國內(nèi)外環(huán)氧樹脂灌漿材料的種類及其在水利工程中的應(yīng)用.docx

國內(nèi)外環(huán)氧樹脂灌漿材料的種類及其在水利工程中的應(yīng)用魏 濤1，2 汪在芹1，2 韓煒1，2 鄒濤1，2(1長江科學(xué)院，2水利部水工程安全與病害防治工程技術(shù)研究中心，武漢430010) 摘要：本文介紹了國內(nèi)外環(huán)氧樹脂灌漿材料的種類和在水利工程中應(yīng)用情況，認為今后環(huán)氧灌漿材料的研究應(yīng)向著低毒、無氣味、價廉的方向發(fā)展，同時為滿足變形縫的要求，還應(yīng)開發(fā)具有彈性的環(huán)氧樹脂灌漿材料。關(guān)鍵詞：環(huán)氧灌漿材料 水利工程 應(yīng)用情況前言 環(huán)氧樹脂灌漿材料是用得最多的補強灌漿材料，具有粘接力高、在常溫下可以固化、固化后收縮小、有很高的機械強度和耐熱性、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。該漿材是由A、B兩組分組成，A組分是由環(huán)氧樹脂和稀釋劑組成，B組分一般為固化體系。以環(huán)氧樹脂為主劑的化學(xué)灌漿，發(fā)達國家二戰(zhàn)后期即開始研究，我國1959年，針對三峽工程建設(shè)基礎(chǔ)加固和混凝土裂縫處理的需要，經(jīng)國家科委批準立項，把環(huán)氧樹脂為主劑的漿材用于三峽固結(jié)灌漿作為一個重要的研究課題。幾十年來，隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，研制出了許多配方，目前已能夠成批供應(yīng)粘度可調(diào)、滲透性好且可在低溫、有水潮濕條件下固化的系列環(huán)氧樹脂灌漿材料。 這些灌漿材料在我國的水利部門（如三峽、葛洲壩、龍羊峽、丹江口、陳村、鳳灘、萬安、龍灘、溪落度、錦屏等水利樞紐）得到了廣泛的應(yīng)用，解決了許多工程中的難題。在處理軟弱夾層及斷層破碎帶的化學(xué)灌漿材料方面，廣東化學(xué)研究所、水科院和長江科學(xué)院作了大量的研究工作，并取得了可喜的成績。如CW系灌漿材料是在原長科院環(huán)氧糠醛丙酮等化學(xué)灌漿材料的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前我國化學(xué)工業(yè)的發(fā)展水平，優(yōu)選了國內(nèi)最新的產(chǎn)品。在環(huán)氧樹脂方面，選擇了低粘度的環(huán)氧；在稀釋劑方面，對稀釋劑進行了預(yù)反應(yīng)和改性，從而改善了漿材的穩(wěn)定性；在固化劑方面，優(yōu)選了目前適合于水中固化的高分子胺類，增加了固化劑的韌性，使固化體系無毒；在表面活性劑方面，選擇了能夠提高漿液滲透性的反應(yīng)表面活性劑，使?jié){液有更好的滲透性。三峽大壩采用CW環(huán)氧漿材處理F1096軟弱夾層及斷層破碎帶的水泥一化學(xué)復(fù)合灌漿技術(shù)，堪稱國際上處理低滲透性軟弱巖土地層的先進技術(shù)。中國科學(xué)院廣州化學(xué)所先后成功研制了三代高滲透性的環(huán)氧系列灌漿材料。青海龍羊峽大壩采用中化798環(huán)氧漿材處理G4偉晶巖劈裂帶也堪稱國際上處理低滲透性軟弱巖土地層的先進技術(shù)。1、環(huán)氧類灌漿材料 環(huán)氧樹脂作為灌漿材料，首先要求其漿液具有較小的粘度和適宜的操作時間，常用的環(huán)氧樹脂本身粘度較大，因此關(guān)鍵的問題是盡可能的降低其粘度，同時又必須使固化物具有所需的各種性能。按稀釋劑的種類可把環(huán)氧灌漿材料分為四大類。1.1非活性稀釋劑體系的環(huán)氧灌漿材料 這種環(huán)氧灌漿材料的組分簡單，一般由丙酮、二甲苯等非活性稀釋劑和環(huán)氧樹脂混合組成。這類漿液配制簡單，而且粘度較低，但由于加入了大量不參與反應(yīng)的溶劑，造成物理力學(xué)性能下降，固化物收縮大。