無(wú)機(jī)系列注漿材料與有機(jī)系列注漿材料

1、第二章 注漿材料 第一節(jié) 概況 第二節(jié) 無(wú)機(jī)系列注漿材料 第三節(jié) 有機(jī)系列注漿材料 第四節(jié) 注漿材料的性能及 其測(cè)試方法第一節(jié) 概況 一、注漿材料及特點(diǎn) （一）注漿材料 以改良地基為目的，在地基中注入的材料稱(chēng)為注稱(chēng)材料。注漿過(guò)程中發(fā)生由液相到固相再轉(zhuǎn)變成結(jié)石體的結(jié)果，因此，凡是一種液體在一定條件下可以變成固體的物質(zhì)，一般來(lái)講都可以當(dāng)作注漿材料。注漿材料的組成1。原材料 原材料包括主劑和助劑，助劑可根據(jù)它在漿液中的作用，分為固化劑，催化劑，速凝劑、緩凝劑和懸浮劑等。 2。漿液 它是原材料用水或其他溶劑混合后所配制的液體，也是注漿時(shí)所用的材料。 3。結(jié)石體 它是漿液經(jīng)過(guò)一定的化學(xué)或物理反應(yīng)之后形成

2、的固體，用一充填、堵塞地層中的裂隙或孔隙，達(dá)到堵水或加固有目的。 原材料變?yōu)榻Y(jié)石體的過(guò)程原材料漿液結(jié)石體溶劑（二）對(duì)注漿材料的一般要求（1）漿液粘度低、流動(dòng)性好、可注性好，能夠進(jìn)入細(xì)小 隙縫和粉細(xì)砂層；（2）漿液凝固時(shí)間能夠在幾秒至幾小時(shí)內(nèi)任意調(diào)節(jié)，并 能準(zhǔn)確地控制；（3）漿液的穩(wěn)定性好，常溫、常壓下較長(zhǎng)時(shí)間存放不改 變其基本性質(zhì)，不發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)；（4）漿液無(wú)毒、無(wú)臭，不污染環(huán)境，對(duì)人體無(wú)害，屬非 易燃、易爆物品；（5）漿液對(duì)注漿設(shè)備、管路、混凝土建筑物及橡膠制品 無(wú)腐蝕性，并且容易清洗；（二）對(duì)注漿材料的一般要求（6）漿液固化時(shí)，無(wú)收縮現(xiàn)象，固化后有一定粘結(jié) 性，能牢固地與巖石、混凝土

3、及砂子等粘結(jié) 。（7）漿液結(jié)石率高，結(jié)石體有一定的抗壓強(qiáng)度和抗 拉強(qiáng)度，不龜裂，抗?jié)B性好。（8）結(jié)石體耐老化性能好，能長(zhǎng)期耐酸、堿、鹽、 生物細(xì)菌等腐蝕，并且不受溫度、濕度的影響； （9）注漿材料的粒度越細(xì)，注漿效果越好，但 漿液成本也就越高；（10）漿液配制方便，操作容易 掌握，原材料來(lái) 源豐富，價(jià)格便宜，能夠大規(guī)模使用。二、注漿材料的分類(lèi) 1。按狀態(tài)可分為真溶液、懸浮液和乳化液；2。按工藝性質(zhì)可分單漿液和雙漿液；3。按顆粒分粒狀漿液和化學(xué)漿液；4。按主劑性質(zhì)分無(wú)機(jī)系列和有機(jī)系列。按主劑性質(zhì)分無(wú)機(jī)系列和有機(jī)系列 單液水泥類(lèi)漿液 水泥粘土類(lèi)漿液 無(wú)機(jī)系列 可控域粘土固化漿液 水泥水玻璃類(lèi)漿液

