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化學灌漿技術的特殊性及其應用推介

發布時間：2014-08-09

　　提  要：化學灌漿由于其特殊的性能，在工程建設中運用的越來越廣泛，同時，由于人們對灌漿材料的環保性、耐久性等問題的疑慮，影響了領導部門和設計院的決策。為了推動化學灌漿的應用，本文從化學灌漿技術的特殊作用和效果，闡述了化學灌漿在特殊領域應用的必須性，通過對化學灌漿特性的解釋，力求澄清人們對化學灌漿的疑慮和誤解，以期促進化學灌漿的應用和發展。
關鍵詞：化學灌漿、防水、堵漏、加固、耐久性

1、化學灌漿的特殊性

1.1、      化學灌漿材料的通性

第一、良好的滲透性和擴散性：化學灌漿材料是由化學材料配制而成的真溶液，在使用的過程中，無顆粒，無沉降現象，此特殊性是其區別于水泥基顆粒性灌漿材料最顯著的特點，這種特性使其灌入地層或縫隙內時，具有更好的滲透性能和擴散性能。

第二、良好的可控性能：化學灌漿材料由化學材料配制而成，其膠凝特性、物理力學性能等特性可通過調整各組份的配比來調節，此特性比水泥基灌漿材料更容易控制，且更容易精確的調整；通過各組份的化學反應以及和其它材料的復合反應，凝膠時間長短可精確調整。

1.2、      化學灌漿材料的差異性

　　化學灌漿材料的差異性能主要是其固化特性不同及固化后的物理力學性能的不同，具體表現在抗壓強度高低的不同、粘接強度的不同、剛性材料與彈性材料的不同等，這些性能的差異，決定了在工程建設的不同場合，根據不同用途，應該選用不同的化學灌漿材料。

2、學灌漿材料的特殊的功能，使顆粒灌漿材料不易解決的工程問題得以輕易解決

　　在建筑工程中出現越來越多以前很少遇到或無法解決的問題，化工工業的發展，化學灌漿工藝的不斷成熟，使很多人們以前難以解決的問題能夠得以解決。例如基礎的補強，基坑支護的堵漏，地下室、堤壩的防滲堵漏，混凝土構件的補強加固等，均可采用化學灌漿的工藝，并可以取得很好的效果。

2.1、化學灌漿在加固領域的應用

2.1.1、化學灌漿在永久工程加固中的應用

　　采用灌漿方法進行工程加固是最普遍的手段，加固最常用的灌漿材料是水泥基灌漿材料，但是，由于水泥基材料屬顆粒性灌漿材料，因此，作為滲透性灌漿材料，只能應用于孔隙較大、裂隙較寬的場合，當可灌性達不到要求時，人們不得不采用一些物理方法來達到加固目的，包括劈裂灌漿、壓密灌漿、高壓噴射灌漿、深層攪拌等，雖然這些方法得到了廣泛的應用，并且取得了很好的加固效果，但是，由于施工工藝、施工設備的限制，加之水泥基灌漿材料的物理力學性能應用于某些加固工程時，達不到預期效果，化學灌漿的特殊性能和效果，決定了采用化學灌漿材料加固的必須性。

（1）、結構性混凝土裂縫的灌漿加固

　　混凝土裂縫隨處可見，是建筑物的主要病害之一。由于裂縫的存在，可能導致滲水、凍融、混凝土侵蝕、鋼筋銹蝕以及混凝土碳化等一系列問題，影響建筑物的耐久性甚至影響建筑物的正常使用，應及時進行修補、加固處理。處理混凝土裂縫最常用的方法是灌漿法，因為灌漿法與表面處理法具有根本的區別，前者是表里兼治的方法，而后者則是僅僅治表，沒有治里。所以，加固結構性混凝土裂縫時，首先應該選用灌漿法進行處理，然后再進行涂抹或碳纖維加固等其它表面處理的方法。采用灌漿法處理混凝土裂縫時，首先要求加固材料具有一定的強度，且對混凝土具有很好的粘接性能，而最關鍵的還是灌漿材料在裂隙中的滲透性能，而粘接性能和滲透性能是水泥基灌漿材料很難達到的，而環氧類和高強聚氨酯類化學灌漿材料，卻很容易的滿足所有要求，例如環氧類灌漿材料對混凝土的粘接強度大于混凝土的抗拉強度，并可以根據要求配制出和混凝土強度相當甚至更高抗壓強度的化學灌漿材料。因此，采用化學灌漿法進行結構混凝土加固成為必然的選擇，此種情況存在于水工建筑物、工業及民用建筑物等，具有普遍的代表性。

