陶澤源 TAO Ze-yuan；王源 WANG Yuan

（昆明理工大學，昆明 650093）

（Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China）

淺談微裂隙巖體注漿堵水材料

陶澤源 TAO Ze-yuan；王源 WANG Yuan

（昆明理工大學，昆明 650093）

（Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China）

注漿材料主要是注漿堵水工程中一個重要的環(huán)節(jié)，尤其是在巖體裂隙發(fā)育帶注漿堵水工程中起到了決定性的作用。本文主要說明了目前國內(nèi)外常用的注漿材料成分，介紹了兩種微裂隙注漿堵水中常用到的注漿材料：超細水泥漿液和化學漿液中的脲醛樹脂漿液的性能特點。

注漿材料；超細水泥；脲醛樹脂漿液

0 引言

注漿材料是注漿堵水工程中一個重要的環(huán)節(jié)，尤其是在巖體裂隙發(fā)育帶注漿堵水工程中起到了決定性的作用，注漿材料的性能決定了漿液是否能夠充填到巖土體裂隙或者孔隙中，尤其是細小裂隙或孔隙發(fā)育的地段，如果不能有效的充填到裂隙中，那么注漿堵水工程很有可能達不到預期目的，反而會增加工程量，提高工程成本。由于巖土體注漿屬于一個隱蔽的工程，漿液流動于地下復雜的地質(zhì)構(gòu)造中，漿液流動過程中其內(nèi)部也同時發(fā)生著物理化學反應，且?guī)r體裂隙分布又難于模擬，使得注漿過程中難以準確的描述漿液的流動規(guī)律和擴散范圍，因此，在裂隙巖體中注漿材料的選擇是十分重要的。

1 水泥漿材

水泥材料的漿液具有固結(jié)體強度高、耐久性好、材料來源廣泛、工藝設備簡單、成本相對低廉等優(yōu)點，廣泛應用于各類工程中。但是水泥漿液易發(fā)生離析和沉淀現(xiàn)象，其穩(wěn)定性較差。此外，由于普通水泥漿液的固體顆粒大，漿液很難注入到巖層的微小裂隙或孔隙中，因此，普通水泥漿液一般主要是作為加固裂隙巖體的一種注漿材料。

超細水泥的出現(xiàn)克服了水泥漿材難以滲入微小裂隙或孔隙巖層中的缺點。超細水泥具有普通水泥漿液和化學漿液的優(yōu)點，且不污染環(huán)境。這種新型水泥為注漿領域開辟了新的篇章，有慢慢代替化學漿液的趨勢。超細水泥漿液在封堵地下水以及壩基、橋梁、隧道等工程中取得了良好的效果。但由于超細水泥的價格相對較貴，其成本遠高于化學漿液的成本，在普通工程中選用較少，因此，超細水泥在今后的研發(fā)中應向低成本方向研究。

2 化學漿材

化學漿液的優(yōu)點是可注性好，漿液粘度較低，凝膠時間可控、防滲性能及耐久性能好，能注入到巖層中的微裂隙或孔隙。化學漿材主要分為兩大類：

2.1 水玻璃類的化學注漿材料（分為堿性和酸性水玻璃）堿性水玻璃的缺點是凝膠體有脫水收縮和腐蝕巖體的現(xiàn)象，耐久性差，會污染環(huán)境。

酸性水玻璃漿材能夠在中性區(qū)域內(nèi)凝膠，不存在堿性水玻璃的缺點，耐久性較好。近期，鐵道科學院研制出了一種抗收縮和耐久性強的水泥—水玻璃雙漿液，在水泥—水玻璃漿液中加入低鈣鋁酸鹽和單質(zhì)膨脹劑，成為硅酸鹽型漿液，其耐久性可達10年以上。