4、水玻璃類(lèi)漿液注漿材料 丙稀酰胺類(lèi)漿液 質(zhì)素類(lèi)漿液 有機(jī)系列 脲醛樹(shù)酯類(lèi)漿液 聚氨酯類(lèi)漿液 其他有機(jī)類(lèi)漿液第二節(jié) 無(wú)機(jī)系列注漿材料一、單液水泥類(lèi)漿液 以水泥為主包括添加一定量的附加劑，用水配制成漿液，采用單液方式注入，這樣的漿液稱(chēng)為單液水泥漿。所謂附加劑，系指水泥的速凝劑、早強(qiáng)劑、塑化劑、懸浮劑等。（一）水泥漿的基本性能 1純水泥漿的基本性能 純水泥漿是指不包括附加劑，只有水泥和水調(diào)制而成的漿液。 從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著水灰比的增大，水泥漿的粘度、密度、結(jié)石率、抗壓強(qiáng)度等都有十分明顯的降低，初凝、終凝進(jìn)間逐漸延長(zhǎng)。 2單液水泥漿的中附加劑的作用 1）水泥的速凝劑 能夠縮短水泥凝固時(shí)間的化學(xué)藥劑

5、。在一般情況下，單液水泥漿還是采用古老的辦法，即是在水泥漿中加入占水泥重量5%以下氯化鈣或占水泥重量3%以下的水玻璃，其性能如表所示：2）水泥的速凝早強(qiáng)劑 為了控制水泥漿的擴(kuò)散范圍，縮短注漿工程的時(shí)間和提高注漿堵水效果，加入速凝早強(qiáng)劑起到很好的效果。一般水泥的速凝早強(qiáng)劑是復(fù)合附加劑 。2單液水泥漿的中附加劑的作用3）水泥的分散劑和懸浮劑 因單液水泥漿易沉淀析水，為了使水的泥顆粒能較長(zhǎng)時(shí)間懸浮于水中，就需要加入懸浮劑。為了降低水泥漿的粘度，提高漿液的流動(dòng)性，增加漿液的可注性，往往加入分散劑。4）水泥的基他附加劑 往往在水泥漿中加入其他的一些附加劑，如緩凝劑、流動(dòng)劑、加氣劑、膨脹劑、防析水劑等。（

6、二）單液水泥漿的配制 配制水泥漿時(shí)，力求加料嚴(yán)格準(zhǔn)確，順序一定要在加水后，在攪拌的情況下方能加入水泥，以免攪拌機(jī)卡住，待攪拌均勻后，再加入附加劑。（三）單液水泥漿的特點(diǎn) 1）水泥用為注漿材料，來(lái)源豐富，價(jià)格低廉 2）漿液結(jié)石體強(qiáng)度高，抗?jié)B性能好； 3）采用單液方式注入，工藝及設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便； 4）由于水泥是顆粒材料，可注性差，難以注入中細(xì) 粉砂層及裂隙巖層； 5）水泥漿液初、終凝時(shí)間長(zhǎng)，不能準(zhǔn)確控制，容易 流失，結(jié)石率低。二、水泥粘土類(lèi)漿液 在單液水泥漿液中，加入一定量的粘土，粘土的加入量有時(shí)比水泥的量還多，稱(chēng)為水泥粘土類(lèi)漿液。1。水泥粘土類(lèi)漿液的配制 配制水泥粘土類(lèi)漿液時(shí)，其攪拌時(shí)間不應(yīng)

7、該超過(guò)半小時(shí)，如果再延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，會(huì)使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降，塑性強(qiáng)度降低。 2。水泥粘土類(lèi)漿液的特點(diǎn) （1）水泥粘土類(lèi)漿液較單液水泥漿液成本低， 流動(dòng)性好，抗?jié)B性強(qiáng)，結(jié)石率高；（2）水泥粘土類(lèi)漿液其抗壓強(qiáng)度因配方不同 有所差異，一般情況下為510MPa ,相 比單液水泥漿有所下降，只適用于充填 注漿。（3）漿液材料來(lái)源豐富，價(jià)格低廉。（4）漿液無(wú)毒性，對(duì)地下水和環(huán)境無(wú)污染。三、可控域粘土固化漿液 可控域粘土固化漿液是以粘土為主劑加入一定量的添加固化劑而成的漿液，由于對(duì)粘土的要求低，一般都是就地取材，因此具有漿液成本低、應(yīng)用范圍大等特點(diǎn)。 可控域粘土固化漿液 的特點(diǎn)（1）漿液以粘土為主要成分，占80%8

