聚氨酯防水材料與施工技術(shù)-灌漿材料種類.ppt

1、指在壓力作用下注入地層、巖石或構(gòu)筑物的縫隙、孔洞中，達到增加承載能力、防止?jié)B漏及提高構(gòu)筑物整體性能等效果的流體材料。,灌漿材料,灌漿材料,主劑,加入溶劑,加入助劑,漿液,固結(jié),結(jié)石體,一定溫度和壓力,灌漿材料固結(jié)過程示意圖,(1)漿液的初始粘度低、流動性好、可注性強，能滲透到細小的裂隙或孔隙內(nèi)； (2)凝膠時間可以在幾秒幾十分鐘范圍內(nèi)任意調(diào)整，并能準確控制； (3)穩(wěn)定性好，在常溫、常壓下較長時間存放不改變其基本性質(zhì)，存放受溫度的影響??； (4)無毒、無臭、不污染環(huán)境；,理想灌漿材料的具備條件,(5)漿液對注漿設備、管道、混凝土結(jié)構(gòu)物等無腐蝕性，并容易清洗； (6)漿液固化時無收縮現(xiàn)象，固化后

2、與巖體、混凝土等有一定的粘結(jié)力； (7)結(jié)石體具有一定的抗壓、抗拉強度，抗?jié)B性好，抗沖刷及耐老化性能好； (8)材料來源豐富，價格便宜； (9)配制方便、操作簡單。,理想灌漿材料的具備條件,灌漿材料種類,粒狀材料,化學材料,水玻璃類,丙烯酰胺類,環(huán)氧樹脂類,聚氨酯類,木質(zhì)素類,脲醛樹脂類,丙烯酸樹脂類,粉煤灰漿,粒狀漿材,注漿工程中最常用的是普通硅酸鹽水泥。水泥漿在各種灌漿材料中使用最廣,多用于巖石、基礎或構(gòu)筑物的加固及防滲堵漏、堤壩的接縫處理、后張法預應力混凝土的孔道灌漿以及制作壓漿混凝土等。主要性能如下： （1） 材料來源廣泛，成本較低，無毒性，施工工藝簡單方便。 （2） 黏度隨水灰比而變

3、，可小至16s，大至139s。 （3） 凝結(jié)時間隨水灰比的增加而延長，從數(shù)小時到數(shù)十小時。 （4） 抗壓強度可達22.0MPa。 （5） 結(jié)石率可達99% （6） 穩(wěn)定性差，易沉淀析水，在地下水流速較大的條件下注漿時，漿液易受水的沖刷和稀釋。,水泥漿液,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，隨著水灰比的增大，水泥漿的粘度、密度、結(jié)石率、抗壓強度等明顯降低，初凝、終凝時間逐步延長。,純水泥漿的基本性能,為了滿足實際工程需要，一般都要加入外加劑來調(diào)節(jié)水泥漿的性能。 （ 1 ）水泥的速凝劑，是一種能夠縮短水泥凝固時間的化學藥劑。水泥速凝劑的種類很多，有氯化鈣、食鹽、水玻璃、純堿、石膏

4、、硫酸鈉、碳酸鉀、漂白粉等。復合特效速凝劑有紅星一號、陽泉 形和“ 711 ”型速凝劑。在一般情況下，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% 以下的氯化鈣或占水泥重量 3% 以下的水玻璃（水玻璃也是一種常用的速凝劑，加入量為 2% 3% 時，凝固期可縮短 30% 40% 。但如果加入量少于 2% ，則有延長初凝時間的作用）。711 ”型速凝劑起速凝作用的主要成分是鋁酸鈉，它是氧化鋁與碳酸鈉在高溫作用下的產(chǎn)物。,外加劑,為了控制水泥漿的擴散范圍，縮短注漿工程的時間和提高注漿堵水效果，加入速凝早強劑將起到很好的效果。一般水泥的速凝早強劑是復合附加劑，品種如水玻璃、三乙醇胺加氯

