化学灌浆技术讲授提纲.doc

化学灌浆技术讲授提纲一、化学灌浆的含义化学灌浆是将化学材料配制成不含固体颗粒的浆液，用压浆设备将其灌入裂缝或孔隙中，使其扩散，通过化学反应形成凝胶或固体，以达到提高被灌体的防渗或承载能力的一种技术。二、为什么要搞化学灌浆1、防渗堵水工程的需要国际上一些学者的研究结论是：宽度超过0.0035mm(35)的裂缝就可能成为渗水通道，还有一份研究成果表明，水在0.007mm(7)宽的裂缝中仍会产生10-4cm/s的流速 。水泥灌浆的可灌性与裂缝的宽度存在如下关系 GR5时可以持续灌浆 GR2时灌浆不可能 GR=裂缝宽度/浆液(D95) 因此，国际上一些灌浆技术权威认为，对水泥浆而言，最小可灌裂缝宽度在0.10.5mm范围内。 我们也曾在丹江口施工期，与当时的设计代表组，地勘队作过大量的模拟试验，结论是裂缝宽度大于水泥颗粒35倍才有可灌性。 如果画一个图就不难理解。这些结论都是水泥灌浆不能堵塞细的渗水通道。化学灌浆是不含颗粒材料的真溶液，有的粘度与水差不多，水能通过的裂缝，它也能通过，我们可以人为地使它进入细的渗水通道后，发生化学反应，生成能阻止水通过的高分子凝胶或固体，以达到防渗读堵漏的目的。、补强的需要(1) 建筑物基础缺陷补强有的大型建筑物基础局部存在缺陷，如断层破碎带或细微裂缝发育，影响它的承载能力。水泥浆灌不进细微裂隙，不能完成补强的任务时,还需要化学灌浆.例如三峡F125断层,水泥灌浆只能将静弹模提高到12Gpa,化灌后静弹模提高到1418Gpa 表1 三峡F125灌浆前后平均钻孔弹模量值（Gpa）的变化测试工况灌浆前水泥灌浆后化学灌浆后孔号G1H2 H2J3平行断层走向1.812.716.018.9垂直断层走向3.412.314.318.8又如龙羊峡G4水泥灌浆后取不出完成的岩芯，化学灌浆后不仅取出了完成岩芯，而且固结的非常好。(2) 砼裂缝后补强50年代末，我国有许多水电站开工兴建，由于经验不足，砼施工质量控制不严，结果有的大坝砼出现上午千条裂缝，严重的破坏砼浇筑块的整体性,影响工程运行。 曾做了大量试验 试图用水泥灌浆补强，结果是细缝水泥浆灌不进去，大缝水泥浆能灌进去，但水泥浆凝固后生成的水泥结石与砼的粘度强度仅23Kg/cm2满足不了砼补强的要求。后来水电部组织力量研究用化学灌浆补强，不仅可以灌入细缝，现场取样粘接强度可达10Kg/cm2以上,有的配方可达20Kg/cm2以上。有的铁路桥梁产生了裂缝，火车通过时，变形很大，超过允许值。经化学灌浆补强后，变形恢复正常可以安全运行。有的行车梁裂缝了，不能运行。化学灌浆补强后能正常运行。总之,搞化学灌浆是因为工程需要,是因为化学灌浆可以完成一部分水泥灌浆不能完成的工程任务。三、化学灌浆的主要特点1、化学灌浆的浆液为不含固体颗粒的液体，其可灌性好。不像水泥浆液那样受其粒径大小的限制。2、凝胶时间可以控制。3、随着配合不同，化学灌浆浆液通过化学反应最后生成的产物可以是强度达800900Kg/cm2的固体，也可以是强度很低的凝胶，可以是弹模高达3410 Kg/cm2，也可以是弹模很低的弹性体。4、抗渗性好。5、随配方不同，有耐久性好的可以用于临时工程。6、相对于普通水泥而言，价格一般要贵几倍到几百倍。7、多数浆有不同程度的毒性。8、在灌浆工艺上可以采用单液，也可以采用双液，但都采用纯压式， 浆液不用循环。