆液流失而影响灌浆质量,一般要检查多次,直到合格为止。
 

8.4灌浆
灌浆是最重要的一环,除需要适宜的机具外.还要严格控制灌浆压力,浆液配比.进浆速度和结束标准等几个重要参数。
(1)灌浆机具,目前使用的有压浆筒、手掀泵、手动隔膜泵和高压注浆机。压浆筒是最早使用的一种代用机具,缺点很多,目前已很少使用。手揿泵用得较多,但清洗和维修比较麻烦,后来出现了手动隔膜泵,重量轻,使用方便,但还需要人工操作,近几年来出现的高压注浆机,重量轻,使用极为方便,灌浆效果好。

(2)灌浆压力。灌浆压力一般为0.2-0.4MPa。压力应逐级提高。直至设计压力。
(3)浆液配比,根据进浆速率及浆液外漏情况要及时调整,一是调整固化剂加量,控制浆液的聚合时间,另一种是调节浆液粘度,通常在浆液中加入粉状掺合料.使浆液变稠。
(4)进浆速度,主要通过灌浆压力和间歇灌浆来调节,以确保裂缝中浆液充填量达到最大。外漏浆量最少,灌浆效果最佳的目的。
(5)灌浆结束标准,灌浆历时要合理,以确保浆液在裂缝中充分渗透,灌浆结束标准通常为0.02L/5min.因此灌浆机具不宜采用压浆筒,优先用能计量的隔膜泵或手揿泵。
 

8.5检查
可采用如下几种方法检查
(1)凿开封闭止浆层,观察裂缝被浆体结石所充填的密实度。
(2)压水试验,单位吸水率应小于0.O1L/min。
(3)钻孔取样,测定粘结强度。

9、             化学灌浆应用展望
9.1无公害浆材的开发
9.2与工程上各种苛刻要求相适应的浆材开发
9.3耐久性浆材的开发
9.4价格低廉的浆材开发
9.5化灌技术的改进、提高和创新
9.6化灌设备仪器的系列化、成套化、标准化和环保化
9.7化学灌浆行业标准、规程、规范的制订
9.8化学灌浆理论的研究、探索


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