够奇！够特！够环保！灌浆新材料你用过几种？
2023-02-20
随着工程建设的飞速发展，高层、超高层拔地而起，设计新颖、结构复杂的建筑层出不穷，地下空间规模越来越大，中心城市的基坑越来越深，高层建筑的桩基础越来越长，毗邻江河湖海的建筑越来越多，加之绿色环保的发展理念不断深入人心，因而对建造技术和建筑材料提出了越来越高的要求，建造新技术、建筑新材料也与时俱进地在工程实践中不断创新和发展。
建筑工程中的灌浆技术同样面临着创新与发展的问题，随着材料科学的进步，各种绿色环保、满足不同目的和要求的灌浆新材料也在工程实践中涌现出来，下面介绍几种已在工程中得到较多应用、证明行之有效的具有**代表性的灌浆新材料。
一、水泥基高强灌浆材料
水泥基高强灌浆材料是以水泥作基料，以高强度材料(石英砂，金刚砂等)作骨料，辅以高性能聚发酸减水剂、复合膨胀剂、矿物流平剂、早强剂、防离析剂等材料按比例计量混合而成，现场按产品规定比例加水或配套组分拌合即可使用，具有高流动度、早强、高强、微膨胀、无收缩等特性。
灌浆材料中不含铁离子和氯离子，浆料可自流，能够在无振捣的条件下自动灌注狭窄缝隙，适应诸如复杂结构、密集布筋及狭窄空间的浇注与灌浆。
(1)胶凝材料：高强度等级水泥(硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥等)、粉煤灰、矿粉、微硅粉等；
(2)膨胀剂：石膏、硫铝酸钙类、氧化钙类、硫铝酸钙-氧化钙类(HCSA)；
(3)早强剂：硫酸钠、碳酸锂等各种早强剂；
(4)减水剂：茶系减水剂、密胺系减水剂、聚发酸减水剂等高效减水剂；
(5)增稠保水剂：低黏度的纤维素酷、可再分散乳胶粉等；
(6)骨料：石英砂、金刚砂、高硬度机制砂等。
按流动度将水泥基灌浆材料分为四类：Ⅰ类、Ⅱ类、类和N类，浆液主要技术指标应符合行业标准《水泥基灌浆材料》JC/T 986-2018的要求(表1)。
(1)早强、高强，1～3d抗压强度可达20～60MPa；
(2)自流性高，不泌水，无外力作用下30min内保持可自流状态；
(3)具有微膨胀性能，无收缩现象；
(4)粘结强度高，与圆钢握裹力不低于6MPa；
(5)自密实、防渗和防冻融；
(6)属无机胶结材料，抗侵蚀、耐冲刷，具有良好的抗硫酸盐和抗污水侵蚀性能，有较强的抗冲刷性；
(7)耐久性好，含碱量低，可有效防止碱-骨料有害反应；与水泥、混凝土耐久性一致；
二、非水反应高聚物灌浆材料
自膨胀高聚物灌浆材料实为非水反应的双组分发泡聚氨酯类高聚物材料，通常为油溶性聚氨酯，由主剂和各种助剂复配而成。双组分主剂主要为异氰酸酯和聚合物多元醇，助剂主要包括催化剂、扩链剂、阻燃剂、泡沫稳定剂、增塑剂、溶剂等。严格意义上此类灌浆材料应属于聚氨酯类灌浆材料，但因其无需水参与反应的特点，故将这种双组分发泡聚氨酯灌浆材料单独列出。
非水反应类聚氨酯灌浆材料或高聚物灌浆材料是由多元醇和异氰酸酯两种组分反应生成的，当两组分接触后，立即发生化学反应，快速膨胀，它能在数十秒内体积膨胀数十倍，灌浆后10min高固化反应结束，膨胀力趋于稳定，形成硬质泡沫体。
通过改性预聚体亲水组分，获得发泡非水反应高聚物，不受水的影响，具有较强的自膨胀性。通过向被灌介质灌入双组分高聚物浆液(专用树脂和固化剂)，利用两种浆液发生聚合化学反应后体积迅速膨胀并固化成泡沫状固体的特点，实现填充、挤密、封堵、加固的目的。高聚物灌浆材料的膨胀性能与环境压力、反应时间及周围介质的约束能力等因素有关。
非水反应的聚氨酯类高聚物灌浆材料不含水，不会产生收缩现象。高聚物固结体具有很好的柔韧性，弹性较好，不易开裂，抗拉强度和抗压强度比较接近，并具有较好的抗渗性。其主要技术特点如下：
(1)适应性强：无需水参与聚合反应。
(2)轻质：固结体自重较轻，其密度不到水泥浆或沥青材料的10%，属轻质材料。
(3)高膨胀性：聚合反应后固结体体积可自膨胀至20倍以上。
(4)早强：聚合反应后固结体可在15min内达到其最终强度的90%。材料具有良好的弹性和柔韧性，具有较高的抗拉强度。根据工程目的，固结体的强度和密度可通过添加外加剂进行调节。
(5)防水：固结体具有良好的防水性能。
(6)耐久：封闭环境下固结体的耐久性和稳定性非常强。
(7)环保：对环境无污染。
三 、水下不分散灌浆材料
