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摘要：随着我国新型城镇化进程的加快，在工程地基基础处理中，高分子灌注材料得到了良好的应用。高分子灌注材料主要包括木质素灌注材料、聚氨酯灌注材料、丙烯酸盐灌注材料和环氧树脂灌浆材料，并指出了目前材料应用中存在的问题，并提出了改进高分子灌注材料性能的主要对策。本文主要对高分子灌浆材料在地基基础处理中的应用进行探讨。
关键词：高分子灌浆材料；地基基础处理；应用探讨
1 高分子灌浆材料的发展历程
灌浆材料的发展具有悠久的历史。自发明水泥并作为灌浆的主要材料以来，直至化学浆材时代的开始，经历了60多年的实践，此后到20世纪40年代，化学灌浆一直由水玻璃占据主导地位，随着现实的需要，化学灌浆由单纯的无机物，逐渐开始采用有机材料。20世纪50年代，美国发明了丙烯酰胺浆材，其黏度很小，接近水，且凝胶时间可以任意调节，由此高分子灌浆材料迅速发展。
我国化学灌浆技术研究起步较晚，迄今只有50多年的历史。上世纪50年代末形成环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯等灌浆材料；60年代形成丙烯酰胺灌浆材料；至70年代末，才形成了聚氨酯灌浆材料；80年代后，弹性聚氨酯、水溶性聚氨酯、丙烯酸盐、不饱和聚脂、热沥青、木质素类、脲醛树脂类等不同程度地在各种工程中得到应用。高分子灌浆材料的发展方向是：
1.1 对环境无污染，主要是通过使用无溶剂或水做溶剂作为高分子灌浆材料的改性方向，譬如现在正在研究的水溶性环氧树脂灌浆材料。并且使用无毒的固化剂，无毒的催化剂等。另外使用废旧高分子材料作为灌浆材料也是目前研究的热点；
1.2 较高的强度，就是通过对高分子材料的改性使其拥有较高的强度。
1.3 施工的便捷性，施工简单快速高效，这不仅局限于施工方法的改进上，也是对材料的渗透性以及浸润性提出了更高的要求。除此之外，浆材的储存稳定性的研究，计算机技术在灌浆性能方面的模拟以及研究也是灌浆材料发展不可缺少的。
2 简述高分子化学灌浆材料的特点
化学灌浆材料按照用途、目的，主要有两种，类型，一种是补强固结灌浆材料，比如甲基丙烯酸酯类和环氧树脂类都属于补强固结型的灌浆材料；另一种是防渗堵漏灌浆材料，比如木质素类和丙烯酰胺类都属于防渗堵漏类型的灌浆材料。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆化学灌浆材料具有比较明显的特点，如较好的可灌性、粘度地，防水性能显著，充填严密，渗透能力较强，灌浆材料固结之后具有很强的硬度，能自由调节固化时间，确保灌浆能够顺利完成。
3 高分子化学灌浆材料的分类
3.1 丙烯酰胺类
这是理想的一类灌浆材料，其水溶液的粘度接近于水，并在整个诱导期间保持不变，胶凝时间短而可控，溶液的渗透性很好。就地聚合后能形成稳定的、不透水的并具有弹性的聚丙烯酰胺凝胶，从而起到堵水防渗和稳定加固地层的作用。缺点是丙烯酰胺单体对人体有毒。
3.2 木素磺酸盐类
主要成分是木素磺酸盐，来源于造纸废液，具有原料来源丰富，价格低廉,溶液粘度低,胶凝时间可控，稳定性较好等优点；但凝胶体的强度较低，抗渗性较差。由于采用重铬酸盐作固化剂，六价铬离子是高毒性的，现在以这种成分为主的灌浆材料已经从美国市场消失。
3.3 酚醛树脂类
由间苯二酚与甲醛在常温下反应生成的缩聚物(见酚醛树脂)。通常用氢氧化钠作催化剂，胶凝时间可通过调节pH值控制。这种浆液的粘度低，可用于固结土质，其强度与树脂含量成正比；缺点是对干湿循环的抵抗能力较差，且三种原料都有毒性和腐蚀性。
3.4 聚氨酯类
由多元异氰酸酯和多元醇或其他含有羟基的聚合物如聚醚、聚酯等制成，有非水溶性和水溶性两种，都能与水反应，但水溶性聚氨酯能被大量（最大达40倍）的水稀释。聚氨酯与水反应，发泡、交联而形成水合凝胶体，既起到稳定土质的作用，又达到止水的效果。但多元异氰酸酯及其浆液的其他组分是有毒的。
