陶泽源 TAO Ze-yuan；王源 WANG Yuan

（昆明理工大学，昆明 650093）

（Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China）

浅谈微裂隙岩体注浆堵水材料

陶泽源 TAO Ze-yuan；王源 WANG Yuan

（昆明理工大学，昆明 650093）

（Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China）

注浆材料主要是注浆堵水工程中一个重要的环节，尤其是在岩体裂隙发育带注浆堵水工程中起到了决定性的作用。本文主要说明了目前国内外常用的注浆材料成分，介绍了两种微裂隙注浆堵水中常用到的注浆材料：超细水泥浆液和化学浆液中的脲醛树脂浆液的性能特点。

注浆材料；超细水泥；脲醛树脂浆液

0 引言

注浆材料是注浆堵水工程中一个重要的环节，尤其是在岩体裂隙发育带注浆堵水工程中起到了决定性的作用，注浆材料的性能决定了浆液是否能够充填到岩土体裂隙或者孔隙中，尤其是细小裂隙或孔隙发育的地段，如果不能有效的充填到裂隙中，那么注浆堵水工程很有可能达不到预期目的，反而会增加工程量，提高工程成本。由于岩土体注浆属于一个隐蔽的工程，浆液流动于地下复杂的地质构造中，浆液流动过程中其内部也同时发生着物理化学反应，且岩体裂隙分布又难于模拟，使得注浆过程中难以准确的描述浆液的流动规律和扩散范围，因此，在裂隙岩体中注浆材料的选择是十分重要的。

1 水泥浆材

水泥材料的浆液具有固结体强度高、耐久性好、材料来源广泛、工艺设备简单、成本相对低廉等优点，广泛应用于各类工程中。但是水泥浆液易发生离析和沉淀现象，其稳定性较差。此外，由于普通水泥浆液的固体颗粒大，浆液很难注入到岩层的微小裂隙或孔隙中，因此，普通水泥浆液一般主要是作为加固裂隙岩体的一种注浆材料。

超细水泥的出现克服了水泥浆材难以渗入微小裂隙或孔隙岩层中的缺点。超细水泥具有普通水泥浆液和化学浆液的优点，且不污染环境。这种新型水泥为注浆领域开辟了新的篇章，有慢慢代替化学浆液的趋势。超细水泥浆液在封堵地下水以及坝基、桥梁、隧道等工程中取得了良好的效果。但由于超细水泥的价格相对较贵，其成本远高于化学浆液的成本，在普通工程中选用较少，因此，超细水泥在今后的研发中应向低成本方向研究。

2 化学浆材

化学浆液的优点是可注性好，浆液粘度较低，凝胶时间可控、防渗性能及耐久性能好，能注入到岩层中的微裂隙或孔隙。化学浆材主要分为两大类：

2.1 水玻璃类的化学注浆材料（分为碱性和酸性水玻璃）碱性水玻璃的缺点是凝胶体有脱水收缩和腐蚀岩体的现象，耐久性差，会污染环境。

酸性水玻璃浆材能够在中性区域内凝胶，不存在碱性水玻璃的缺点，耐久性较好。近期，铁道科学院研制出了一种抗收缩和耐久性强的水泥—水玻璃双浆液，在水泥—水玻璃浆液中加入低钙铝酸盐和单质膨胀剂，成为硅酸盐型浆液，其耐久性可达10年以上。

2.2 有机高分子注浆材料 这种材料具有良好的抗渗性能，能渗透进微裂隙或空隙中、固结性能好和凝胶时间可控的优点，能够解决水泥浆液不能解决的工程地质问题。近年来，许多科学院对原有的高分子材料进行了改进，例如：出现无酸的矿用脉醛树脂浆材，毒性非常小的丙烯酸盐浆材等。但是由于普通化学浆液的结石体强度低于水泥浆液，且耐久性差，会污染周围环境和地下水，因此其应用范围正逐渐收到限制。

2.3 水泥粘土混合浆材 水泥—粘土混合型浆液根据水泥和粘土所占比例，可以分为水泥粘土浆液及粘土水泥浆液。粘土是一种历史悠久的注浆材料。200年前，法国一名工程师发现将粘土浆液注入墙体中可以修复其裂隙。几年以后，工程师们采用新型、低廉的粘土水泥浆液，配合钻孔测试和控制仪表，成功将其用于300多个工程项目中。之后，水泥—粘土混合型浆液广泛应用于各种注浆工程中。

2.4 粘土固化浆液 粘土固化浆液是通过对粘土水泥浆液不断的研究演变而来的。它是将固化剂添加到粘土水泥浆液中而形成的。

粘土固化浆液与水泥类浆液比较有以下几个优点：

具有良好的抗水稀释性和流变性。该浆液能够吸收大量的水而不发生分层现象，仅仅浆液变的稀释，但并不影响其凝固。该浆液还可以根据工程设计要求调整其流变参数。浆液中粘土所占比重大，尤其是细颗粒的粘土，而且粘土颗粒可以很好地分散在浆液中，因此浆液整体都能表现出良好的流动性，能够容易地渗入岩体微小裂隙中，从而提高注浆堵水的效果。

