什么是水玻璃化学灌浆剂？水玻璃化学灌浆剂的不同分类

水玻璃是化学灌浆中使用最早的一种材料，由于其优越的综合性能，目前仍然是使用最广的化学灌浆材料之一。自1974年日本福冈丙烯酰胺注浆引起环境污染造成中毒事件后，水玻璃化学灌浆材料作为一种污染小的浆材更为世界各国所重视。

水玻璃化学灌浆剂是指水玻璃在胶凝剂的作用下，产生凝胶的一种化学灌浆材料。大致分为在碱性区域凝胶化的碱类和中性一酸性区域凝胶化的非碱类浆材，碱类浆材目前研究已经比较深入。水玻璃化学灌浆剂按胶凝剂的不同可分为酸反应剂[小苏打NaHCO3、磷酸H3PO4、硫酸氢钠NaHSO4、氟硅酸钠Na2SiF6、硫酸铵（NH4）2SO4等]​、金属盐反应剂[氯化钙CaCl2、硫酸铝Al2（SO4）3等]以及碱性反应剂（铝酸钠NaAlO2等）三种，也可按胶凝剂分为有机类和无机类水玻璃浆材。

① 传统水玻璃化学灌浆材料　以氯化钙作为胶凝剂的水玻璃化学灌浆材料使用最早，对环境不造成污染，固砂体强度是目前所开发的各类水玻璃浆材中最高的，但是由于其瞬时固化，除了在处理涌水中有较大优势外，总体来说给工程施工带来许多不便，固结安全性等性质较差。碱性反应剂，以铝酸钠为例，浆液渗透性好，如注入地层的浆液被地下水稀释，其具有凝胶固化时间变快的性质。选用有机胶凝剂作为水玻璃浆材添加剂比选用无机胶凝材料在固化时间的控制上更有优势，而且在凝胶后的固结物凝胶体中，因反应缓慢进行，故反应效率高，稳定性和固结强度较大，且有利于降低水玻璃浆液的碱性。但是就目前已开发的有机类水玻璃浆材而言往往容易带来一些环境问题。

② 新型水玻璃化学灌浆材料　黏度低，可灌性好，造价低，这是水玻璃浆材的优点，但是水玻璃浆材有待改进之处也很多，如胶凝时间的调节不够稳定，可控范围小，凝胶强度低，凝胶体稳定性差，固砂体耐久性还有待进一步考证，金属离子易胶溶等，在永久性工程中的应用有待进一步研究。水玻璃浆材的潜在效果是巨大的，对它的研究一直在不断进行。加入新型添加剂对水玻璃浆材进行改性的研究工作目前正逐步展开。由于地下工程的复杂性，应根据不同的水文地质环境，不同的工程使用目的，选取不同种类的水玻璃浆材，也就是说当前水玻璃化学灌浆材料总的发展方向应该是研制出适合不同水文地质环境要求的一系列环保型水玻璃浆材。