2.2 有機高分子注漿材料 這種材料具有良好的抗?jié)B性能，能滲透進微裂隙或空隙中、固結(jié)性能好和凝膠時間可控的優(yōu)點，能夠解決水泥漿液不能解決的工程地質(zhì)問題。近年來，許多科學院對原有的高分子材料進行了改進，例如：出現(xiàn)無酸的礦用脈醛樹脂漿材，毒性非常小的丙烯酸鹽漿材等。但是由于普通化學漿液的結(jié)石體強度低于水泥漿液，且耐久性差，會污染周圍環(huán)境和地下水，因此其應用范圍正逐漸收到限制。

2.3 水泥粘土混合漿材 水泥—粘土混合型漿液根據(jù)水泥和粘土所占比例，可以分為水泥粘土漿液及粘土水泥漿液。粘土是一種歷史悠久的注漿材料。200年前，法國一名工程師發(fā)現(xiàn)將粘土漿液注入墻體中可以修復其裂隙。幾年以后，工程師們采用新型、低廉的粘土水泥漿液，配合鉆孔測試和控制儀表，成功將其用于300多個工程項目中。之后，水泥—粘土混合型漿液廣泛應用于各種注漿工程中。

2.4 粘土固化漿液 粘土固化漿液是通過對粘土水泥漿液不斷的研究演變而來的。它是將固化劑添加到粘土水泥漿液中而形成的。

粘土固化漿液與水泥類漿液比較有以下幾個優(yōu)點：

具有良好的抗水稀釋性和流變性。該漿液能夠吸收大量的水而不發(fā)生分層現(xiàn)象，僅僅漿液變的稀釋，但并不影響其凝固。該漿液還可以根據(jù)工程設計要求調(diào)整其流變參數(shù)。漿液中粘土所占比重大，尤其是細顆粒的粘土，而且粘土顆?？梢院芎玫胤稚⒃跐{液中，因此漿液整體都能表現(xiàn)出良好的流動性，能夠容易地滲入巖體微小裂隙中，從而提高注漿堵水的效果。

該漿液的凝膠時間從幾秒到幾十分鐘可調(diào)，其凝膠后結(jié)石體的收縮率高，收縮性小，且形成的結(jié)石體有良好的封閉性，從而具有良好的防滲堵水效果。

巖土礦物的成分主要是高嶺石類和蒙脫石類粘土礦物，這些礦物有很好的抗侵蝕能力，從而增加其適用范圍。這類粘土礦物其成本很低，同時加上適量的化學漿液材料和水泥，具有更好的注漿堵水效果，因此成本低廉。

粘土固化漿液相對的總體優(yōu)點：

漿液的膠凝時間可大幅度縮短。其表現(xiàn)在于加入固化劑后，在催化作用下，水泥水化反應加快，水泥、水玻璃、粘土三者之間在固化劑的催化作用下反應也加快了，從而減少其膠凝時間。同時，在固化劑的催化作用下，粘土固化漿液的結(jié)石體強度增加，特別是其早期強度增加快，最后可以達到很高的強度。

3 兩種微裂隙注漿堵水常用的材料

微裂隙防滲注漿堵水工程必須選用良好的注漿材料，在工程中我們常用的材料有以下幾種。

3.1 超細水泥漿液 對于裂隙開度小于0.2mm的注漿工程中，對于普通硅酸鹽水泥漿液來說，其顆粒較大，難以注入此類裂隙中，而化學漿液又具有一定的腐蝕性和污染性，因此，工程師們發(fā)明了超細水泥。超細水泥指的是其粒徑一般處于5um-20um之間（現(xiàn)在研發(fā)的超細水泥有些甚至可以小于1um或是納米級）。

超細水泥漿液的性能：

3.1.1 粘度 通過實驗測試水灰比W/C為0.6-2.0漿液粘度值可以發(fā)現(xiàn)，超細水泥漿液的粘度要比普通硅酸鹽水泥的粘度要高幾十倍，得出超細水泥的水化需水量大，流動性較差。因此在使用超細水泥漿液時，需要加入一定量的減水劑來降低其粘度。

