注浆材料

注浆材料史茂君成都理工07级环工院四川成都摘要：本文是关于注浆材料的文章，包括注浆材料的类型、注浆材料的性能指标、改性方法、工程应用及其效果。

通过对注浆材料的全面把握，更加深刻地理解其性能，根据工程需要对其性能加以控制，从而更好地用于实践中解决工程问题。

关键词：注浆材料性能工程实践灌浆综述通过钻孔或置入孔管，向地层结构物中的孔隙灌入一种或几种浆液，这些浆液最终能形成具有一定强度和阻水性能的“结石”，这样的工程施工方法称为灌浆法。

灌浆的作用有：1.充填作用，2.压密作用，3.粘合作用，4.固化作用。

这些作用的大小，随被灌岩体的性状、灌浆材料的类型、压力大小和施工工艺而定。

通过注浆应达到的目的是：1.封堵通道，减小渗漏损失。

2.固结或稳固松散颗粒和破碎岩石，提高地层的力学强度。

3.对有缺陷或损坏的建筑物进行补强修理。

4.对置入地层中的孔管、锚杆、锚索等进行固定和保护。

5.利用预压骨料法，建造特殊部位的混凝土构筑物。

通常灌浆在制止较大漏水方面和提高岩土抗压强度方面效果显著，在提高抗剪强度方面效果不堪显著。

且被灌注的对象都是处在隐蔽处，施工不象在地面上那么好控制。

灌浆的运用十分广泛，在采煤和采矿矿井建设中，交通隧道、水工隧道以及各种地下洞室的施工中，开采天然气或天然气的钻井中，城市工业与民用建筑工业中以及水利水电工程中都有应用。

灌浆材料一、灌浆材料综述以改良地基为目的，在地基中注入的材料或在建筑物和地基的界面充填使用的材料即注浆材料。

注浆材料是注浆技术中不可缺少的一个组成部分，注浆之所以能起到堵水和加固的作用主要是由于注浆材料在注浆过程中发生由液相到固相再转变为结石体的结果。

因此，凡是一种液体能在一定条件下可以变成固体物质，一般来讲都可以当做注浆材料。

原材料包括主剂和助剂，助剂可根据它在浆液中的作用，分为固化剂、催化剂、速凝剂、缓凝剂和悬浮剂等。

浆液是原材料用水或其他溶剂混合后所配制的液体，也是注浆时所用的材料。

最终形成的结石体用于充填、堵塞地层中的裂隙或孔隙达到堵水加固的目的。

二、注浆材料的分类注浆材料有百余种，分类方法也很多。

按浆液所处的状态可分为真溶液、悬浮液和乳化液；按工艺性质可分为单浆液和双浆液；按主剂性质可分为无机系列和有机系列；按浆液的颗粒可分为粒状浆材、化学浆材和由粒状浆材与化学浆材组成的复合浆材。

在各种注浆工程中，以粒状浆材应用最多，其中水泥应用最广泛。

这与水泥具有来源多、价格较抵和硬化后强度高等优点有关。

水泥属于粒状材料不能进入微小的孔隙和缝隙，向水泥中加入细小的膨润土和粘土，形成水泥粘土浆，其中粘土颗粒能进入更窄的缝隙内，以改善浆液的可灌性。

但掺粘土凝固后强度有所降低。

掺沙配成的水泥砂浆可灌注大裂缝，避免浆液过大的扩散流失和节省水泥。

化学浆液属于溶液，能灌入极细微的裂隙内。

由于化学浆材的价格较高，通常在水泥灌注效果不能满足要求时才应用化学浆材。

化学浆材品种很多，其中最为廉价的是水玻璃和木质素类浆材；粘度最低的是甲基丙烯酸酯浆液和丙烯酰胺类浆液；固结强度高的浆材有环氧树脂类、甲基丙烯酸酯类和不饱和聚类酯类。

利用化学浆材和水泥的各自优点，采用在水泥浆中加入化学浆材，或在化学浆液中加入水泥，配制的水泥—化学浆液，在各种注浆工程中都取得了很好的应用效果。

1.水泥浆我国普通水泥分为两类五个品种。

有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。

普通水泥熟料是多种矿物的聚集体，这些熟料矿物有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。

这些矿物的性能各不相同，在水泥中的含量不同时水泥的性能就有所改变。

如提高硅酸三钙的含量可制得高强度水泥；提高硅酸三钙和铝酸三钙的总含量可制得快硬早强水泥；降低硅酸三钙和铝酸三钙的含量、提高硅酸二钙含量，则可制得水化放热低的大坝水泥。