四 化学灌浆施工要点(一) 丙浠酸盐化灌帷幕的施工1 施工程序钻孔裂隙冲洗压水灌浆扫孔进行下一段钻灌或封孔。除灌浆外，其它都与水泥灌浆相同。2 丙烯酸盐化学灌浆浆液的组成和配制(1) 组成 表2组成部分原料名称含量重量百分数（）体积比甲液主剂丙烯酸盐（A）1053交联剂双丙烯酰胺（M）12促进剂三乙醇胺（TEA）12.5缓凝剂铁氰化钾（KFe）00.1溶剂水6355.4乙液引发剂过硫酸铵（AP）1.01.51溶剂水24.523.5注：丙烯酸盐的浓度一般用10；当灌注细微裂隙时用12；当灌注在涌水的孔段时用15。(2) 用量计算1）每1孔段需要准备的浆量（L）可按下式计算 V=V1+QTE （1）式中 V 每1 孔段需要准备的浆量（L） V1 钻孔和管路占浆量（L） Q 压水时孔段的压入流量（L/min） T 浆液的胶凝时间（min） E 与地层渗透系数和灌浆操作有关的系数，可先取E=1.3，然后根据实际情况修改。2）浆液胶凝时间的选择 浆液的胶凝时间应根据灌浆孔段的Q值来选择，二者最适合的相关值应根据现场灌浆试验确实，先可以参考下述标准选取择。 当Q5L/min时，胶凝时间采用5060min ; 当5L/minQ10L/min时，胶凝时间采用4050min ; 当Q10L/min时，胶凝时间采用2030min ;3) 每种原料需要量可按下式计算 A=VC1/CdM=VC2dTEA=VC3dAp=VC4d式中 A 所需主剂丙烯酸盐溶液用量（Kg） ;C1 浆液中丙烯酸盐的浓度（%） ;C 丙烯酸盐溶液的出厂浓度，一般为36 ；d 浆液的密度，其值为1.051.08g/ml ;M 交联剂NN次甲基双丙烯酰胺用量（Kg）；C2 浆液中交联剂的含量(%)；TEA 促进剂三乙醇胺的用量(Kg)；C3 浆液中促进剂的含量(%)；Ap 引发剂过硫酸胺的用量(Kg)；C4 浆液中引发剂的含量(%)；(3) 各种成份的称量误差不得大于3%。(4) 浆液配制程序 1) 先称取计算量的交联剂双丙烯酰胺用浆液体积35%的热水溶解成溶液，水温60-70为宜； 2) 称取计算量的丙烯酸盐溶液加入交联剂溶液中；3) 称取计算量的促进剂三乙醇胺加入交联剂溶液中，加水稀释至浆液体积的3/4，搅拌均匀。上述三种成份的混合液称为甲液；4）称取计算量的过硫酸铵放入另一容器中，加水溶解。并稀释至浆液体积的1/4，称为乙液； 5）称取5克或50克铁氰化钾放入量杯或量筒中，加水至500ml，使其溶解成1或10的铁氰化钾溶液倒入棕色瓶中备用。例如：某一孔段孔径60mm,段长5m，压水时压入流量Q=2L/min，有涌水，如何配制浆液？1）按上述（1）（5）式计算出浆量和各种成份的用量V2.835102601.3=187.4L按200L准备，则A=20015/361.0890kgM=20021.084.32kgTEA=2002.5%1.08=5.4kgAp=2001.51.08=3.24kg2) 将称取的交联剂双丙烯酰胺加70L热水，搅拌，使其完全溶解；3）将称取的丙烯酸盐溶液加入交联剂溶液；4）将称取的三乙醇胺加入交联剂溶液中；5）加水稀稀释至150L至搅拌均匀，称为甲液；6）将称取的过硫酸铵放入另一容器中，加水至50L搅拌，使其完全溶解，称为乙液；7）取60ml甲液，加20ml乙液，搅拌均匀后PH值应大于8，当溶液在1525范围内，应在3min内生成能维持固体形状、有弹性、不析水的凝胶。