化学灌浆加固材料的发展历史

发布时间:2019-10-12 15:05:44

  纵观整个化学灌浆加固材料的发展历史,从其原材料使用角度,大致经历了4个发展阶段:

  1. 粘土浆液阶段(1802~1857年)

  1802年法国土木工程师查理士·贝里尼成功地利用灌浆技术将粘土浆压入地层,为港口城市戴佩维修加固砌筑墙,用冲击泵灌注粘土和石灰浆,迄今已有200多年的历史,称为注浆的开始。

  之后,这种浆液方法相继传入英国和埃及,从1802~1857年这段时期,注浆技术处于原始萌芽阶段,注入方法比较原始,浆液主要是粘土、火山灰、生石灰等简单材料。

  2. 水泥浆液阶段(1824年~1905年)

  1824年,英国约瑟夫·阿斯普丁获得了“波特兰水泥”专利,并大量应用于土木工程中;1838年英国汤姆逊隧道开始用水泥作为灌浆材料。

  此后粘土灌浆,水泥灌浆一直占据着主导地位。

  1845年W.E.Worthln 第一次将水泥注入水库溢洪道的基础中以提高基础的承载能力;1864年德国人在勤恩矿井内用手摇泵注水泥浆加固竖井井壁。

  1880~1905年期间在德国北部和比利时煤矿工作的人员,组成矿山技术小组,在涌水量大的竖井施工中进行水泥注浆实验,研制出高压注浆泵,改进了灌浆材料的混合方式等灌浆工艺。

  并将之用到隧道和大坝的建设中,成为现代注浆法的基础。标志注浆技术的发展进入水泥浆液注浆阶段。

  3. 化学浆液阶段(1884~1978年)

  1884年英国豪斯古德在印度建桥时,首次采用化学药品固砂;1887年,佐斯基利用一个钻孔注浓水玻璃,邻近孔注氯化钙创造了原始的硅化法而获专利,化学灌浆材料才发展起来。

  (水玻璃+氯化钙,这个用法还可以经常看到,以用在卫生间的双液注浆为主。)

  1909年,比利时人勒马蒙特在水玻璃中加入稀酸,发现了改变水玻璃pH值的凝固机理,提出了双液单系统的一次压注法并获得专利。

  (水玻璃+“五矾”,其中绿矾即硫酸亚铁,目前国内用的比较多,就是A组是透明水玻璃,B组是绿色的硫酸亚铁,你熟悉不?)

  1920年荷兰采矿工程师尤斯登首次论证了化学注浆的可靠性,并提出了使用水玻璃、氯化钙的双液双系统的注入方式,于1926年获得专利。由于水玻璃价格便宜、无毒,所以得到了很快的发展。

  直到20世纪40年代,化学灌浆几乎是水玻璃灌浆的同义词。

  随着工程上的需要和化学工业的发展。化学灌浆从采用单纯的无机化合物,逐渐采用了有机材料,有的开始采用高分子化合物,以补充水泥灌浆的不足,使化学灌浆逐步满足工程需要。

  20世纪50年代,美国研制了粘度接近水,凝胶时间可以任意调节的丙烯酰胺浆液(AM-9)。

  1956年左右,又出现了尿素-甲醛类浆液,此后国际上相继推出了木素类(英国的TDM铬木素浆液,中国东北大学杜嘉鸿教授领导研制的微毒性铬木素浆液)、丙烯酸盐类、聚氨酯类、环氧类等品种繁多的化学灌浆材料。

  但是,在1974年日本福冈发生了灌注丙烯酰胺引起中毒的事故后,开始禁用有毒的化学浆液。有一些国家也参照日本的“暂行规定”禁止使用毒性浆液。

  1978年美国停止使用了AM-9的生产。所以20世纪70年代后期,世界各国相继禁止用有毒化学灌浆材料,(这其中就包括中国。)并且其他化学注浆材料的使用也有一定限制。

  4. 现代化学灌浆材料发展阶段(1978年至今)

  1978年,是中国改革开放的起始年,也是现代化学灌浆加固材料研发的突破年。

  由于化学灌浆材料有毒,而水玻璃类浆材在固结强度和耐久性方面又不能满足大型工程的需要。

  因此,人们又开始把目标转到了硅酸盐水泥的开发利用上,但是对于细微裂隙的岩、土体,普通水泥的粒径较大,无法灌入。

  为此,Shimoda和Clarke分别于1982年和1984年用超细水泥加固具有微细裂隙的岩土体,当时他们使用的超细水泥是日本奥罗达水泥联合公司和吉涯德岩土化学联合公司生产的MC-500号水泥。

  我国于20世纪80年代中期在一些科研单位诸如中国建材科学院、中国水利水电科学研究所、长江科学院等单位开始研制超细灌浆水泥,并配套研超细水泥湿磨机。

  20世纪末,上述科研机构的新材料研究所(院)又进行纳米水泥的研发工作。

  在此期间,一改以往三阶段的单一类浆液的材料研发态势,更多地、综合地进行了多种化学灌浆材料的各种改性研发工作。

  诸如改性黏土浆材、改性水泥浆材、改性水玻璃浆材、改性环氧浆材、改性丙烯酸盐浆材、改性聚氨酯浆材、改性木质素浆材等。

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