5、化鈉及二水石膏加氯化鈣等，其對漿液的影響見表 8-7 。 三乙醇胺可用與二乙醇胺混合液代替，成本可大大降低。,（ 2 ）水泥的速凝早強劑,純水泥漿由水和水泥按一定的比例混合而成，常用的水灰比變化在 0.5 1 5 1 之間，高水灰比僅對提高漿液的可灌性有利，而對巖土加固意義不大。為了降低水泥漿的粘度，提高漿液的流動性，增加漿液的可注性，往往要加入分散劑。另外單液水泥漿易沉淀析水，為了使水泥顆粒能較長時間懸浮于水中，就需要加入懸浮劑。實際上分散劑跟懸浮劑很難嚴格區(qū)別開來，有些藥劑加入水泥漿之后，既能起到分散作用，又能起到懸浮作用。懸浮劑有膨潤土、高塑粘土。分散劑（塑化劑）常用亞硫酸鹽紙漿廢液、食

6、糖、硫化鈉等，以增加漿液的可注性。,（ 3 ）水泥的分散劑和懸浮劑,根據(jù)工程需要，往往在水泥漿中加入其他一些外加劑，如緩凝劑、流動劑、加氣劑、膨脹劑、防析水劑等（表 8-8 ），以滿足注漿工程的特殊需要， 值得注意的是由于具體使用的水泥品種和牌號、出廠日期以及各種添加劑的質(zhì)量不盡相同，故使用之前應根據(jù)施工條件的具體情況，先進行小型實驗，以確定切實可行的配方。,（ 4 ）水泥的其他外加劑,使用最早的灌漿材料。粘土的顆粒細,親水性好，易分散，制成的漿液穩(wěn)定性好，價格低廉，但其結(jié)石強度和粘結(jié)力都很低，抗?jié)B壓的能力也弱，僅用于低水頭的臨時性防滲工程中。,粘土漿,粘土是一種重要的礦物原料。由多種水合硅酸

7、鹽和一定量的氧化鋁、堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物組成，并含有石英、長石、云母及硫酸鹽、硫化物、碳酸鹽等雜質(zhì),其礦物成分主要為高嶺石、蒙脫石及伊利石。 粘土礦物的顆粒細小，常在膠體尺寸(1nm1000nm)范圍內(nèi)，呈晶體或非晶體，大多數(shù)是片狀，少數(shù)為管狀、棒狀。 膨潤土是一種水化能力極強、膨脹性大和分散性很高的活性粘土，在國內(nèi)外工程中被廣泛采用。,粘土漿,水泥黏土漿液是由水泥黏土按一定比例混合而成。作為加固注漿時，黏土摻量一般為5%15%。由于黏土的分散性高，親水性好，因而沉淀析水性較小。水泥黏土漿液的穩(wěn)定性大大提高。綜合了水泥漿的結(jié)石強度高和粘土漿的漿液穩(wěn)定性好、價格便宜等優(yōu)點，使用范圍比較廣

8、，并可根據(jù)不同要求選擇不同的水泥-粘土配合比。 漿液凝膠體主要性能如下： （1） 黏度隨水灰比及黏土用量而變，從065s之間可調(diào)。 （2） 凝結(jié)時間較長。 （3） 結(jié)石率比純水泥漿液高，可達100%。 （4） 抗壓強度可達13.6MPa。 （ 5 ）漿液無毒性，對地下水和環(huán)境無污染，較之使用化學藥劑為添加劑的漿液更安全。 （ 6 ）漿液材料來源豐富，價格低廉，采用單液注入工藝，設備簡單，操作方便；,水泥粘土漿,水泥漿中加入水玻璃有兩個作用，一是作為速凝劑使用，摻量較少，約占水泥重的 3% 5% ；另一是作為主材料使用，摻量較多，即是將要討論的水泥 - 水玻璃漿液，俗稱 CS 漿液（ C 代表水