(5) 胶凝时间的调试为使浆液有较长的胶凝时间，可在甲液中添加缓凝剂铁氰化钾，胶凝时间随着铁氰化钾加量的增加而延长，延长的程度与温度等因素有关，因此须现场调试。取5-6个一次性塑料杯，在每个杯中分别加入1有的缓凝剂铁氰化钾溶液0.6、1.2、1.2、2.4、3.0、3.6（ml）。接着在每个杯中加入45ml甲液，搅拌均匀，最后再在每个杯中加入15ml乙液。搅拌均匀后记录时分，然后观测并记录每个杯子中的浆液失去流动性的时分。失去流动性的时分与开始时分之差为浆液的胶凝时间。上述试验结果分别为铁氰化钾加量为0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%的胶凝时间。最后根据需要的胶凝时间和浆量添加相应数量的铁氰化钾。每配一次浆液，必须检查一次不加缓凝剂的胶凝时间和凝胶的性质。甲液存放时间超公平24小时，也应进行同样的检查。乙液和铁氰化钾溶液易分解变质，应现配现用。3 丙烯酸盐化学灌浆的施工(1) 灌浆方式：采用纯压式。因此要求用可调速的灌浆泵；(2) 尽可能采用双液灌浆，节约浆液，有利于灌浆质量的提高。当没有双液灌浆设备时，也可将甲乙液分批混合进行单液灌浆；(3) 灌浆作业的时间相对较短，应避免中途中断影响灌浆效果。为此，灌浆前要做好充分的准备，检查管路、阻塞器、灌浆泵等设备是否可靠；(4) 各种成份的加量要准确，特别是缓凝剂的加量应有专人负责；(5) 灌前尽可能排出灌段内的积水，当以浆排水时，等回浆管出原浆时，才能关闭回浆管的伐门，减少水对浆液的稀释。(6) 当用双液灌浆设备时。事先应检查通过泵的配比是否正确，混合是否均匀；当用单液灌浆设备时，每次混合的浆液均应取样观测胶凝时间。如遇异常情况，应及时向有关部门反映，并采取相应措施；(7) 结束标准：一般情况下，灌浆应尽快达到设计压力，在设计压力下灌至连续3次读数0.11/min时即可结束；在下水流速较大时，应灌至浆液胶凝；(8) 后灌入的浆液胶凝1小时后，才可松开阻塞器，拔管，进行扫孔和下一段的钻进或用机械灌注水泥浆封孔。(二) 砼裂缝化学灌浆1 施工程序裂缝调查钻孔、布嘴缝面止漏效果检查灌浆灌浆效果缝面处理。2 裂缝调查调查裂缝产生和原因，缝的长度、宽度、深度，是否有水，是死缝还是活缝，是静态缝或动态缝。3 钻孔、布嘴(1) 一般裂缝灌浆，缝面都埋嘴，既可灌浆又可排水排气。嘴与嘴之间 的间距视缝的开度而定，一约3050cm，嘴子应埋在缝的开度相对较大的地方。嘴子最好是喇叭形，有利于增加进浆断面提高进浆速度，减少埋嘴失误。(2) 对于深度大于1m的裂缝，需布置斜孔，斜孔在缝的两侧交替布置。孔距视缝宽而定，一般12m。斜孔应使用孔内循式的阻塞器，以利排水排气。4 缝面止漏须能受灌浆压力，要保证在压力灌浆时，浆液不外漏，为达到此目的，途径是多方面的，目前常用的有二种办法。(1) 表面粘贴止水材料；(2) 凿槽嵌缝。5 止漏效果检查(1) 当缝内是干的，用压气检查；(2) 当缝内有水时，用压水检查；(3) 通过止漏效果检查，同时也检查灌浆是否埋牢，是否通畅，斜孔子与缝是否畅通。6 灌浆(1) 灌浆材料的选择 灌浆材料的选择决定于缝的性质和处理的目的。 