環(huán)氧樹脂灌漿材料的種類及其在工程中的應(yīng)用

魏 濤，汪在芹，韓 煒，鄒 濤

（長(zhǎng)江科學(xué)院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）

環(huán)氧樹脂灌漿材料的種類及其在工程中的應(yīng)用

魏 濤，汪在芹，韓 煒，鄒 濤

（長(zhǎng)江科學(xué)院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）

闡述了國(guó)內(nèi)外環(huán)氧樹脂灌漿材料的種類、配方及主要性能，簡(jiǎn)單介紹了國(guó)內(nèi)外環(huán)氧灌漿材料部分生產(chǎn)廠家及型號(hào)，概括了環(huán)氧樹脂灌漿材料在水利工程中的斷層破碎帶、泥化夾層、溶蝕帶和裂縫處理中的典型應(yīng)用情況?？紤]到目前我國(guó)廣泛采用的是糠醛 丙酮混合稀釋劑的環(huán)氧樹脂灌漿材料，這種體系由于糠醛的添加往往會(huì)產(chǎn)生環(huán)境問題，因此，今后國(guó)內(nèi)環(huán)氧灌漿材料的研究應(yīng)向著低毒、無氣味方向發(fā)展，大力開發(fā)水性和無有機(jī)溶劑環(huán)氧灌漿材料。

環(huán)氧灌漿材料；水利工程；應(yīng)用情況

1 概述

環(huán)氧樹脂灌漿材料是用得最多的補(bǔ)強(qiáng)灌漿材料，具有黏接力高，在常溫下可以固化、且固化后收縮小、以及有機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性與穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。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(dá)國(guó)家二戰(zhàn)后期即開始研究。我國(guó)1959年，根據(jù)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(guó)家科委批準(zhǔn)立項(xiàng)，把以環(huán)氧樹脂為主劑的漿材用于三峽固結(jié)灌漿作為一個(gè)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)黏度可調(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［1］。

這些灌漿材料在我國(guó)的水利工程（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）中得到了廣泛的應(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、中國(guó)水利水電科學(xué)研究院和長(zhǎng)江科學(xué)院作了大量的研究工作，并取得了可喜的成績(jī)。如CW系灌漿材料是在原長(zhǎng)江科學(xué)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(guó)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展水平，優(yōu)選了國(guó)內(nèi)最新的產(chǎn)品。在環(huán)氧樹脂方面，選擇了低黏度的環(huán)氧；在稀釋劑方面，對(duì)稀釋劑進(jìn)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)性表面活性劑，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 化學(xué)復(fù)合灌漿技術(shù)，堪稱國(guó)際上處理低滲透性軟弱巖土地層的先進(jìn)技術(shù)。中國(guó)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(guó)際上處理低滲透性軟弱巖土地層的先進(jìn)技術(shù)［2］。

2 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黏度和適宜的操作時(shí)間，常用的環(huán)氧樹脂本身黏度較大，因此關(guān)鍵的問題是盡可能地降低其黏度，同時(shí)又必須使固化物具有所需的各種性能?？砂循h(huán)氧灌漿材料分為如下6大類［3］。

2.1 非活性稀釋劑體系的環(huán)氧灌漿材料［4］

這種環(huán)氧灌漿材料的組分簡(jiǎn)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(jiǎn)單，而且黏度較低，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，因此，目前一般不采用。其代表性的配方如表1。

表1 非活性稀釋劑體系的環(huán)氧灌漿材料的典型配方Table 1 Typical formulas of epoxy-resin grouting materials with non-active diluents

2.2 糠醛 丙酮稀釋體系的環(huán)氧樹脂灌漿材料［4］

我國(guó)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(jìn)行反應(yīng)的原理考慮的。其典型配方和性能如表2和表3所示。

表2 糠醛 丙酮稀釋體系的環(huán)氧樹脂灌漿材料的典型配方Table 2 Typical formula of epoxy-resin grouting materials with furfural-acetone diluents

表3 糠醛 丙酮稀釋體系的環(huán)氧樹脂灌漿材料的主要性能［5］Table 3 Properties of epoxy-resin grouting materials with furfural-acetone diluents