9、泥， S 代表水玻璃）。 CS 漿液克服了水泥漿液凝膠時間長，難以控制，注入地層后易被地下水稀釋，無法保持其原有凝膠化性能的缺陷。 CS 漿液的出現(xiàn)是水泥注漿的大發(fā)展，提高了效果，擴大了適用范圍。 這種漿液不僅具備水泥漿的全部優(yōu)點，而且兼?zhèn)浠瘜W漿液的某些優(yōu)越性，例如凝膠時間快，可以從幾秒到幾十分鐘內(nèi)準確控制，結(jié)石率高達 95% 98% ，可用于防滲和加固灌漿，在地下水流速較大的地層中，采用這種混合型漿材還可達到快速堵漏的目的。結(jié)石體強度高，特別是早期（ 1d 、 3d 、 7d ）強度高，抗壓強度增長率快?？晒嘈砸裁黠@提高，除在基巖裂隙和較大含水層中使用外，還能在中粗砂中灌注。水泥水玻璃漿材的

10、可灌性介于水泥和水玻璃之間，材料來源豐富，價格相對較低，對地下水和環(huán)境無污染。,水泥 - 水玻璃類漿液,（ 1 ）漿液可控性好，凝膠時間可準確控制在幾秒至幾十分鐘的范圍內(nèi)； （ 2 ）漿液結(jié)石體強度高，可達 10 20MPa ； （ 3 ）漿液的結(jié)石率高，可達 100% ； （ 4 ）結(jié)石體的滲透系數(shù)小，為 10 -3 cm /s ； （ 5 ）該漿液適宜于 0.2mm 以上裂隙及 1mm 以上粒徑的砂層使用； （ 6 ）材料來源豐富，價格便宜，漿液對地下水和環(huán)境無污染。,水泥 - 水玻璃漿液的特點,化學漿材,常見化學漿材種類及其特點,水玻璃注漿漿液是注漿中最早使用的一種化學漿液，具有價格低廉

11、、滲入性較好等優(yōu)點，且無毒、操作簡便、易于掌握，是目前使用最廣的化學漿液之一，廣泛應用于地基、水壩、隧道、橋梁、礦井等工程施工，但力學強度不夠理想（脆性大，彈性差）。這類漿液是以含水硅酸鈉(水玻璃)為主劑，另外加入膠凝劑以形成凝膠體。常見種類: 硅酸鈉(Na2OnSiO2最為常用)水玻璃、 硅酸鉀(K2OnSiO2)水玻璃等，無機膠凝劑有氯化鈣、鋁酸鈉、氟硅酸、磷酸、草酸、硫酸鋁等，有機膠凝劑有醋酸、酸性有機鹽、有機酸酯、醛類（乙二醛類）、聚乙烯醇等。 。,水玻璃類漿材主要特點及性能： (1) 膠凝時間從瞬間24小時不等； (2)粘結(jié)能力良好（Si-OH），固砂體強度可達6MPa； (3) 粘

12、度從1.220010-3Pas； (4) 可灌性好，滲透系數(shù)可達10-510-6cm /s，可灌入 0.1mm以上的土層。 (5) 毒副作用小，造價低。,以硅酸鈉（水玻璃）為主要原料的化學漿液。有雙液法和單液法兩種灌注方法：雙液法是將硅酸鈉和氯化鈣兩種溶液先后壓入，化合后結(jié)石強度較高，但由于所用硅酸鹽溶液的粘度比較大，一般用于滲透系數(shù)為280米/日的砂質(zhì)土的加固及防滲；單液法采用比較稀的硅酸鈉溶液,其粘度和強度都較低,一般用于黃土或黃土類砂質(zhì)土的加固。,常用的水玻璃屬強堿性材料，其凝膠體有脫水收縮和腐蝕現(xiàn)象，這影響了它的耐久性和可能對環(huán)境造成一定的污染。為克服這些缺點，國內(nèi)外開展了酸性水玻璃的