（3）丙烯酸盐化学灌浆剂（丙凝化学灌浆剂）丙烯酰胺灌浆材料由丙烯酰胺、交联剂亚甲基双丙烯酰胺（MBA）和水溶性氧化-还原引发体系组成。美国于20世纪40年代中期制成的以丙烯酰胺为主剂的化学灌浆材料主要应用于军事目的。氧化-还原体系由氧化剂（引发剂）过硫酸盐、还原剂（促进剂）叔胺或低价金属离子及助还原剂组成，受温度、pH值等环境因素的影响。人们的研究工作大多是通过改变氧化-还原引发体系来控制浆液的胶凝时间，胶凝时间可由几秒变化到几小时；同时通过引入缓冲溶液或调节剂减少pH影响，从而实现浆液的人工控制，满足不同工程需求。丙凝化学灌浆剂各组分溶于水，总浓度可达20%，浆剂黏度小，为1.2mPa·s，且在凝胶前一直保持不变，具有良好的灌入性，可灌入0.1mm以下的裂缝；凝胶体抗渗性能好，渗透系数为10.9～10.10cm/s；凝胶体抗压强度低，一般不受配方影响，为0.4～0.6MPa。丙凝化学灌浆剂胶凝后吸水成胶膨胀，具有一定强度，适于有水环境，用于防水，很少用于岩石堆固定。American Cyanamid Company研制成功丙凝类浆材AM-9，强度可达2.1MPa，并于1959年在美国某大坝用作防渗帷幕获得成功。丙凝类浆材具有优异的灌入性能、固结性能、防渗性能和凝胶时间可调等优点，但是丙烯酰胺单体有一定的毒性。由于其聚合物无毒，所以很多人通过在水解聚丙烯酰胺水溶液中加入无机或者有机交联剂来调配成堵水剂和调剖剂，但这些交联剂也都有一定的毒性。有研究表明，利用甲基丙烯酰酸缩水甘油酯化学改性聚丙烯酰胺，使其侧基上引入可聚合的双键，在只需要加入水溶性引发体系而不需要加入交联剂的条件下，可以形成不溶且富有弹性的水凝胶，从而达到抗渗堵漏的目的。长江科学院以引力场理论和拮抗作用设计制造的丙烯酸盐化学灌浆材料，是多种丙烯酸盐的混合物，这种环保型丙烯酸盐灌浆材料是由丙烯酸钙镁盐溶液和少许亚甲基双丙烯酰胺（交联剂）​、三乙醇胺（促进剂）​、过硫酸铵（引发剂）和水（溶剂）组成的。其中加有消除毒性的拮抗剂，它具有黏度低、不含颗粒成分、可以灌入细微裂隙、凝胶时间可以控制、浆液毒性甚微（低于食盐，凝胶实际无毒）等优点。丙烯酸盐在其他水电工程基础防渗灌浆现场试验和应用后，效果良好，从此为降低化学产品的毒性找到了一个方向。

（4）甲基丙烯酸酯灌浆剂（甲凝化学灌浆剂）
由于应用丙烯酰胺化学灌浆会造成环境污染，促进了甲基丙烯酸酯类灌浆材料的研究及其在土木工程中的应用。甲凝化学灌浆剂是以甲基丙烯酸酯为主剂，配以油溶性引发剂、促进剂、增韧剂等助剂。单体黏度仅为0.69mPa·s，能够灌入0.05mm宽的裂缝。固化后的浆材抗压强度高，可达90MPa。甲凝浆材的缺点是浆液固化收缩大，工艺复杂。针对三峡工程断层破碎带的防渗固结灌浆，长江科学院与中国科学院广州化学研究所于20世纪60年代共同开发出甲凝化学灌浆材料。该浆材黏度比水低，表面张力约为水的1/3，可以灌入0.05mm宽的细微裂缝，而且在-20℃以上即可以固化。该浆材的开发大致可以分为三个阶段：1960～1965年的第一阶段研究的成果用于干、细裂缝灌浆补强，获得良好的效果，但有怕氧、怕水的缺点，灌浆要用二氧化碳排氧；1966～1973年的第二阶段开始使用除氧剂对甲苯亚磺酸，克服了怕氧的缺点；1974年根据物理化学原理，找到了两种添加剂，克服了怕水的缺点，进入第三阶段。在此基础上长江料学院谭日升教授提出了湿面粘接理论。

（5）聚氨酯化学灌浆剂
聚氨酯灌浆剂是由聚氨酯预聚体与添加剂（溶剂、催化剂、缓凝剂、表面活性剂、增塑剂等）组成的化学浆液，一般是单液型，其主要成分是过量二异氰酸酯（或多异氰酸酯）与聚醚多元醇反应而制得的端异氰酸酯基（NCO）预聚体，也可以是双液型，即由预聚体与固化剂（及促进剂）组成。在灌浆过程中，把聚氨酯灌浆材料注入缝隙或疏松多孔性地基中时，这种预聚体的端NCO基与缝隙表面或碎基材中的水分接触，发生扩链交联反应，最终在混凝土缝隙中或基材颗粒的孔隙间形成有一定强度的凝胶状固结体。聚氨酯固化物中含有大量的氨基甲酸酯基、脲基、醚键等极性基团，与混凝土缝隙表面以及土壤、矿物颗粒有强的粘接力，从而形成整体结构，起到了堵水和提高地基强度等作用。并且，在相对封闭的灌浆体系中，反应放出的二氧化碳气体会产生很大的内压力，推动浆液向疏松地层的孔隙、裂缝深入扩散，使多孔性结构或裂缝完全被浆液所填充，增强了堵水效果。浆液膨胀受到限制越大，所形成的固结体越紧密，抗渗能力及压缩强度越高。