在固化終結(jié)時(shí)，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)。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)兼具環(huán)氧樹脂和呋喃樹脂的優(yōu)良性能，機(jī)械強(qiáng)度高，與巖石和混凝土黏接牢固，耐水、耐酸、耐堿、耐鹽腐蝕，以及耐老化性能。隨著改革開放和我國(guó)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)良的物理力學(xué)性能和更高的滲透性，即使在水下（含有壓流動(dòng)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)性能和黏接強(qiáng)度。

人們特別關(guān)心高分子化灌材料的耐老化性能。據(jù)國(guó)際耐老化研究權(quán)威專著介紹環(huán)氧樹脂和呋喃樹脂耐老化性能優(yōu)良，環(huán)氧樹脂只怕紫外線照射，在裂縫和地下不存在此問題。長(zhǎng)江科學(xué)院從30余年前即開始將純漿材固結(jié)體和混凝土壩體裂縫灌漿后取出的芯樣，分別在水中或空氣中保存，長(zhǎng)者已達(dá)32年，至今完好，且黏接牢固。這種體系由于糠醛的添加往往會(huì)產(chǎn)生環(huán)境問題。因此，人們?cè)谘芯繜o毒副作用環(huán)氧固化劑的同時(shí)，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。

2.3 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［4］

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。現(xiàn)有活性稀釋劑本身的黏度一般都比較大，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(gè)合理且有前途的發(fā)展方向，可以期望能使用黏度更小、無毒、無氣味價(jià)廉的活性稀釋劑，使國(guó)內(nèi)環(huán)氧樹脂灌漿材料達(dá)到一個(gè)新的水平。國(guó)外主要是這種體系的環(huán)氧樹脂灌漿材料。其典型配方和性能如表4和表5所示。

表4 活性稀釋劑體系的環(huán)氧灌漿材料典型配方Table 4 Typical formulas of epoxy-resin grouting materials with active diluents

表5 活性稀釋劑體系的環(huán)氧灌漿材料的主要性能［5］Table 5 Properties of epoxy-resin grouting materials with active diluents

2.4 水性環(huán)氧樹脂灌漿材料［4］

這種環(huán)氧灌漿材料是以水作為稀釋體系，使用安全，亦可用水清洗，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(guó)內(nèi)已有多家機(jī)構(gòu)在研究水性環(huán)氧樹脂，但應(yīng)用還不多。

2.5 丙烯酸環(huán)氧樹脂灌漿材料［2］

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(diǎn)，可以進(jìn)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)黏度，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(shí)際上是無溶劑體系，機(jī)械性能好。其典型配方和性能如表6和表7所示。

表6 丙烯酸環(huán)氧樹脂灌漿材料的典型配方Table 6 Typical formula of acrylic epoxy-resin groutingmaterials

表7 丙烯酸環(huán)氧樹脂灌漿材料的主要性能Table 7 Properties of acrylic epoxy-resin groutingmaterials

2.6 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［2］

采用互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用2種或2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(diǎn)，克服各自的局限性?；ゴ┚酆衔锞W(wǎng)絡(luò)技術(shù)是國(guó)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(diǎn)，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(qiáng)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。其典型配方和性能如表8和表9所示。

表8 丙烯酸環(huán)氧樹脂與聚氨酯互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)灌漿材料的典型配方Table 8 Typical formula of grouting materials based on acrylic epoxy-resin and polyurethane interpenetrating polymer

表9 丙烯酸環(huán)氧樹脂與聚氨酯互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)灌漿材料的主要性能Table 9 Properties of grouting materials based on acrylic epoxy-resin and polyurethane interpenetrating polymer

3 國(guó)內(nèi)外環(huán)氧灌漿材料部分生產(chǎn)廠家及型號(hào)［2］

目前，國(guó)內(nèi)外環(huán)氧灌漿材料部分生產(chǎn)廠家及型號(hào)如表10。

表10 國(guó)內(nèi)外環(huán)氧灌漿材料部分生產(chǎn)廠家及型號(hào)Table 10 Foreign and domestic producers of epoxy-resin grouting material and products