（2）、混凝土微細裂縫的加固處理：混凝土微細裂縫的存在，破壞了混凝土結構的完整性，影響混凝土的耐久性，此類需要處理的裂縫包括施工冷縫、施工結合縫，深度較深的、貫穿性的溫度縫、龜裂縫等，這些裂縫因為較窄，只有溶液性的化學灌漿材料才能夠滲透。最具代表性的是水工混凝土的施工冷縫，大多發生在早期大壩，貫穿于上下游，滲漏量雖小，但主要是冬季容易造成凍融破壞，此種裂縫，既使是溶液型的化學灌漿材料也要采用粘度極低的灌漿材料，在較高的壓力情況下，進行長時間的滲透灌漿，才能達到目的，而水泥類顆粒材料是根本無法灌入的，此類裂縫的防滲、加固，采用化學灌漿手段才是惟一的方法。

（3）、特殊地基問題的解決：細微裂隙及透水性較小的斷層破碎帶、泥化夾層等，采用水泥灌漿進行處理時，水泥漿“失水回濃”，達不到防滲標準和地基應有的抗剪強度，但是，采用高壓化學灌漿，通過滲透、劈裂、擠密等共同作用，防滲加固效果良好，采用化學灌漿方法，解決特殊地基問題，已經在國內外多個工程中得到應用。

2.1.2、化學灌漿在臨時工程加固中的應用

　　化學灌漿在臨時加固工程中的應用主要是地下工程的開挖、基坑開挖過程中的加固，通過對粉細砂地層、砂層的固結，提高地層的支護能力，較噴射灌漿、深層攪拌等施工方法，具有施工簡便等特點，適用性強。例如，在地下開挖的過程中，采用水玻璃漿液進行預注漿加固處理，即可達到支護要求，又由于固結強度不高，有利于工程的開挖，比水泥基高壓噴射灌漿、深層攪拌形成的固結體，優越性能顯而易見；又如，在基坑支護開挖的過程中，發生涌砂、涌水現象，采用化學灌漿法進行處理，已經在很多的工程實例中獲得成功，這同樣要歸結到化學灌漿材料良好的滲透性及可控制性。
2.2、化學灌漿在防水、堵漏領域的應用

2.2.1、細微裂隙的滲漏處理、混凝土微細裂縫的滲漏處理

　　在細微裂隙及透水性較小的斷層破碎帶、泥化夾層等的處理過程中，水泥漿很難注入，達不到防滲標準，而采用丙凝、丙烯酸鹽、環氧樹脂等低粘度化學灌漿材料，則可以較好解決了類似的疑難問題。如壩基基礎、施工冷縫、隧道和地下巷道的滲漏等。

2.2.2、砂層、粉細砂層的防滲處理

　　由于特殊的地域條件，我國西南、西北等地區的許多待建或在建的工程位于深厚覆蓋層上，有些工程覆蓋層甚至深達幾百米，當覆蓋層很深而不便挖除或挖除很不經濟時，應采用灌漿法、防滲墻或類似于混凝土防滲墻的混凝土灌注排樁來進行處理。根據目前的施工工藝，100m以內的防滲，可以通過防滲墻進行有效的解決，而超過100m的覆蓋層，從經濟角度考慮，采用灌漿法是目前比較可行的防滲手段。覆蓋層灌漿最常用的漿材是顆粒性水泥粘土漿，對砂層、粉細砂層是無法灌進的，當此種地層很深時，采用高壓噴射灌漿或深層攪拌等工藝也無法完成，采用化學灌漿，就成為此種地層防滲處理的有效手段。例如，下坂地水利樞紐工程，冰磧層厚度80～148m,巖性復雜，結構松散，有大孤石及塊石架空現象，并含有易液化的透鏡體夾砂層。通過試驗證明，存在的砂層透鏡體、細砂夾塊石地層的鉆灌施工，平均單位干料注入量僅10~120Kg/m。為此采用了適當加大灌漿壓力的方法進行灌漿。邊排I 序孔灌漿壓力由原設計1.5Mpa，提高到2.0~2.5Mpa，最高提升到3.0MPa，平均單位干料注入量增大到120~1060Kg/m，但是仍遠遠小于其它地層的注入量，且由于采用的是全孔灌漿，也存在其它位置劈裂的可能性。實際上，對密實砂層的顆粒性材料灌漿，只不過是一種劈裂、壓密的過程，很難形成完全的防滲體，要徹底防止此種砂層的滲漏，采用溶液性的化學灌漿，才是解決此類問題的根本辦法。