目前一般不采用。1.2糠醛丙酮稀釋體系的環(huán)氧樹脂灌漿材料 我國目前比較廣泛采用的是用糠醛丙酮混合稀釋劑的環(huán)氧樹脂灌漿材料。它是根據(jù)糠醛和丙酮在一定條件下能進行反應(yīng)的原理考慮的。在固化終結(jié)時糠醛、丙酮反應(yīng)生成呋喃樹脂且與環(huán)氧樹脂形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它兼具環(huán)氧樹脂和呋喃樹脂的優(yōu)良性能，機械強度高，與巖石和混凝土粘接牢固，耐水、耐酸、耐堿、耐鹽腐蝕，耐老化性能特優(yōu)。隨著改革開放以來和我國高分子化工的發(fā)展，環(huán)氧固化劑的種類不斷增多，目前所研究的環(huán)氧樹脂灌漿材料具有更優(yōu)良物理力學(xué)性能和高的滲透性，既使在水下（含有壓流動水）裂縫中灌注，在適宜的工藝條件下也能獲得良好的力學(xué)性能和粘接強度。這種體系由于糠醛的添加往往會產(chǎn)生環(huán)境問題。 因此，人們在研究無毒副作用環(huán)氧固化劑的同時，也展開了無溶劑型環(huán)氧漿材的研制，無溶劑型環(huán)氧漿材的研究將得益于環(huán)氧樹脂工業(yè)的發(fā)展。1.3低分子的環(huán)氧活性稀釋劑體系(無溶劑型)的環(huán)氧灌漿材料， 這種環(huán)氧灌漿材料，一般由低分子的環(huán)氧活性稀釋劑和環(huán)氧樹脂混合組成。用低分子的環(huán)氧活性稀釋劑克服了溶劑的揮發(fā)，漿材可以得到較好的性能?，F(xiàn)有活性稀釋劑本身的粘度一般都比較大，稀釋效果不太理想，故漿液的可灌性受到一定限制，且加量太多將影響固化物的交聯(lián)密度。但是用活性稀釋劑體系做環(huán)氧樹脂灌漿材料，這是一個合理且有前途的發(fā)展方向，可以期望能使用粘度更小、無毒、無氣味價廉的活性稀釋劑，使國內(nèi)環(huán)氧樹脂灌漿材料達到一個新的水平。國外主要是這種體系的環(huán)氧樹脂灌漿材料。1.4水性環(huán)氧樹脂灌漿材料 這種環(huán)氧灌漿材料是以水作為稀釋體系，使用安全，可用水清洗等，符合環(huán)保要求。環(huán)氧樹脂灌漿材料的水性化將有很大的發(fā)展前景，目前國內(nèi)已有多家機構(gòu)在研究水性環(huán)氧樹脂，但應(yīng)用還不多。1.5丙烯酸環(huán)氧樹脂灌漿材料 丙烯酸環(huán)氧樹脂是環(huán)氧樹脂和不飽和一元酸反應(yīng)的產(chǎn)物，它是在環(huán)氧樹脂分子鏈兩段引入不飽和雙鍵，又稱乙烯基酯樹脂，是六十年代出現(xiàn)的一種新型熱固性樹脂。它結(jié)合了環(huán)氧樹脂和不飽和聚酯樹脂的優(yōu)點，可以進行游離基聚合而快速固化，也可用紫外線、電子束固化，其應(yīng)用比較廣泛，成為一種有發(fā)展前途的新型樹脂。丙烯酸環(huán)氧樹脂可用烯類或丙烯酸酯類單體稀釋，以調(diào)節(jié)粘度，可以研究出用于混凝土裂縫和基巖加固處理的灌漿材料。由于烯類單體和丙烯酸環(huán)氧樹脂交聯(lián)共聚，因此，這種漿液實際上是無溶劑體系，機械性能好。1.6丙烯酸環(huán)氧樹脂與聚氨酯互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)灌漿材料 采用互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用兩種或兩種以上不同品種高分子材料，可制備出一種性能優(yōu)良的新材料，它能綜合不同材料的優(yōu)點，克服各自的局限性?