该浆液的凝胶时间从几秒到几十分钟可调，其凝胶后结石体的收缩率高，收缩性小，且形成的结石体有良好的封闭性，从而具有良好的防渗堵水效果。

岩土矿物的成分主要是高岭石类和蒙脱石类粘土矿物，这些矿物有很好的抗侵蚀能力，从而增加其适用范围。这类粘土矿物其成本很低，同时加上适量的化学浆液材料和水泥，具有更好的注浆堵水效果，因此成本低廉。

粘土固化浆液相对的总体优点：

浆液的胶凝时间可大幅度缩短。其表现在于加入固化剂后，在催化作用下，水泥水化反应加快，水泥、水玻璃、粘土三者之间在固化剂的催化作用下反应也加快了，从而减少其胶凝时间。同时，在固化剂的催化作用下，粘土固化浆液的结石体强度增加，特别是其早期强度增加快，最后可以达到很高的强度。

3 两种微裂隙注浆堵水常用的材料

微裂隙防渗注浆堵水工程必须选用良好的注浆材料，在工程中我们常用的材料有以下几种。

3.1 超细水泥浆液 对于裂隙开度小于0.2mm的注浆工程中，对于普通硅酸盐水泥浆液来说，其颗粒较大，难以注入此类裂隙中，而化学浆液又具有一定的腐蚀性和污染性，因此，工程师们发明了超细水泥。超细水泥指的是其粒径一般处于5um-20um之间（现在研发的超细水泥有些甚至可以小于1um或是纳米级）。

超细水泥浆液的性能：

3.1.1 粘度 通过实验测试水灰比W/C为0.6-2.0浆液粘度值可以发现，超细水泥浆液的粘度要比普通硅酸盐水泥的粘度要高几十倍，得出超细水泥的水化需水量大，流动性较差。因此在使用超细水泥浆液时，需要加入一定量的减水剂来降低其粘度。

3.1.2 胶凝时间 超细水泥浆液的胶凝时间是根据浆液的水灰比，缓凝剂量等有关，需要根据工程的具体要求来操作。一般情况下，浆液的胶凝时间是随着水灰比的增大而增长、缓凝剂的增加而增长、随着温度的升高而缩短。

3.1.3 抗压强度 通过实验表明，超细水泥结石体的早期后期强度都较高，相对普通水泥来说，早期强度更为突出。早期浆液中水泥颗粒水化比较充分，更容易提高强度。一般情况下，结石体的抗压强度会随着水灰比的增大而减少、缓凝剂的增加而减少。

3.1.4 可注性 超细水泥浆液的可注性与它自身的粘度和粒度、岩体微裂隙发育情况、注浆压力等因素有关。从国内外注浆工程中得出，浆液的颗粒度小，能够渗入岩土体的微裂隙和孔中。实验得出：

岩体裂隙开度值0.02mm-0.05mm时，可以用粘度值≤17.1mPa.s的超细水泥浆液注入；

岩体裂隙开度值0.05mm-0.07mm时，可以用粘度值≤33.6mPa.s的超细水泥浆液注入；

岩体裂隙开度值大于0.07mm时，可以用粘度值≤624.7mPa.s的超细水泥浆液注入。

3.2 脲醛树脂浆液 脲醛树脂浆液是由尿素和甲醛在碱性或酸性催化剂作用下，经加成反应、缩聚反应生成初期的高分子聚合物，然后在固化剂或加热作用下，形成不溶、不熔并具有较高强度的固体物质。脲醛树脂浆液的优点是：材料来源十分丰富、价格相对低廉，抗压强度高。缺点是：易脆，浆液中甲醛具有刺激性气味，只能在酸性条件下固化，具有腐蚀性，对人体不安全，不宜存放且粘度大，胶凝体的抗渗性能差。

由于脲醛树脂浆液胶凝体存在的缺点，在其生产过程中要加入能改良其性能的化学材料或者浆液，提出一种改良型脲醛树脂浆液。目前在对富水裂隙岩层进行防渗注浆时，其办法为，采用双浆液注浆的办法对脲醛树脂浆液改良，即采用双浆液化学注浆法。这种方法可通过控制双浆液的比例来缩短其凝胶时间，有效的预防浆液受水稀释的缺点，以取得快速注浆堵水的效果。改良型脲醛树脂浆液的凝胶体强度较高，粘结力非常大，可以与岩层牢固粘结，提高裂隙岩体强度，流动性好，可以调节胶凝时间，可渗透到约0.1mm左右的微裂隙中。

4 结语

在注浆堵水工程中，尤其是岩体裂隙发育段，且无法查明岩体裂隙发育情况下，采用普通浆液材料无法达到预期的目的，因此研究岩体裂隙注浆堵水材料是十分重要的。

讨论了目前国内外常用的注浆材料成分，介绍了两种微裂隙注浆堵水中常用到的注浆材料：超细水泥浆液和化学浆液中的脲醛树脂浆液，为以后相关工程提供一个借鉴的依据。

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On the Micro Fracture Rock Grouting Water Plugging Material

The grouting material is an important link of water engineering,especially plays a decisive role in the rock fractured zone grouting engineering.This paper mainly introduces the performance characteristics of two grouting materials commonly used in water shutoff at home and abroad:urea formaldehyde resin slurry fine cement grout and chemical grout.

grouting material；superfine cement；urea formaldehyde resin slurry

陶泽源（1987-），男，宁夏银川人，现就读于昆明理工大学国土资源工程学院，地质工程专业，研究方向为水文地质与工程地质。

U213.1+58

A

1006-4311（2014）13-0040-02