4 環(huán)氧灌漿材料在水利工程中應(yīng)用的典型實(shí)例

4.1 斷層破碎帶和泥化夾層加固處理的應(yīng)用［5］

三峽工程永久船閘和臨時(shí)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，其主斷層帶處于疏松 半疏松狀況，且變形模量在0.2～0.5 GPa之間，對(duì)建筑物基礎(chǔ)應(yīng)力傳遞極為不利，設(shè)計(jì)單位提出用灌漿法進(jìn)行加固。其中f1096斷層化學(xué)灌漿2 610.8 m，f1050化學(xué)灌漿461.05 m，f215和f548化學(xué)灌漿共有3 000多米。

4.2 溶蝕帶基礎(chǔ)防滲［2］

江埡水電站7，8壩段溶蝕融化灌前進(jìn)行普通水泥、超細(xì)水泥、改性水泥多次灌漿試驗(yàn)，耗資約600萬元，透水率仍大于1 Lu，最大達(dá)5.1 Lu，涌水壓力最大達(dá)0.5 MPa。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(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，保證了大壩安全和及時(shí)竣工驗(yàn)收。環(huán)氧樹脂類漿材應(yīng)用于溶蝕帶防滲處理在國(guó)內(nèi)外尚屬首次。

4.3 裂縫處理［6，7］

漢江航線新城船閘總長(zhǎng)236 m的13條貫穿性涌水裂縫，縫寬0.2～4 mm，經(jīng)CW化灌處理后沿縫無滲水，劈裂抗拉強(qiáng)度1.7～3.1 MPa；三峽永久船閘輸水洞層面縫寬0.06～0.3 mm的滲水縫，CW化灌后縫內(nèi)固化物充填密實(shí)，劈裂抗拉強(qiáng)度＞1.0 MPa，證明其處理微細(xì)滲水裂縫的可行性及可靠性。

5 國(guó)內(nèi)環(huán)氧灌漿材料的發(fā)展方向

我國(guó)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，并在我國(guó)水利水電工程中取得可喜的成績(jī)，但這種體系由于糠醛的添加往往會(huì)產(chǎn)生環(huán)境問題，為此國(guó)內(nèi)環(huán)氧灌漿材料應(yīng)向著低毒、無氣味的方向發(fā)展，大力開發(fā)水性和無溶劑環(huán)氧灌漿材料。

［1］ 魏 濤，汪在芹，薛希亮，等.CW系化學(xué)灌漿材料的研制［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2000（6）：29-31.

［2］ 魏 濤，董建軍.環(huán)氧樹脂在水工建筑物上的應(yīng)用.化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［3］ 劉嘉材.化學(xué)灌漿技術(shù)［M］.北京：中國(guó)水利水電，1980.

［4］ 魏 濤，李 珍，董建軍，等.化灌法［M］.北京：中國(guó)水利水電，2006.

［5］ 陳珙新，祝 紅，熊 進(jìn)，等.三峽工程F215斷層復(fù)合灌漿處理實(shí)驗(yàn)研究［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2000（6）：9-11.

［6］ 廖國(guó)勝，黃良銳，魏 濤.三峽工程永久船閘砼層面縫滲水處理［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2000，（6）：25-28.

［7］ 魏 濤，蔡勝華，王樹清，等.新城船閘下閘首裂縫處理［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2000，（6）：56-57.

Category of Epoxy Resin Grouting Materials and Its Application

WEI Tao，WANG Zai-qin，HAN Wei，ZOU Tao

（Research Center on Water Engineering Safety and Disaster Prevention of MWR，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

This paper gives an introduction of the kind，formula，and properties of some epoxy-resin grouting materials produced and used broadly at home and abroad，as well as their producers and types.It also gives some typical examples of application of epoxy-resin grouting materials in some special field conditions，such as in fault fractured zones，muddy intercalations，and corrosion zones，as well as in crack treatment.Considering the existence of furfural in it，the epoxy-resin grouting materials with furfural-acetone diluents can cause some environmental problems.So，it is certain that grouting materials without low-toxicity and odorless represent the direction of future research work in this grouting field，and a great effort should be made to develop waterborne and organic solvent-free epoxy-resin grouting materials.