；ゴ┚酆衔锞W(wǎng)絡(luò)技術(shù)是國內(nèi)外高分子材料共混改性領(lǐng)域中近幾十年發(fā)展很快的一種新技術(shù)，它是兩種或多種聚合物在聚合過程中相互貫穿形成網(wǎng)絡(luò)互鎖結(jié)構(gòu)，從而使聚合物具有優(yōu)于任何單一組份的性能，丙烯酸環(huán)氧樹脂與聚氨酯互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)灌漿材料就是以丙烯酸環(huán)氧樹脂為主體，利用聚氨酯預(yù)聚體含有的NCO能與水反應(yīng)的特點，而將其引入到漿液中，此材料綜合了不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂、聚氨酯、甲凝等材料的的多種優(yōu)良性能。既具有較好的強度，又有適度的韌性，且可在低溫和水中固化，是一種值得開發(fā)的多用途的互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)灌漿材料。2、國內(nèi)外環(huán)氧灌漿材料部分生產(chǎn)廠家及型號目前，國內(nèi)外環(huán)氧灌漿材料部分生產(chǎn)廠家及型號如表1表1 國內(nèi)外環(huán)氧灌漿材料部分生產(chǎn)廠家及型號序號材料名稱生產(chǎn)或代理單位1798中科院廣化所2YDS3HK-G華東勘測設(shè)計院4LPL上海麥斯特建材有限公司5CW長江科學(xué)院6Denepox 40上海遂星工貿(mào)有限公司7SK-E中國水電科學(xué)院8Sikadur752瑞士Sika集團9HK-KG-10 杭州國電水利電力工程有限公司10HKG11EA改性環(huán)氧材料南京瑞迪公司12LB-91 改性環(huán)氧化學(xué)灌漿液廣州市魯班建筑防水有限公司13JX中國水電基礎(chǔ)局有限公司科研所14廣州金科化灌有限公司15KH廣州科化有限公司16EAA廣州泰利斯固結(jié)補強有限公司17CH武漢昌輝科技有限公司3、環(huán)氧灌漿材料在水利工程中應(yīng)用的典型實例3.1斷層破碎帶和泥化夾層加固處理的應(yīng)用。 三峽工程永久船閘和臨時船閘f1096、f1050、f215、f548斷層都是屬于形狀相似的斷層破碎帶和軟弱夾層，其主斷層帶為疏松半疏松、變形模量在0.20.5GPa之間，對建筑物基礎(chǔ)應(yīng)力傳遞極為不利，設(shè)計單位提出用灌漿法進行加固。其中f1096斷層化學(xué)灌漿2610.8m，f1050化學(xué)灌漿461.05m，f215和f548化學(xué)灌漿共有3000多米。3.2溶蝕帶基礎(chǔ)防滲 江埡水電站7、8壩段溶蝕融化灌前進行普通水泥、超細水泥、改性水泥多次灌漿試驗，耗資約600萬元，透水率仍大于1Lu，最大達5.1Lu，涌水壓力最大達0.5Mpa。1999年6月10日發(fā)生部分排水孔噴水涌砂，成為大壩安全隱患。采用了CW環(huán)氧灌漿技術(shù)，順利達到設(shè)計指標(biāo)，保證了大壩安全和及時竣工驗收。環(huán)氧樹脂類漿材應(yīng)用于溶蝕帶防滲處理在國內(nèi)外尚屬首次。3.3裂縫處理 漢江航線新城船閘總長236m的13條貫穿性涌水裂縫，縫寬0.24mm，經(jīng)CW化灌處理后沿縫無滲水，劈裂抗拉強度1.73.1Mpa；三峽永久船閘輸水洞層面縫寬0.060.3mm的滲水縫，CW化灌后縫內(nèi)固化物充填密實，劈裂抗拉強度1.0Mpa，。證明其處理微細滲水裂縫的可行性及可靠性。4、國內(nèi)環(huán)氧灌漿材料的發(fā)展方向 國內(nèi)環(huán)氧灌漿材料應(yīng)向著低毒、無氣味、價廉的方向發(fā)展，同時為滿足變形縫的要求，還應(yīng)開發(fā)具有彈性的環(huán)氧灌漿材料。參考文獻：1 魏 濤，汪在芹，薛希亮等.CW系化學(xué)灌漿材料的研制J.長江科學(xué)院院報，2000（6）.2 陳珙新，祝紅，熊進等.三峽工程F215斷層復(fù)合灌漿處理實驗研究J.長江科學(xué)院院報，2000（6）.3 廖國勝，黃良銳，魏濤.三峽工程永久船閘砼層面縫滲水處理J，長江科學(xué)院院報，2000（