8、5%，漿液 成本低，相當(dāng)于水泥漿液的1/3左右；（2）漿液具有高分散性和高可控流變性，且其結(jié) 石體不收縮，困而，漿液可輕易地滲入巖石 功土層的細(xì)微裂隙孔隙中，加上其結(jié)石不收 縮，堵水率可達(dá)90%以上；（3）漿液可泵性好，擴(kuò)散半徑可控。（4）漿液具有抗水稀釋性、流變可控制等特點(diǎn)。（5）漿液結(jié)石本塑性強(qiáng)度高化學(xué)穩(wěn)定性好。四、水泥 -水玻璃類(lèi)漿液 稱(chēng)CS漿液，是以水泥和水玻璃為主劑，兩者按一定的比例采用雙液方式注入，必要時(shí)加入附加劑所形成的注漿材料。 （一）水泥 水玻璃漿液的性能 水泥 水玻璃漿液的性能一般注重漿液的凝膠時(shí)間和抗壓強(qiáng)度這兩種性能 凝膠時(shí)間和抗壓強(qiáng)度 1）凝膠時(shí)間是指水泥漿與水玻璃相混

9、合時(shí)起 至漿液不能流動(dòng)為止的這段時(shí)間，凝固時(shí) 間可以從幾秒種到幾十分鐘內(nèi)準(zhǔn)確控制， 影響因素有水泥品種、水泥漿濃度、水玻 璃濃度、水泥漿與水玻璃體積比及漿液濕 度等 2）抗壓強(qiáng)度 水泥水玻璃漿液結(jié)石體、抗壓 強(qiáng)度較高，強(qiáng)度較高，并且增長(zhǎng)速度很快， 影響水泥水玻璃漿液的抗壓強(qiáng)度因素主 要有水泥漿濃度、水玻璃濃度、水泥漿與 水玻璃體積比等。 水泥品種對(duì)凝膠時(shí)間的影響水玻璃濃度對(duì)凝膠時(shí)間的影響溫度對(duì)凝膠時(shí)間的影響（二）水泥水玻璃漿液的特點(diǎn) （1）漿液可控性好，凝膠時(shí)間可準(zhǔn)確控制在幾秒 至幾十分鐘的范圍內(nèi)；（2）漿液結(jié)石體強(qiáng)度高，可達(dá)10.020.2MPa；（3）漿液的結(jié)石率高，可達(dá)100%；（4）結(jié)

10、石的滲透系數(shù)小，為10-3cm/s；（5）該漿液適宜于0.2mm以上的裂隙。（6）材料來(lái)源豐富，價(jià)格便宜；五、水玻璃類(lèi)漿液 水玻璃類(lèi)漿液是指水玻璃在固化劑作用下產(chǎn)生凝膠的一種注漿材料。 水玻璃類(lèi)漿液有很多種 ：（一）水玻璃氯化鈣漿液 水玻璃與氯化鈣兩種液體在地下土壤中相遇，立即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成二氧化硅膠體，交將土包圍起來(lái)凝成整體，不僅起到防滲作用，更主要的起到加固作用。 水玻璃類(lèi)漿液水玻璃類(lèi)漿液五、水玻璃類(lèi)漿液 （二）水玻璃鋁酸鈉漿液 水玻璃與鋁酸鈉反應(yīng)，生成凝膠物質(zhì)硅膠及硅酸鋁鹽，膠結(jié)砂和土壤，起到加固和堵水作用。 （三）水玻璃硅氟酸漿液 水玻璃和硅氟酸兩種藥液一經(jīng)相遇便產(chǎn)生絮狀覺(jué)淀物，在