epoxy-resin grouting material；hydraulic project；environmental effect

TV46

A

1001-5485（2009）07-0069-04

2008-08-19；

2008-11-13

魏 濤（1964-），男，河南鄧縣人，高級(jí)工程師，主要從事新材料開發(fā)及混凝土的修補(bǔ)，（電話）15972018245（電子信箱）wxt2008＠163.com。

（編輯：劉運(yùn)飛）

·簡(jiǎn)訊·

《長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)》被評(píng)為“RCCSE中國(guó)核心學(xué)術(shù)期刊”

由中國(guó)期刊協(xié)會(huì)、中國(guó)科學(xué)評(píng)價(jià)研究中心等多家國(guó)內(nèi)權(quán)威期刊評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)組織的“首屆中國(guó)期刊質(zhì)量與發(fā)展論壇”于2009年6月12-13日在武漢大學(xué)召開。來自全國(guó)期刊行業(yè)的200多個(gè)單位的300多名代表參加了會(huì)議，《長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)》編輯部主任參加了會(huì)議。

在會(huì)上，期刊界的領(lǐng)導(dǎo)、專家代表，針對(duì)期刊改革與發(fā)展、期刊的總體質(zhì)量現(xiàn)狀、中國(guó)學(xué)術(shù)期刊的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力、期刊質(zhì)量評(píng)價(jià)方法及對(duì)策等問題作了精辟的報(bào)告。特別是《中國(guó)科技論文與引文數(shù)據(jù)庫》、《中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫》、《中國(guó)人文社會(huì)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫》和《北京大學(xué)中文核心期刊》都在會(huì)上介紹了選刊原則、期刊的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)量指標(biāo)等，并與參會(huì)代表展開了互動(dòng)討論。許多代表還對(duì)期刊評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)方法提出了一些意見和建議。

《長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)》均被這幾家國(guó)內(nèi)著名數(shù)據(jù)庫收錄為統(tǒng)計(jì)源期刊及核心期刊（以收錄社科類期刊的《中國(guó)人文社會(huì)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫》除外）。在本次由中國(guó)科學(xué)評(píng)價(jià)研究中心（RCCSE--Research Center for Chinese Science Evaluation）作出的《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊評(píng)價(jià)研究報(bào)告》中，《長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)》被評(píng)為“RCCSE中國(guó)核心學(xué)術(shù)期刊”。此研究報(bào)告將期刊評(píng)為5等，A＋等為權(quán)威期刊（占5%）；A等為核心期刊（占15%）；B＋等為準(zhǔn)核心期刊（占30%）；B等為一般期刊（占30%）；C等為較差期刊（占20%）。

這次參會(huì)，使《長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)》編輯部詳細(xì)了解了全國(guó)中文核心期刊評(píng)價(jià)指標(biāo)、方法及過程；期刊評(píng)價(jià)的目的和意義；各期刊質(zhì)量評(píng)價(jià)計(jì)量指標(biāo)的含義；以及幾大數(shù)據(jù)庫收錄核心期刊的標(biāo)準(zhǔn)及針對(duì)所收錄期刊提供的服務(wù)事項(xiàng)。對(duì)院報(bào)編輯部如何提高期刊的學(xué)術(shù)質(zhì)量、參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)具有明確的指導(dǎo)意義。如《中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫》CSCD（收錄了中國(guó)科技期刊的1／5）與美國(guó)湯姆森科技信息集團(tuán)聯(lián)手在ISI Web of Knowledge的平臺(tái)上向全球推出該庫所收錄的中國(guó)期刊，成為展現(xiàn)在全球的第一個(gè)非英文的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。《長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)》作為被其收錄的期刊今后更應(yīng)注意提高英文摘要和英文題目的水平，同時(shí)應(yīng)按照國(guó)際通行的標(biāo)準(zhǔn)，考慮提供中英文的參考文獻(xiàn)等等。還有許多優(yōu)秀期刊的質(zhì)量?jī)?yōu)化措施、質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益雙贏的辦刊經(jīng)驗(yàn)、學(xué)術(shù)期刊利用新聞媒體提高品牌知名度的方法等，都值得我們很好地借鑒。

（摘自《長(zhǎng)江科學(xué)院網(wǎng)》）