2.2.3、變形縫、伸縮縫滲漏的處理

　　對于混凝土活縫和工程伸縮縫止水、變形縫破壞的修補，需要具有彈性的材料，通常采用錨固橡膠板或灌注彈性密封材料的方法，由于水泥基的灌漿材料不具有伸縮縫應有的彈性，所以，不應應用于此類缺陷的修補，但是，采用具有優異變形能力的丙凝、丙烯酸鹽、水溶性聚氨酯、彈性環氧灌漿材料，較采用錨固的方法，具有施工方便，有效等優點，應該優先考慮。

2.2.4、大漏量、高流速水流防滲堵漏處理

　　對于大漏量、高流速水流的滲漏封堵，需要凝膠快的堵漏材料，采用水泥水玻璃雙液灌漿、丙烯酸鹽水泥雙液灌漿，凝膠時間可調節到短短幾秒，并具有一定強度，能抵御一定水流的沖擊，并可控制灌漿的范圍，在達到堵漏目的的同時，節省很多的灌漿材料和時間。

3、化學灌漿的缺陷

　　化學灌漿與水泥灌漿相比，其缺點包括：施工不便，需要較多的輔助材料及設備、需要較專業的施工人員、造價高、耐久性差、有一定毒性及對環境有一定影響等。這些問題，隨著化學工業的進步，灌漿技術的提高，正在逐步得以改善和解決。例如，相繼開發出的低毒性環氧漿材、取代丙凝的低毒丙烯酸鹽漿材等。但是，有時人們會因某些材料的毒性、某些工程的失敗，而否定化學灌漿技術，產生片面的甚至錯誤的結論，從而對化學灌漿產生誤解。

4、影響化學灌漿進一步推廣的因素

4.1、化學灌漿材料的毒性及對環境的影響

　　長期以來，人們接觸到的無機材料大多無味、易清理，由于多數化學灌漿材料存在刺激性的氣味，粘在身上，又不容易清除，因此，平時對化學材料不太了解的人們，在聽到化學物質泄漏引起傷人事件，化學武器的威力無等消息時，通常會聯想到，化學的東西肯定有毒，因此，對化學的東西會產生恐懼心理。殊不知，我們現在已經生活在化學品世界中，想一想我們吃的食品、喝的飲料中含有化學添加劑，我們用的塑料制品等等，很多都是由化工材料合成的。同樣化學灌漿材料中，環氧類材料，已經大量應用于與飲用水有關的玻璃鋼內襯儲水池，聚氨酯類生產的海綿制品，與人們也早就親密接觸，最有代表意義的是“丙烯酰胺”（丙凝）制品在注射式豐胸上的應用實例。目前在注射式豐胸手術中被廣泛使用的材料是“聚丙烯酰胺水凝膠”。人們在評價此種材料時說：這是一種由碳、氫、氧、氮四種元素組成的合成物，其形態穩定，不會被人體直接吸收，術后乳房終生不變形，不萎縮，不老化，對人體無毒副作用。它首先在歐美發達國家流行開后，迅速傳入我國，目前已獲得包括我國在內的多個國家發明專利。其代表產品，進口為烏克蘭生產的“英捷爾法勒”，國產為吉林富華生產的“奧美定”。針對聚丙烯酰胺凝膠產品在使用中出現的問題，國家藥品監督管理局開展了多方面調研，多次組織有關專家進行論證，沒有發現產生毒副作用，產生的不良反應，可能的原因是手術技術問題，為此，國家藥品監督管理局特發出緊急通知：自２００３年１月１日起，注射式豐乳材料——親水性聚丙烯酰胺凝膠，將只限在具有整形外科手術條件的三甲以上醫院使用。從這個實例，加之我們已經廣泛應用的環氧類、聚氨酯類等高分子聚合物聚合后是無毒的，并且，性能是非常穩定的，也就是說，聚合后的聚合物對環境沒有影響。而我們所要做的，就是要在聚合物聚合前減少聚合物單體的擴散，同時在使用中，避免和有毒單體的直接接觸，此外正確認識化學品的毒性也很重要。拿我們目前認為最毒的化學灌漿材料“丙凝”來說，“丙凝”的主要原料是丙烯酰胺，是生產聚丙烯酰胺的原料，動物試驗證明丙烯酰胺具有致癌作用。2002年4月，瑞典科學家發現某些食品經高溫烹制后，其丙烯酰胺含量有所增加。增加幅度最大的是淀粉類食品，如土豆和谷類。這一發現引起大家的廣泛重視。世界衛生組織（WHO）和美國食品藥物管理局都呼吁科學界繼續擴大并深入對丙烯酰胺的研究，包括丙烯酰胺在食品中形成的原因、對人體健康的影響、及降低食品中丙烯酰胺的方法。目前比較認可的結論是：“丙毒”毒性確定，致癌作用不明。丙烯酰胺的化學毒性是肯定的，它有中度毒性，人接觸多了肯定是要中毒的，其標準為：每天每人暴露量不能超過每公斤體重0.5微克(相當于1克丙烯酰胺均分給4萬個體重都為50公斤的人)，否則就有可能引起中毒。老鼠的致死量是每公斤0.7克。人中毒的癥狀是紅斑、脫皮、眩暈、四肢無力、神經損傷。2002年，WHO就曾公布，針對油炸薯條、薄脆餅、烤豬肉與水果甜點上的棕色脆皮以及大量油煎油炸快餐食品所進行的化驗表明，有的食品“丙毒”含量超標400倍，這標準指的就是化學中毒標準，建議停止食用烹炸的淀粉食品，而實際上我們又有多少人去采納這一建議呢。再想一想生產毒藥企業的工人，使用農藥的農民兄弟，化學工作者等等，化學灌漿所接觸的毒性就不算問題了，而我們所要做得就是使用過程中的防護及使用過程中保證聚合物單體完全固化，以及開發、使用低毒、無毒的化學灌漿材料，將化學灌漿的毒害進一步的降低。