11、性能上是一種比較好的水玻璃漿液。（四）其他類(lèi)水玻璃漿液 （1）水玻璃磷酸類(lèi)（2）水玻璃草酸硫酸鋁類(lèi)（3）水玻璃二氧化碳類(lèi)（4）水玻璃有機(jī)膠凝劑類(lèi) 第三節(jié) 有機(jī)系列注漿材料一、丙烯酰胺類(lèi)漿液 丙烯酰胺類(lèi)漿液（簡(jiǎn)稱(chēng)丙凝漿液），是以有機(jī)化合物丙烯酰胺為主劑，配合其他交聯(lián)劑、促進(jìn)劑和引發(fā)劑等材料而制成的液體，其以水溶液狀態(tài)注入地層，在地層中發(fā)生聚合反應(yīng)而形成具有彈性、不溶于水的聚合體。 （一）丙烯酰胺類(lèi)漿液的性能 丙烯酰胺類(lèi)漿液要求雙液系統(tǒng)注入，主劑、交聯(lián)劑、還原劑（或強(qiáng)還原劑）及緩凝聚劑溶解在水中單獨(dú)存放，簡(jiǎn)稱(chēng)甲液；氧化劑也溶解在水中單獨(dú)存放簡(jiǎn)稱(chēng)乙液。 性能主要是指其凝膠時(shí)間和抗壓強(qiáng)度，而它的抗壓強(qiáng)

12、度一般來(lái)講是比較低的，凝膠時(shí)間則可以控制在幾秒到幾個(gè)小時(shí)之間，影響凝膠時(shí)間的有：溫度、硫酸亞鐵、pH值、鐵氰化鉀及水中離子等影響因素。 溫度對(duì)凝膠時(shí)間的影響硫酸亞鐵對(duì)凝膠時(shí)間的影響（二）丙烯酰胺類(lèi)漿液的特點(diǎn) （1）漿液粘度?。?）凝膠時(shí)間可以準(zhǔn)確地控制在幾秒 至幾十分鐘的范圍內(nèi)（3）凝膠體抗?jié)B性能好，滲透系數(shù)為 10-910-10cm/s（4）凝膠體抗壓強(qiáng)度低二、木質(zhì)素類(lèi)漿液 木質(zhì)素類(lèi)漿液是以紙漿廢液為主劑，加入一定量的固化劑所組成的漿液 。目前木質(zhì)素類(lèi)漿液包括：1。鉻木質(zhì)素漿液2。硫木質(zhì)素漿液板 鉻木質(zhì)素漿液 鉻木質(zhì)素漿液是一種雙液系統(tǒng)注入的注漿材料，漿液由三部分組成，甲液是亞硫酸鈣紙漿廢液

13、（簡(jiǎn)稱(chēng)廢液），乙液包括固化劑和促進(jìn)劑，固化劑目前國(guó)內(nèi)外均采用重鉻酸鈉，促進(jìn)劑有三氯化鐵、硫酸鋁、硫酸銅、氯化侗等。鉻木質(zhì)素漿液根據(jù)促進(jìn)劑不同可分為： （1）紙漿廢液重鉻酸鈉漿液（2）紙漿廢液三氯化鐵重鉻酸鈉漿液（3）紙漿廢液鋁鹽及銅鹽重鉻酸鈉漿液（4）硼砂鉻木質(zhì)素漿液鉻木質(zhì)素漿液的特點(diǎn)（1）漿液的粘度較小，可灌性好，滲透系數(shù)為 10-310-4cm/s的基礎(chǔ)均可適于灌漿。（2）防滲性能好，其滲透系數(shù)達(dá)10-710-8cm/s。（3）漿液的膠凝時(shí)間可在幾秒鐘至數(shù)十分鐘范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。（4）新老凝膠體之間的膠結(jié)較好，結(jié)石體的強(qiáng)度 達(dá)0.40.9MPa。（5）原材料來(lái)原廣，價(jià)格低廉。（二）硫木質(zhì)素漿液

14、由于重鉻酸鈉是一種劇毒藥品，以過(guò)硫酸銨完全代替重鉻酸鈉，成為無(wú)毒的硫木質(zhì)素漿液。硫木質(zhì)素漿液的特點(diǎn) ：（1）漿液粘度與鉻木質(zhì)素相似，可灌性能好。（2）膠凝時(shí)間隨漿液中木質(zhì)素、氯化鐵等含量的增 加而縮短，一般可在幾十秒至幾十分鐘之間控制。（3）凝膠體不溶于水、酸及堿溶液中，化學(xué)性能較穩(wěn)定。（4）結(jié)石體搞壓強(qiáng)度在0.5MPa。三、脲醛樹(shù)脂類(lèi)漿液 脲醛樹(shù)脂是由脲素和甲醛縮合而成的一種高分子聚合物，固化前是一種水溶性樹(shù)脂，用水配制成水溶液，這種溶液在酸性條件下，在常溫、常壓下就能迅速固化，并且具有一定的強(qiáng)度，因此，它可作為漿材料使用。脲醛樹(shù)脂類(lèi)漿液根據(jù)工藝可分為三類(lèi)：（1）脲醛樹(shù)脂漿液 （2）脲素甲醛