目前世界各国研究的主攻方向是降低材料的毒性，消除污染和提高浸透性能等。中国自1959年开始研究高分子灌浆材料,20多年来,先后研制成功环氧树脂类、丙烯酰胺类、甲基丙烯酸酯类、木素类、聚氨酯类、脲醛树脂类和丙烯酸盐类等灌浆材料，用于水工建设、文物保护、油井堵水、矿井建设等工程中。
4 高分子灌浆材料在地基基础处理中的应用分析
4.1 丙烯酸盐灌浆材料
丙烯酸盐灌浆材料由过量金属氧化物、丙烯酸和氢氧化物反应所生成的丙烯酸盐混合物，同时也是加入了一种组分的低粘度灌浆材料。按照需求，可调节凝结时间，主要的特点包括力学强度高、可灌注性好和粘度低等。丙烯酸盐灌浆材料适用于混凝土裂缝补强灌注，但收缩性大，有水的情况下不适用。
通过改进丙烯酸盐灌浆材料，可提升其性能，用新型无毒丙烯酸灌浆材料交联剂，可降低材料的粘度，并降低凝胶渗透系数，提高抗挤出能力，是一种新型的环保防渗堵水材料。在丙烯盐酸灌浆材料中加入亲水性的聚醚多元醇和TDI反应制成聚氨酯预聚体，并加入甲基丙烯酸，可制成一种聚氨酯丙烯酸酯灌浆材料，在有水的情况下，遇水膨胀，抗压强度高，适用于需要一定力学性能的堵水工程。
相关研究认为，在材料中对AC-II丙烯酸盐．水泥灌浆可精确控制凝结时间，并有效控制浆液扩散范围，并且在浆液凝结后，可提高抗压抗折强度，并大幅延长强度时问。这种材料的韧性高、弹性大，且具有高粘结力的特点。
4.2 聚氨酯灌浆材料
由催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂和聚氨酯预聚体构成的聚氨酯灌浆材料，分为弹性聚氨酯、水溶性和油溶性聚氨酯灌浆材料三种。这种材料的凝结时间下至几min，上至几十min，其特点是强度大、防渗性能良好，是一种非常好的加固兼防渗的材料，在化学反应中，油溶性聚氨酯可释放大量的二氧化碳，由自身压力导致浆液扩散，提升灌浆效果。同时，弹性聚氨酯和水溶性聚氨酯的变形能力强。
通过复合聚氨酯与硅酸盐才老，可制备出改性聚氨酯浆材，阻燃性能良好且具备良好的抗静电能力，可满足煤矿井系材料阻燃与抗静电需要。
4.3 木质素灌浆材料
以亚硫酸盐纸浆为主剂，以硫酸铵为固化剂的木质素灌浆材料，是防渗无毒堵水材料，这种材料一般要几min，甚至是几十min的胶凝时间，成本低是其最大的特点，胶凝时间和灌注时间都可以进行调节，但是存在危害人体健康，强度低的缺点，如果采用的凝胶剂含有重铬酸盐，甚至会危害环境。脲木素灌浆材料浆液反应始于尿素和康栓反应，在反应中可生成呋喃廷甲基尿，且在反应中具有很强的反应活性，同时和呋喃廷甲基尿发生缩合反应，生成具有很高分子量的三维空问结构聚合物。糖脲木素的特点：一是材料价格低，易获得；二是糖脲木素属于亲水性材料；三是粘度低、固结体强度高，属于硬脆性材料。
结束语：
高分子化学灌浆材料不仅方便、简单，还能够起到很好的防渗堵漏、补强、加固的作用。在防渗堵漏工程中采用的防渗堵漏材料虽然有很好的水溶性，但其强度较差；补强固结材料虽然有很大的强度，但水溶性又难以满足要求，因此根据工程需要，采用多种材料，可发挥其各自的优势，为工程质量服务。
参考文献：
[1]我国灌浆材料的研究现状[J].王朝强,谭克锋,王培新,徐秀霞.粘接.2015(11)
[2]我国粉煤灰基灌浆材料的综合利用现状[J].王朝强,谭克锋.粉煤灰.2015(06)
[3]程鉴基，程鉴添，程文汉.化学灌浆在混凝土防渗堵漏工程中的综合应用[J].探矿工程-岩土钻掘工程.2014（02）
[4]杨倩，朱伶俐，王向征.超细水泥灌浆料在防水工程灌浆堵漏中的运用[J].中国电子商务.2014（01）
论文作者:孙朝亮,杜庆武
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/29
标签：材料论文; 聚氨酯论文; 高分子论文; 丙烯酰胺论文; 丙烯酸论文; 水溶性论文; 防渗论文; 《建筑学研究前沿》2017年第20期论文;