13、研究，這種水玻璃能在中性區(qū)域內(nèi)膠凝，而且膠凝體沒有堿溶出，在潮濕地層中可看作是永久性漿材。 酸性水玻璃漿液的起始粘度僅為 1.5 2.5 10 -3 Pa s ，膠凝時間可以從瞬間到幾十分鐘內(nèi)調(diào)整，凝膠體的滲透系數(shù)為 10 - 8 10 - 10 cm /s ，固砂體的抗壓強度變化在 0.2 0.5MPa 之間。 水玻璃漿材也存在一些缺點，如膠凝時間不夠穩(wěn)定、可控范圍較小、凝膠強度低、凝膠體耐久性不足，多應用于臨時性注漿工程。,聚氨酯類注漿材料（氰凝）,聚氨酯類漿液分非不溶性聚氨酯漿液（簡稱PM）和水溶性聚氨酯類漿液（簡稱SPM）。 (1) 非水溶性聚氨酯類漿液非水溶性聚氨酯是由多異氰酸酯和多

14、羥基化合物聚合而成。不溶于水，只溶于有機溶劑中。其漿液和凝膠體主要性能如下： 漿液相對密度1.0361.125，是非水溶性的，遇水開始反應，最終生成不溶于水的體型結(jié)構(gòu)的凝肢體，因此氰凝漿液不象其它類型的灌漿材料那樣有被水沖淡而不固化或被水沖走的危險，可用于動水條件下堵漏，封堵各種形式的地下、地面及管道漏水，止水效果好。 漿液遇水反應時，放出CO2氣體，使?jié){液產(chǎn)生膨脹，向四周滲透擴散，直到反應結(jié)束時止。由于膨脹而產(chǎn)生了二次擴散現(xiàn)象，所以比其它類型的化學灌漿材料有較大的滲透半徑和固結(jié)體積比(形成固結(jié)體的體積與所需的漿液體積之比，以表示)。當氰凝槳液注入標準砂中時，其固結(jié)體積比一般為6-9。,聚氨酯

15、類注漿材料（氰凝）, 漿液黏度低，可注性能好，可與水泥注漿相結(jié)合；采用單液系統(tǒng)注漿，工藝設備簡單。 固砂體抗壓強度高，一般在0.61MPa，其凝膠體抗壓強度可達3MPa，有時可作為補強材料 抗?jié)B性能好，滲透系數(shù)可達10-610-8cm/s，幾乎不透水。 漿液遇水開始反應，所以受外部水或水蒸氣影響較大，在存放或施工時應防止外部水進入漿液中。 不污染環(huán)境。 注漿后，管道、設備需用丙酮、二甲苯等溶劑清洗。,聚氨酯類注漿材料（氰凝）,氰凝凝膠體有高的耐化學和生物侵蝕的能力。在一般的酸堿、鹽及有機溶劑中浸泡，其強度變化不大。它對土壤中菌類的攻擊也是穩(wěn)定的。以黑曲霉等十種霉菌進行試驗，經(jīng)28晝夜的嚴酷條件

16、下的觀察，認為氰凝是不長霉的。 氰凝灌漿材料與砂、土、巖石以及金屬等被灌注的材料都有較好的粘結(jié)強度，特別是隨著地層中水壓的增高，形成的固結(jié)體也越堅固，強度和不透水性也隨之而增高。 ,聚氨酯類注漿材料,(2) 水溶性聚氨酯類漿液水溶性聚氨酯漿液是由預聚體和其他外加劑所組成。其與PM的主要區(qū)別在于SPM所用的聚醚是環(huán)氧乙烷聚合物，而PM所用的聚醚是環(huán)氧丙烷聚合物，前者具有親水性。 漿液與凝膠體主要性能和特點： 漿液能均勻地分散或溶解在大量水中，凝膠后形成包有大量水的彈性體。 漿液相對密度1.10，黏度0.1Pas左右。 凝膠時間在數(shù)秒到數(shù)小時內(nèi)可調(diào)?？梢酝ㄟ^加入不同種類的催化劑和改變用量的方法來調(diào)