15、漿液 （3）改性脲醛樹(shù)指漿液 （1）脲醛樹(shù)脂漿液 市售固體含量為55%左右的脲醛樹(shù)脂為主劑，注漿時(shí)加水稀釋至40%，然后加入酸或強(qiáng)酸弱堿鹽作固化劑，該漿液的特點(diǎn)：材料嚴(yán)源豐富，價(jià)格便宜；漿液結(jié)石體的強(qiáng)度較高，達(dá)40890MPa，但較脆；漿液粘度較大，并且在酸性條件下，對(duì)設(shè)備有腐蝕性;凝膠體抗?jié)B性差。（2）脲素甲醛漿液 直接用脲素和甲醛作注漿材料的甲液，固化劑作乙液的一種漿液，脲素甲醛漿液有以下特點(diǎn)： 漿液的流動(dòng)性好，粘度低； 解決了漿液長(zhǎng)期存放的問(wèn)題； 材料來(lái)源廣泛，成本下降。（3）改性脲醛樹(shù)指漿液 質(zhì)脆易碎，抗?jié)B性差，與巖石膠結(jié)力不強(qiáng)，并有收縮現(xiàn)象，有效期短等，脲醛樹(shù)脂生產(chǎn)過(guò)程中，加入一種或

16、幾種能參與反應(yīng)的化合物或在脲醛樹(shù)脂漿液中加入另一種漿材料混合使用，以取長(zhǎng)補(bǔ)短，改性脲醛樹(shù)脂的特點(diǎn)是：漿液結(jié)石體可度大，膠結(jié)力強(qiáng)，固砂強(qiáng)度可達(dá)10.0MPa；漿液粘度低，為25MPaS；漿液凝脫貧時(shí)間可控范圍寬；凝膠及春固砂體耐久性好，可抗5%濃度的強(qiáng)酸、強(qiáng) 堿和鹽的腐蝕；材料來(lái)源豐富，成本較低。四、聚氯酯類(lèi)漿液 聚氯酯類(lèi)漿淮是一種防滲堵漏能力較強(qiáng)、固結(jié)強(qiáng)度高的注漿材料，漿液中含有未反應(yīng)的異氰酸基團(tuán)，遇水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，交聯(lián)生成不溶于水的聚全體，因此能達(dá)到防滲、堵漏和固的目的。 聚氨酯類(lèi)漿液可分為:水溶性和非水溶性漿液兩大類(lèi)，非水溶性漿液 非水溶性聚氨酯是由多異氰酸酯和多羥基化合物聚合而成。當(dāng)該漿

17、液制備時(shí)可分為“一步法”和“二步法”兩種。 “一步法”就是在灌漿時(shí)，將主劑的組成分和外加劑直接一次混合成漿液。 “二步法”又稱(chēng)預(yù)聚法，是把主劑先合成為聚氨酯的低聚物（預(yù)聚體），然后再把預(yù)聚體和外加劑按需要配成漿液，這樣可以緩和反應(yīng)，減少放熱，便于控制膠凝時(shí)間。非水溶性漿液的特點(diǎn) （1）漿液是非水溶液性的，遇水開(kāi)始反應(yīng)，因此 不易被地下水沖稀或沖失；（2）漿液遇水反應(yīng)時(shí)民泡膨脹，進(jìn)行二次滲透， 擴(kuò)散均勻，注漿交果好；（3）結(jié)石體抗壓強(qiáng)度高；（4）采用單液系統(tǒng)注漿，工藝設(shè)備簡(jiǎn)單。 水溶性聚氨酯漿液 水溶性聚氨酯漿液由預(yù)聚體和其他外加劑所組成。預(yù)聚體體也是由聚醚樹(shù)脂和多異氰酸酯反應(yīng)而成，外加劑與非水

