浅谈水利水电工程固结灌浆浆液材料的运用

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摘要：固结灌浆浆液材料选择运用需要一定的基本条件，如易于扩散到被灌体内的空隙，可以在低压下达到大的注浆半径，完全充填被灌体的空隙。材料硬化后能维持所要求的性质。本文对水电工程固结灌浆浆液材料的运用进行简要的分析。

关键词： 固结；灌浆；浆液；材料；运用

固结灌浆浆液材料选择运用需要一定的基本条件，如易于扩散到被灌体内的空隙，可以在低压下达到大的注浆半径，完全充填被灌体的空隙。材料硬化后能维持所要求的性质。

1.常用注浆材料

常用的注浆材料一般分为水泥浆液和化学注浆浆液两大类。一般认为只有化学注浆材料即溶液型注浆材料才能灌入很小的缝隙。最早采用的化学注浆材料是基于水玻璃和氯化钙能很快反应生成硅酸盐的原理。后来发展了有机化学注浆材料，由于其凝结缓慢，所以有很好的穿透能力，但是由于生态环境问题，使用有机化学材料在很多国家遭到反对。最近许多溶液型材料和合成树脂如丙烯酸盐溶液、环氧树脂和聚氨酯等都已成为市场供应的产品。

1．1超细水泥的应用

超细水泥简称MC，是极细水泥颗粒材料组成的无机灌浆材料。浆液对地下水无污染，具有极好的渗入性，结石的耐久性很好。可单液灌注，用于坝基固结灌浆，也可与硅酸纳混合，双液灌注，作为隧洞防水和土体稳定之用。

“七五”期间，我国研制的超细水泥的平均粒径为4um，比表面已大于8000cm2／s，用它可以灌注0.06mm的岩石裂隙，其成分与普通水泥接近，纯浆凝固体抗压强度比普通水泥高20％，浆液黏度远小于水泥浆，析水率大，稳定性好，渗入能力与脲醛树脂和木质素相当，并与AC-400(低毒丙烯酰胺)接近，可渗入K＝10-3cm／s的淤泥。

新安江坝基破碎节理中的充填物泥化漏水，开始采用525#硅酸盐早强水泥进行固结灌浆，细度80um筛余量平均6.4％。灌前压水试验大部分结果小于1Lu，所以补强灌浆中出现了浆液不稳定，吸水不吸浆的现象。补强灌浆后期，1988年开始采用多种超细水泥灌浆，改进了施工工艺，较大地提高了可灌性和胶结强度，取得了明显的效果。

五强溪坝基帷幕灌浆部分采用了湿磨水泥浆液，水泥颗粒度

1．2化灌材料的应用

当坝基存在断层破碎带，节理密集带时，在进行了水泥灌浆后，根据需要，有时还要进行化学灌浆。国内外水电工程常用的化学灌浆材料有聚氨酯类、丙烯酰胺类、木质素类和水玻璃类等，坝基灌浆中常以前三种为主。

1．2．1聚氨酯类

聚氨酯类有水溶性、非水溶性及弹性聚氨酯。常用的水溶性聚氨酯有HW和LW两种。HW由氨酚脂、环氧乙烷及甘露醇聚醚603#或604#聚合而成，主要性能是强度较高、弹性差、黏度较低、可灌性较好。LW是由异氰酸脂、环氧乙烷及环氧丙烷聚合而成，具有较大的弹性及遇水膨胀的特性，但黏度较大。以上两种材料遇水发生化学反应，乳化成不溶于水的聚合物，达到防渗堵漏和固结的目的。

1．2．2丙烯酰胺

丙烯酰胺又名丙凝，美国名AM-9，日本名SS30R。其特点是黏度低、可灌性好、胶凝时间可以根据需要进行调节。20世纪60年代，我国从日本引进丙烯酰胺防渗堵漏灌浆材料，得到广泛应用。

1．2．3脲醛类

以尿素和甲醛缩合而成，故称脲醛，又称丙强，由脲醛树脂与丙烯酰胺及相应催化剂组成，兼备两种材料的性能，防渗性能好，强度较高。

1．2．4木质素类

亚硫酸盐低浆废液十胶凝剂重络酸钠配成浆液或络木质素浆液，黏度小，可灌性好，胶凝时间从数分钟至数十分钟，强度低，价格低廉。一般用于砂层基础加固。

1．2．5丙烯酸盐类

丙烯酸盐种类较多，性能差别较大，应按使用目的、环境条件恰当地选择品种。

1．2．6硅酸钠(水玻璃)类

硅酸钠(水玻璃，A-组分)水溶液可掺加无机盐速凝，或掺加有机溶剂(B-组分，如酯类)缓凝。硅酸钠的用途最广泛。但是，水玻璃浆液在碱性范围内胶凝，胶体中的碱(Na2O)长期在水中浸泡会产生脱落，造成对地下水质的碱性污染，在钠溶脱的同时，也会产生SiO2的溶脱，从而使强度降低，直接影响固结地基的稳定性。

2.外加剂

为了将液状或塑状浆液的化学或物理性质改变成所希望的特性而在拌和前或拌和期间加入浆液中的除水、细骨料和水泥以外的其他任一种材料，称外加剂。常用的外加剂如下：

2．1速凝剂。灌浆混合料里用得最广泛的速凝剂是氯化钙。一般，氯化钙的安全用量最大可高达水泥质量的2％。主要用在希望浆液早凝和早强的时候。在寒冷气候，使用氯化钙可使浆液在凝固期内冻结的可能性减小。缺点是这种速凝剂可能加重硫酸盐的腐蚀、碱与二氧化硅的反映，并且在浓度太高时起缓凝剂的作用。当浆液与钢材相接触时，不得采用，以免对钢材造成腐蚀。其他的速凝剂还有可溶解的碳酸盐、硅酸盐、三乙醇胺。颗粒状和片状的氧化钙如果先用一部分拌和水溶解之后再加入浆液中也能成功地予以应用。

2．2缓凝剂。用来消除不希望有的因高温灌注而产生的加速影响，并延长浆液的注入或灌注时间。当温度高于70℃时可能就要用到缓凝剂。最常用的是有机化合物，最好是木质素磺酸盐或羟基羧酸盐或这些外加剂的变种。

2．3减水剂。减水剂通过增加浆液的流动性而增加灌浆混合料的可泵送程度，通过减少浆液中的水含量而增加其强度但同时又维持其流动性，减少水含量还减少了硅酸盐水泥灌浆混合料的渗透系数和孔隙率。水剂所用的材料种类基本与缓凝剂相同。

2．4铝粉。有时在硅酸盐水泥浆中加铝粉，以便产生收缩补偿，即在浆液成塑性状态期间产生少量的或中等程度的受控膨胀。这种膨胀是水泥中的碱与铝发生化学反应的结果，它在浆液中产生少量的氢气。

2．5促流剂。灌浆混合料中的促流剂可防止浆液早硬，保持细颗粒成悬浮状态，并且在初凝之前产生受控膨胀。促流剂的组成可以包括几种成分，主要的成分通常是产气的添加剂、缓凝剂和弥散剂。

在灌浆中使用超细水泥和普通水泥的稳定浆液、采用较小的水灰比、使用适宜的较高压力是灌浆技术的发展方向。此外，超细水泥稳定浆液因其具可灌性好、成本低、无毒性等优点，有取代化学灌浆的趋势。■

参考文献

[1]王赫.水利工程技术分析[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[2]王宗昌.水利工程施工质量[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.