17、節(jié)氰凝的凝膠時間，使其在數(shù)十秒至數(shù)小時之間變化，以適應一些工程的特殊需求。 固砂體抗壓強度為0.15MPa，凝膠體強度可達2MPa。 可用于水工建筑物及地下工程的防滲堵漏。,丙烯酰胺類漿液（丙凝漿液）,丙烯酰胺類漿液，國內(nèi)又稱丙凝漿液，是以丙烯酰胺為主劑，和其他交聯(lián)劑，促凝劑和引發(fā)劑等材料所組成。常用的交聯(lián)劑為N-N-亞甲基雙丙烯酰胺，引發(fā)劑為過硫酸銨(NH4)2S2O8，常用的促凝劑有-二甲基丙腈(CH3)2NCH2NCH2CN和三乙醇胺N(C2H4OH)3，緩凝劑一般用鐵氰化鉀。 漿液及凝膠體的主要特點： （1） 漿液粘度小。與水接近，常溫標準濃度下黏度為1.210-3Pas。 （2） 可

18、灌性良好，漿液能滲入粒徑小于0.01毫米的土層或滲透系數(shù)大于10-4cm/s的被灌體。 （3） 膠凝時間可準確地控制在幾秒至數(shù)十分鐘之間。因此既可用于堵住大流量的集中涌水，也可用于細微裂隙的防滲處理。,丙烯酰胺類漿液（丙凝漿液）,（4） 凝膠體的滲透系數(shù)為10-910-10cm/s，固砂體的滲透系數(shù)可達10-8cm /s，可以認為是不透水的。 （5） 凝膠體的抗壓強度較低，約為0.20.8MPa，在較大裂隙內(nèi)的凝膠體易被擠出，因此僅用于防滲注漿。 （6） 漿液及凝膠體耐久性較差，且有一定毒性。 （7） 丙烯酰胺漿液價格較貴，材料來源也較小。 （8） 丙凝漿液與鐵質(zhì)易起化學作用，具有腐蝕性。,丙

19、烯酸鹽類注漿材料,丙烯酸鹽是由丙烯酸和金屬組成的有機電解質(zhì)。加入交聯(lián)劑后就生成不溶于水的聚合物。丙烯酸鹽漿液是由一定濃度的單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑、緩凝劑等組成的水溶液。常用的交聯(lián)劑多為N-N-亞甲基雙丙烯酰胺和六氫-1,3,5三丙烯?；痪?，丙烯酸鹽常采用氧化還原引發(fā)體系如過硫酸銨和亞硫酸氫鈉等，通過游離基聚合反應生成不溶于水的含水凝膠。,丙烯酸鹽類注漿材料,丙烯酸鹽漿液和凝膠體主要性能： （1） 聚合反應開始前，粘度基本保持不變。聚合反應一旦開始，粘度急劇變化，具有很快達到最終凝膠的性能。 （2） 漿液可灌性好，丙烯酸鹽漿液更浸潤土粒，對地基內(nèi)的微細孔隙有較好的可灌性。 （3） 漿液膠凝時

20、間可在數(shù)秒到數(shù)小時內(nèi)控制。 （4） 凝膠體的滲透系數(shù)在10-710-10cm/s之間，固砂體的滲透系數(shù)在10-5 10-8cm/s之間。 （5） 固砂體抗壓強度在0.31MPa之間。,木質(zhì)素類注漿材料,木質(zhì)素類漿液由紙漿廢液、膠凝劑和促凝劑等組成。木質(zhì)素類漿液包括鉻木素和硫木素漿液兩種。鉻木素漿液的固化劑是重鉻酸鈉。但重鉻酸鈉毒性大，難以大規(guī)模使用。硫木素漿液是在鉻木素漿液的基礎上發(fā)展起來的，是采用過硫酸銨完全代替重鉻酸鈉，使之成為低毒、無毒木質(zhì)素漿液，是一種很有發(fā)展前途的注漿材料。,木質(zhì)素類注漿材料,木質(zhì)素類漿液及膠凝體主要性能特點： （1） 漿液的粘度較?。?510-3Pas），可灌性好，滲透系數(shù)為10-310-4cm/s的基礎，均可適用于灌注。 （2） 防滲性能好，用鉻木質(zhì)素漿液處理后的基礎，其滲透系數(shù)可達10-710-8cm/s。 （3） 漿液的膠凝時間可在幾十秒至幾十分鐘之間調(diào)節(jié)。 （4） 固沙體強度在0.4MPa以上。 （5） 原料來源廣，