A 当缝是死缝、静态缝，需要补强和防渗时，应选择固化后抗压强度高于砼标号一个等级，与砼的粘接强度大于或等于砼的抗拉强度的灌浆材料； B 当缝是死缝，静态缝，只需要防渗，可选择固化后遇水有膨胀性能的灌浆材料； C 当缝是活缝或动态缝需要补强和防渗时，除需选用A的灌浆材料外，在灌浆前还须进行锚固； D 当缝是活缝或动态缝，只需要防渗时应选用聚合后有弹性，遇水有膨胀性能的材料； E 当缝是细缝，应选用粘度低的灌浆材料； F 当缝中有水时，应选用不怕水或水对灌浆材料性能影响很小的材料。(2) 灌浆设备的选择 如果选择的材料可以配成双组份，最好选用双液灌浆设备。否则，则用单液灌浆设备。当用双液灌浆设备时，事先应检查通过泵的配比是否正确，混合是否均匀；当用单液灌浆设备时，每次混合的浆液各种成份的加量一定要准。(3) 灌浆时机的选择在一般情况下，应选择低温季节、缝的张开度最大时进行灌浆，以免裂缝重新拉开或出现新的裂缝。(4) 灌浆压力 在结构允许的范围内，以使用较大的压力为好，增加浆液的扩散范围和充填的密实性。(5) 灌浆顺序 1）深层缝由里到外或者由深到浅部；2）坚向缝一般应自下而上；3）水平缝一般自一端到另一端；4）当在一定范围内，通过压水（气）发现，孔（嘴）的通畅性，有明显差别时，应先灌畅通性最好，可能吸浆量大的孔（嘴），把附近的孔（嘴）作为排水、排气或补灌孔（嘴）。(6) 结束标准 我们在1980年出版的化学灌浆技术一书上提出的结束标准是小于0.011/min，并延长适当时间。前两年出版的规范要求应小于0.021/min即0.0041/min。对于不同的工程或部位，应按设计要求实施。7 灌浆效果检查 化学灌浆投入较大，不是非常必要，不会实施化学灌浆。因此，对化灌效果的检查应给以足够的重视，检查结果满足设计要求，工程可以投入运行；若达不支要求，设计必须采取补救措施。效果检查的方法随灌浆目的而定(1) 当灌浆的目的纯粹是防渗时，一般是钻孔通过缝面进行压水试验。规范提出的合格标准是检查孔吸水量应小于0.011/min，不合格必须补灌；(2) 当灌浆目的是补强时，应骑缝取样进行抗拉试验；(3) 当灌浆目的是补强又要防渗时，应骑缝钻孔取芯，钻孔做压水试验，芯样做抗拉试验；8 缝面处理效果检查后应清除灌浆嘴和止漏材料，回填灌浆孔，磨平或按设计进行表处理。 五 我国化学灌浆发展的概况世界上化学灌浆的研究和应用有100多年历史，但研究应用有机化合物作化学灌浆材料始于40年代末期。我国化学灌浆的研究和应用始于何时，说法不一，1953年时研究和应用的主要材料是硅酸纳，俗称水玻璃。近50年来，从单一的材料发展到了9个系列，数以百计的配方。硅酸盐（水玻璃）系列碱性水玻璃化学灌浆材料 防渗止水砂土加固酸性水玻璃 丙 烯 酰 胺 系 列丙凝聚丙烯酰胺丙强 脲 醛 树 脂 系 列脲醛树脂木胺木 质 素 系 列铬木类凝缩栲胶类氰 凝油溶性聚氨酯聚 氨 酯 系 列固 结 新水溶性聚氨酯弹性聚氨酯丙 烯 酸 盐 系 列AC_MS丙烯酸盐混合液基岩固结混凝土补强环 氧 树 脂 系 列环氧_非活性稀释中化_798环氧_呋喃体系CW环氧_活性释剂甲基丙烯酸酯系列MMA_BMAMMA_VAMMA_AA不和聚酯树脂系列不和树脂丙烯酸环氧树脂这些配方大多数具有粘度低（0.01Pa.S）,可灌性好，胶凝时间可以调节，凝胶的渗透系数低，防渗效果好或强度高，与缝面粘接能力强等特点。在