水泥中也有少量影响水泥性能的有害成分，如氧化镁、氧化钙和三氧化硫等，它们主要影响水泥的体积安定性。

因此其含量应有一定的限制。

水泥的凝结和硬化是一个连续而复杂的物理化学过程，在其水化的过程中会产生水化热且水化是一贯漫长的过程。

水化时生成水化硅酸钙凝胶体和有氢氧化钙与钙矾石晶体等结晶体，这些水化产物的生成和不断发育完善，决定了水泥的凝结和硬化，水化也是微粒间由范德华力向晶粒间的化学键转化的过程。

在这个过程中的影响因素还有矿物成分、含量、细度、掺和量、水灰比、温度、外加剂的类型和掺量等。

其他品种的水泥都有比普通水泥突出的性能特点，如快硬早强水泥、超细水泥、低温大坝水泥、抗硫酸盐的硅酸盐水泥、抗高温的油井水泥和地热井水泥等注浆工程可根据选用这些具有特殊性能的水泥。

2.粘土和沙粘土作为地基防渗和钻孔堵漏与封孔的注浆材料，已有很悠久的历史，至今仍被广泛采用。

其优点是：颗粒细小，能充分分散，浆液固结后密实性好，化学稳定性好，减少浆液流失性好，来源广而价格低。

砂常用来配制成水泥砂浆或水泥粘土砂浆而避免扩散流失节约水泥用量，用于灌注大裂隙和溶洞。

3.化学浆液由于水泥属粒状材料，对细微裂缝、裂隙或孔隙的灌注时有时不能达到满意的效果，于是，化学灌浆材料应运而生并得到了很快的发展。

化学浆材种类多，性能各异，可灌性好，粘结强度高。

对化学浆液的要求是：粘度小可灌性好，凝结固化时间可自行调节，耐久性还受外界因素影响小，固化时体积收缩小，抗渗性能好，粘度增长明显，灌注工艺简单，浆液无毒或低毒对环境污染小，来源广价格低储运方便。

化学浆材具有不同程度的毒性，因此，只有在非常必要时才选用。

（1）水玻璃类浆液水玻璃类浆液是注浆中使用最早的一种化学浆液，由于其来源广、价格低和对环境无污染，至今仍是使用最广的化学浆液之一。

有水玻璃—氯化钙浆液、水玻璃—铝酸钠浆液、水玻璃—硅氟酸钠浆液、水玻璃—乙二醛浆液和酸性水玻璃浆液。

（2）木质素类浆液木质素类浆液是以亚硫酸盐纸浆废液为主剂，加入一定量的固化剂所组成的浆液。

固化剂为重铬酸钠、过硫酸铵。

木质素浆液的可灌性好，粘度小，防渗性好，胶凝时间可调节，来源广价格低，其中铬木素浆液有污染但可用硫木素浆液消除。

（3）丙烯酰胺类浆液丙烯酰胺类浆液国内又称丙凝、ZH655、MG646。

其粘度小、可灌性好、胶凝时间可控制、凝胶体渗透系数极小，是防渗堵漏的好浆材。

（4）丙烯酸盐类浆液该类浆液以丙烯酸盐（钠、镁、锌和铝等）为主剂，以NN—亚甲基双丙烯酰胺为胶粘剂，并加入引发剂和促凝剂等组成的浆液。

引发剂常用过硫酸铵，促凝剂可用三乙醇胺、硫代硫酸钠等。

丙烯酸盐凝胶是一种强韧的弹性体丙烯酸镁凝胶体在水中有膨胀性，用于潮湿状态下的裂隙灌浆，可以提高堵水效果，但丙烯酸盐浆液为微毒性浆液。

（5）脲醛树脂类浆液以脲醛树脂或尿素—甲醛为主剂，加入一定量的固化剂（各种酸或酸性盐）所组成的浆液，称为脲醛树脂浆液。

脲醛树脂的凝胶体抗压强度高但性脆粘结性能不强，用酸性固化剂对设备有腐蚀对人体不安全。

（6）聚氨酯类浆液聚氨酯类浆液国内又叫“氰凝”浆液。

有非水溶性（PM型）和水溶性（SPM型）两类。

常用的多异氰酸酯有甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）和多苯基多次甲基多异氰酸酯（PAPI）。