水下不分散灌浆材料是以高强硅酸盐水泥为基体、以高性能聚合物为主要改性成分的多用途水泥基复合材料。聚合过程主要是以絮凝剂为主的水下不分散剂加入高强硅酸盐水泥中，使其与水泥颗粒表面产生离子键或共价键，起到压缩双电层，吸附水泥颗粒和保护水泥颗粒的作用。同时，水泥颗粒之间、水泥和聚合物之间，可通过絮凝剂的高分子长链的“桥架”作用，使浆液形成稳定的空间柔性网络结构，在其他外加剂(主要有高效减水剂、早强剂、膨胀剂、缓凝剂以及矿物掺合料等)的共同作用下，提高了浆液的黏聚力，限制浆液的分散、离析和避免水泥成分的流失。
水下不分散剂主要有水溶性丙烯酸类和水溶性纤维素类两大类。若在灌浆材料中添加减水剂时，则应考虑絮凝剂与减水剂的相容性，两者的相互排斥对水下不分散灌浆材料的黏聚性和流动性有较大的影响。根据工程需要，可在水下不分散灌浆材料中掺加粉煤灰、硅灰、膨润土、矿渣等掺合料，以进一步提高灌浆材料的抗分散性以及力学性能。
水下不分散灌浆材料具有很强的抗分散性和较好的流动性，在水下浆液可自流平、自密实，具有流动性好、微膨胀、水中不分散、与界面的粘结力强，固结体在水下性能稳定、有**韧性等特点，广泛用于水环境(淡水、海水、泥浆水)中的灌浆施工、浇筑施工，以及一些水下构筑物的修补及加固施工。水下不分散灌浆材料的抗压强度与非水下同样配比的灌浆材料相比要低，一般只有非水下的70%左右。采用水下不分散专用(外加剂)配制的灌浆水泥、灌浆料、自密实混凝土，不腐蚀钢筋，不污染施工水域，无毒害。
四、聚氨酯-水玻璃复合灌浆材料
聚氨酯-水玻璃灌浆材料由多元异氰酸酯或聚氨酯预聚体与水玻璃及其他助剂组成，常温下两组分按比例均匀混合、反应即可得到聚氨酯-水玻璃复合灌浆材料。
聚氨酯材料黏度相对低、凝胶时间可控，固化物导热系数低、耐化学性好，而水玻璃是一种可溶性的硅酸盐类，具有较强的粘结力、抗酸性、耐热性好、来源广泛、价格较低、无毒、环境友好。聚氨酯和水玻璃均属真溶液，具有很好的可灌性，且固结快、胶凝时间可控。
五、水泥-化学浆液复合灌浆材料
常用的以水泥浆为代表的颗粒状灌浆材料来源广泛、价格较低、固结体强度高、用途较广，是地基处理、充填等工程**的灌浆材料，但其可灌性一般、固结较慢、早期强度较低、动水条件下易被稀释；化学灌浆材料属真溶液，可灌性良好、固结时间可控、与被灌体界面粘结力强，但化学灌浆材料的有机属性决定了其来源依靠石油化工产品、价格较高、对环境不友好、在**条件下耐久性差。若将水泥(无机)类灌浆材料与化学(有机)灌浆材料进行有效地混合，形成复合浆液，发挥水泥浆材来源广泛、成本低、后期强度高、耐久性好等优点以及化学浆材可灌性好、固结快等特点，将两者复合形成无机-有机(水泥-化学浆液)复合灌浆材料，将发挥各自的优势，无疑具有较好的应用前景。
(1)水泥-水玻璃复合灌浆材料是最早也是应用最广的水泥-化学复合灌浆材料(现在基本已将水玻璃视为无机材料)；近年来，新型的水泥-化学复合灌浆材料在工程中应用越来越多，如水泥-丙烯酸盐复合灌浆材料、水泥-聚氨酯复合灌浆材料、水泥-水玻璃-聚氨酯复合灌浆材料、水泥-乳化沥青复合灌浆材料、水泥-环氧树脂复合灌浆材料等。
(2)水泥-丙烯酸盐复合灌浆材料是将适量的丙烯酸盐浆液加入到水泥浆中混合而成。水泥浆的强碱性和部分成分对丙烯酸盐的聚合有很大的促进作用，从而使复合浆液发生速凝，凝胶固化可在几秒之内完成，固结体抗压强度可达数十兆帕并且具有弹性。由于丙烯酸盐凝胶填充了水泥石的微观孔隙，固结体的抗渗性以及与界面的粘结性能都得到提高。基于以上优点，水泥-丙烯酸盐复合灌浆材料近年来在工程中得到了较广泛的应用。
(3)水泥-聚氨酯复合灌浆材料由多元异氰酸酯或聚氨酯预聚体与水泥按比例，附加其他外加剂混合而成。水泥浆液的特点是颗粒状材料、强度较高、凝胶固结时间较长、可灌性较差、无污染；聚氨酯浆液的特点是真溶液、可灌性良好、胶凝反应时间可控、浆液遇水可膨胀至数倍于自身的体积、形成的固结体具有**的柔韧性、耐低温、抗渗性能好、在界面处具有良好的粘结性。
这些水泥-化学浆液复合灌浆材料的一个共同特点都是以水泥为主，结合工程的特点和需要，与不同的化学浆材进行复合，从而形成新的水泥-化学浆液复合灌浆材料，复合后灌浆材料形成的固结体固化速度快且可控，固结体的柔韧性和弹性都有所增加，与界面的粘结力增强，改善了固结体的物理力学性能能，满足工程的不同需求。
声明：根据薛炜、古伟斌、胡文东编著的《建筑工程灌浆技术及应用》摘编，版权归原作者所有。转载请注明来自“福建新建工防水公众号”。
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