3.1.2 膠凝時間 超細水泥漿液的膠凝時間是根據(jù)漿液的水灰比，緩凝劑量等有關，需要根據(jù)工程的具體要求來操作。一般情況下，漿液的膠凝時間是隨著水灰比的增大而增長、緩凝劑的增加而增長、隨著溫度的升高而縮短。

3.1.3 抗壓強度 通過實驗表明，超細水泥結(jié)石體的早期后期強度都較高，相對普通水泥來說，早期強度更為突出。早期漿液中水泥顆粒水化比較充分，更容易提高強度。一般情況下，結(jié)石體的抗壓強度會隨著水灰比的增大而減少、緩凝劑的增加而減少。

3.1.4 可注性 超細水泥漿液的可注性與它自身的粘度和粒度、巖體微裂隙發(fā)育情況、注漿壓力等因素有關。從國內(nèi)外注漿工程中得出，漿液的顆粒度小，能夠滲入巖土體的微裂隙和孔中。實驗得出：

巖體裂隙開度值0.02mm-0.05mm時，可以用粘度值≤17.1mPa.s的超細水泥漿液注入；

巖體裂隙開度值0.05mm-0.07mm時，可以用粘度值≤33.6mPa.s的超細水泥漿液注入；

巖體裂隙開度值大于0.07mm時，可以用粘度值≤624.7mPa.s的超細水泥漿液注入。

3.2 脲醛樹脂漿液 脲醛樹脂漿液是由尿素和甲醛在堿性或酸性催化劑作用下，經(jīng)加成反應、縮聚反應生成初期的高分子聚合物，然后在固化劑或加熱作用下，形成不溶、不熔并具有較高強度的固體物質(zhì)。脲醛樹脂漿液的優(yōu)點是：材料來源十分豐富、價格相對低廉，抗壓強度高。缺點是：易脆，漿液中甲醛具有刺激性氣味，只能在酸性條件下固化，具有腐蝕性，對人體不安全，不宜存放且粘度大，膠凝體的抗?jié)B性能差。

由于脲醛樹脂漿液膠凝體存在的缺點，在其生產(chǎn)過程中要加入能改良其性能的化學材料或者漿液，提出一種改良型脲醛樹脂漿液。目前在對富水裂隙巖層進行防滲注漿時，其辦法為，采用雙漿液注漿的辦法對脲醛樹脂漿液改良，即采用雙漿液化學注漿法。這種方法可通過控制雙漿液的比例來縮短其凝膠時間，有效的預防漿液受水稀釋的缺點，以取得快速注漿堵水的效果。改良型脲醛樹脂漿液的凝膠體強度較高，粘結(jié)力非常大，可以與巖層牢固粘結(jié)，提高裂隙巖體強度，流動性好，可以調(diào)節(jié)膠凝時間，可滲透到約0.1mm左右的微裂隙中。

4 結(jié)語

在注漿堵水工程中，尤其是巖體裂隙發(fā)育段，且無法查明巖體裂隙發(fā)育情況下，采用普通漿液材料無法達到預期的目的，因此研究巖體裂隙注漿堵水材料是十分重要的。

討論了目前國內(nèi)外常用的注漿材料成分，介紹了兩種微裂隙注漿堵水中常用到的注漿材料：超細水泥漿液和化學漿液中的脲醛樹脂漿液，為以后相關工程提供一個借鑒的依據(jù)。

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On the Micro Fracture Rock Grouting Water Plugging Material

The grouting material is an important link of water engineering,especially plays a decisive role in the rock fractured zone grouting engineering.This paper mainly introduces the performance characteristics of two grouting materials commonly used in water shutoff at home and abroad:urea formaldehyde resin slurry fine cement grout and chemical grout.

grouting material；superfine cement；urea formaldehyde resin slurry

陶澤源（1987-），男，寧夏銀川人，現(xiàn)就讀于昆明理工大學國土資源工程學院，地質(zhì)工程專業(yè)，研究方向為水文地質(zhì)與工程地質(zhì)。

U213.1+58

A

1006-4311（2014）13-0040-02