4.2、化學灌漿材料的耐久性

　　化學灌漿的耐久性也是影響人們廣泛應用的一個因素，人們總覺得化學材料沒有混凝土材料耐久、可靠，可是，當我們痛恨白色污染，抱怨它們若被填埋，將直接占用土地；1000年內難以降解，影響土質結構；若被焚燒，會產生有害氣體，污染大氣時，就會對化學材料的耐久性有更加客觀的認識了。對化學材料來說，老化也是一種正常的化學反應，即以弱鍵開始的化學反應（例如氧化反應）為起點，引起一系列復雜的反應。老化的結果是高分子材料結構發生變化以及相對分子量下降，最終導致材料性能減退以至無法使用。這種反應可由許多因素引起，例如：熱、紫外光、機械應力、高能輻射，以及一些氣候因素如潮濕、雨、臭氧，環境酸堿度、微生物等的作用。其中影響最大的因素是紫外線照射，因此，人們在使用化學材料時，一般都加裝了表面防護層，以防止紫外線照射引起的破壞。化學灌漿材料大多為高分子化學材料，是應用于地下或混凝土裂縫中，通過巖石或混凝土與外界隔離，因此，減少了外界不利條件對其耐久性的影響；再者，我們采用的環氧樹脂、聚氨酯類高分子材料，屬化學結構穩定的高分子材料，具有優異的耐久性能，因此耐久性不應成為化學灌漿應用的不利因素。

5、結語

　　化學灌漿由于其特殊的性能，能更好地解決建筑物復雜地基的防滲、堵漏及補強加固等方面的難題。當采用常規方法難以處理或處理代價很大時，對存在特殊問題及結構有特殊要求的地基和建筑物進行防滲、堵漏、補強加固時，建設部門及工程設計人員應考慮采用化學灌漿方法。但是，化學灌漿技術沒有對各類特殊的地基問題形成相對完善的灌漿材料配方及相對統一的灌漿工藝，也阻礙了化學灌漿在各領域的普及。隨著《化學灌漿規范》及《混凝土裂縫環氧樹脂注漿漿材》行業標準制定，化灌設備儀器的系列化、成套化、標準化的開發，以及滲透性強、可注性好、無污染、固結體強度較高、凝膠時間易于控制、價格便宜和施工方便等綜合性能指標高，成本較低的綠色新型灌漿材料開發，化學灌漿技術發展與應用前途必將一片光明。

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