异氰酸基（—NCO）常与—OH反应，逐步合成高分子物。

—NCO基团还会与分子链中的氨基甲酸脂基和脲基发生反应，生成网状结构致使反映物粘度迅速增加。

（7）环氧树脂类浆液环氧树脂是分子结构中含有环氧基的树脂状高分子化合物，是一大类树脂的总称。

其主剂是环氧树脂；固化剂有胺类、有机酸及酸酐、树脂类等，稀释剂常用的有丙酮或丙酮—糠醛、苯、甲苯、二甲苯等；增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯、磷酸三乙酯、聚酰胺树脂、液态聚硫橡胶等。

（8）甲基丙烯酸酯浆液简称甲凝。

是一种化学补强灌浆材料，其粘度比水还低，能灌如0.05mm的缝隙中，且有很高的力学性质，抗压强度达60—85mPa，粘结强度也较高，主要用于混凝土细微裂缝的补强。

4.水泥—化学浆液水泥—化学浆液是水泥与化学材混配的浆液。

水泥具有货源广，价格低，结石强度高等特点；化学浆液可灌性好，凝结时间可控制，但浆材价格较高。

两者存在很好的互补性。

（1）水泥—丙凝浆液水泥—丙凝浆液中，水泥用量与丙凝浆液的重量比通常为（0.6—2）：1。

如果水泥用量少，可把水泥加入丙凝的甲液中，搅拌均匀后再与乙液混合。

水泥用量多时，可将水泥分成两份，分别加入丙凝的甲乙两液中，搅拌后将甲、乙两液混合成单浆灌注，也可不混合，用双液灌注。

（2）水泥—丙烯酸盐浆液丙烯酸盐可用丙烯酸镁（A—Mg）的水溶液，水泥—A—Mg浆液的固结体不仅强度高，而且弹性好，粘结性能比纯水泥浆高。

该浆液可用于较大裂隙的地基和岩基补强、钻孔护壁和堵水与堵漏。

（3）水泥—氰凝浆液水泥—氰凝浆液中的水泥加量常为氰凝预聚体的一半到白分之八十。

加入水泥后，浆液粘度有所增加，但可灌性仍较好。

不加催化剂遇水反应比较平稳，2—3小时才凝固；加催化剂三乙胺或三乙醇胺后，固结强度下降。

浆液固体具有较高的力学性能和较好的粘结性能。

因此，该浆液可作为补强灌浆，特别是开度较大的结构裂缝，效果更为显著。

除上述几种水泥—化学浆液之外，其他化学浆液都可与水泥混配使用。

注浆材料的性能一. 密度与相对密度浆液或聚合体的密度是指单位体积的浆液或聚合体所具有的质量。

相对密度是指浆液或聚合体在空气中的质量与同体积4摄氏度的在蒸馏水在空气中的质量比值。

测定相对密度的方式有比重计法和比重瓶法，测定聚合体密度可采用排水法。

二. 粘度粘度是度量流体粘滞性大小的物理量，一般是指混合后的初始粘度，所以应在混合好之后立即测定，否则，有些浆液的粘度会随时间发生变化。

浆液的粘度直接影响浆液的扩散半径，同时决定着注浆的压力、流量等参数的确定，从而关系到注浆的效果，粘度小扩散半径越大，越有利于注浆，但有时为了防止浆液扩散太远，耗浆量大造成浪费，还要增加粘度，控制扩散半径。

因此，对一种浆液既要求粘度低又要做到粘度可调，这才是最理想的。

三. P H值溶液的酸碱度常用PH值表示，可用试纸测定，也可采用酸度计法，一般要测出其最大和最小值，因为该值有一个变化范围。

四. 胶凝时间胶凝时间是指从参加反应的全部组分混合时起，知道胶凝发生、浆液不再流动为止的一段时间。

胶凝时间是浆液的一项很重要的性能，胶凝时间应该能够准确调节和控制。

一般用圆锥稠度仪来测定。

五. 结石率结石体积与浆液体积之比称为结石率。

对注浆材料来说，一般都要求有较高的结石率以起到良好的加固、防渗等作用。

六.抗压强度和抗折强度抗压强度是指在试件上施加压缩荷载至破坏或产生屈服现象是，原单位横截面上所承受的荷载。

抗压强度的大小决定了该材料的使用范围。

有些材料也可以根据工程需要来改变抗压强度。

影响其因素很多，有材料的品种、浆液的浓度、配比、外加剂等。