18、溶性聚氨酯所用的基本相同。該漿液的特點(diǎn)：（1）漿液能均勻地分散或溶解在大量水中，凝膠后形 成包有水的彈性體；（2）結(jié)石體的抗?jié)B性能好，一般在10-610-8cm/s之間；（3）漿液的凝膠時(shí)間同經(jīng)根據(jù)催化劑或緩凝劑的用量 在數(shù)秒到數(shù)十分鐘之間調(diào)節(jié)。五、其他有機(jī)類(lèi)漿液 （一）糠醛樹(shù)脂漿液糠醛樹(shù)脂漿液的特點(diǎn)：（1）糠醛是非水溶性油式液體，微溶于水，加表面活性 劑便產(chǎn)生穩(wěn)定的乳濁液，在酸性催化劑作用下，與 脲發(fā)生反應(yīng)生成數(shù)脂狀固體。（2）漿液粘度低，可注性好；（3）漿液原材料來(lái)源豐富，價(jià)格便宜；（4）漿液固化時(shí)間長(zhǎng)，不能準(zhǔn)確控制，是一個(gè)很大的缺 點(diǎn)；（5）糠醛有刺激性氣味。（二）環(huán)氧權(quán)脂漿液 環(huán)氧樹(shù)脂

19、漿液的特點(diǎn)：（1）漿液粘結(jié)力強(qiáng)，其結(jié)石體強(qiáng)度高，收縮??；（2）漿液可在室溫固化，其化學(xué)穩(wěn)定性好；（3）漿液的缺點(diǎn)主要是粘度偏大，固化時(shí)間長(zhǎng)。（三）丙烯酸鹽漿液 丙烯酸鹽漿液的特點(diǎn)：（1）漿液的粘度底，可注性好（2）漿液的凝膠時(shí)間可控制在幾秒到幾個(gè)小時(shí)的范圍內(nèi)。（3）漿液化學(xué)穩(wěn)定性好（四）甲凝漿液甲凝漿液的特點(diǎn) (1) 漿液粘度低，可注性好；（2）漿液固化后，其結(jié)石體抗壓強(qiáng)度及抗拉 強(qiáng)度高；（3）該漿液有水的條件下難以聚合，粘結(jié)力 大大下降，所以適用于混凝土干細(xì)裂縫 的補(bǔ)強(qiáng)注漿。第四節(jié) 注漿材料的性能及其測(cè)試方法一、密度與相對(duì)密度 漿液或聚合體的密度是指單位體積的漿液或聚合體所具有的質(zhì)量，密度的

20、單位是g/cm3，計(jì)算公式如下： =W/V式中： 為密度（g/cm3）； W為物體質(zhì)量（g）； V為物體體積（cm3）一、密度與相對(duì)密度 相對(duì)密度是指漿液或聚合體在空氣中的質(zhì)量與同體積4。C的蒸餾水在空氣中的質(zhì)量之比值。密度與相對(duì)密度的關(guān)系： 式中： 為漿液或聚合體在t。C的密度， r為漿液或聚合體在t。C的相對(duì)密度； 為水在4。C時(shí)的密度。水 rtt水二、粘度 粘度是度量流體粘滯性大小的物理量，一般都是指所有組成混合后的初始粘度，粘度大小直接影響漿液的擴(kuò)散半徑，同時(shí)決定著注漿的壓力，流量等參數(shù)的確定，粘度越小，擴(kuò)散半徑越大，越有利于注漿。 三、PH值溶液的酸堿度常用PH 值表示。四、凝膠時(shí)間 凝膠時(shí)間一般是指從參加反應(yīng)的全部組分混合時(shí)起直到凝膠發(fā)生、漿液不再流動(dòng)為止的一段時(shí)間。由于漿液不同，其凝膠過(guò)程所發(fā)生的現(xiàn)象也不相同，不同的方法測(cè)定凝膠時(shí)間：（一