隨著水利
、電力、交通等事業的深入發展，一些工程的難度也愈益增加。在探洞、輔助洞、隧洞的開挖過程中，常遇到高壓、大流量的突水或突泥，這給施工帶來很大的險情和困難
，有時會嚴重影響工程進度

，甚至被迫停止施工。


      灌漿工法是最常采用的堵漏手段之一。常用的堵水方法是采用水泥-水玻璃、改性的快硬水泥灌漿材料
，由於其快速固化性能和便宜的價格，常作為首選材料。但在高壓、劇烈的動水環境中，由於水泥―水玻璃漿液終凝時間長
、強度低、也難以如願。希望能找到一種能在很短時間內、最好是在堵水瞬間能達到難以衝走的高強度的材料。分析了水泥-水玻璃、丙烯酸鹽、水溶性和油溶性聚氨酯等化學灌漿材料的堵水原理，認為油溶性聚氨酯有可能達到這項苛刻的要求。由於其分子中的NCO基團和水能快速反應

，可在數秒鍾之內開始發泡、固化，以致快速封堵漏水，而且固結體強度高。國外的de neef、Fosroc公司
、日本的東邦株式會社、國內的許多科研院校、水電工程公司、隧道工程公司等在采用油溶性聚氨酯封堵大漏水工程方麵都有許多精彩之舉。
      我院在20世紀70年(nian)代(dai)就(jiu)研(yan)製(zhi)和(he)應(ying)用(yong)油(you)溶(rong)性(xing)聚(ju)氨(an)酯(zhi)化(hua)學(xue)灌(guan)漿(jiang)材(cai)料(liao)。回(hui)顧(gu)國(guo)內(nei)該(gai)方(fang)麵(mian)的(de)產(chan)品(pin)狀(zhuang)況(kuang)
，對(dui)比(bi)國(guo)外(wai)有(you)關(guan)這(zhe)方(fang)麵(mian)先(xian)進(jin)材(cai)料(liao)的(de)性(xing)能(neng)，仍(reng)有(you)許(xu)多(duo)值(zhi)得(de)深(shen)入(ru)研(yan)究(jiu)的(de)問(wen)題(ti)。其(qi)中(zhong)
，一(yi)個(ge)是(shi)產(chan)品(pin)的(de)環(huan)保(bao)性(xing)能(neng)問(wen)題(ti)

，一(yi)個(ge)是(shi)灌(guan)漿(jiang)成(cheng)本(ben)問(wen)題(ti)。
      分(fen)析(xi)國(guo)內(nei)的(de)大(da)部(bu)分(fen)灌(guan)漿(jiang)材(cai)料(liao)，其(qi)稀(xi)釋(shi)劑(ji)大(da)多(duo)是(shi)丙(bing)酮(tong)和(he)二(er)甲(jia)苯(ben)

，因(yin)為(wei)價(jia)格(ge)便(bian)宜(yi)，原(yuan)料(liao)易(yi)得(de)。而(er)催(cui)化(hua)劑(ji)基(ji)本(ben)上(shang)以(yi)三(san)乙(yi)胺(an)為(wei)主(zhu)

，因(yin)為(wei)發(fa)泡(pao)速(su)度(du)快(kuai)
，對(dui)止(zhi)水(shui)有(you)利(li)。但(dan)是(shi)丙(bing)酮(tong)沸(fei)點(dian)低(di)，隻(zhi)有(you)56°C，容易揮發、ranshao。sanyianjuyouqiangliedeqiwei，zaitongfengbuliangdesuidaozhongshigong，shigongrenyuannanyirenshou。zaifengdudayongshuishi，shenzhifashenggongrenhunjueshigu。weicihangzhouguodianshuilidianligongchengyouxiangongsizaiyuanyoujichushang，binqilebingtong、三乙胺等材料，成功開發了材料本身氣味小
、反應過程中幾乎不釋放刺激性氣味、性能好的HK-9105油溶性聚氨酯化學灌漿材料，已在浙江某火力發電站海底引水洞堵水處理中得到應用。
      關於降低灌漿成本問題，本文提出了聚氨酯化灌材料與水泥漿液組成的雙液法灌漿方法
，並測定其乳白時間(起泡時間)
、凝膠時間（止泡時間）、失粘時間
、發泡倍數和密閉成型後的抗壓強度。
1、主要原材料
      三官能團聚醚多元醇
，工業級
；二官能團聚醚多元醇
，工業級；多苯基多亞甲基多異氰酸酯（PAPI），工業級；增塑劑
，工業級；泡沫穩定劑，化學純
；催化劑，化學純。其中作為主要原料的異氰酸酯
，從環保和安全角度出發，選擇了比TDI沸點高、不易揮發的PAPI。


2、主要性能
      本文對HK-9105油溶性聚氨酯化學灌漿材料進行性能測定，如比重
、粘度、發泡速度、體積膨脹率、漿液對砂漿的粘結強度及其和齡期的關係、密閉成型後試件的抗壓強度及其和齡期的關係等，具體數據如表1所示。
      表1  HK-9105油溶性聚氨酯化學灌漿材料
      序號 項目 性能指標 
      1 外觀 棕色透明液體 
      2 比重（g/cm3, 25±0.5℃） 1.15±0.05 
      3 粘度（mPa・s, 25±0.5℃） 250-350 
      4 遇水發泡起止時間（25±1℃） 8-30秒 
      5 遇水發泡倍數（25±1℃） ＞20 
      6 漿液對砂漿的粘接強度（MPa）齡期：一天 ＞3 
      7 固結體抗壓強度（MPa）


，（在密閉條件下成型）
      齡期：   4小時
      24小時  
      17-20
      25-30 
3、影響漿材發泡性能和堵水效果的主要因素
     （1）多異氰酸酯和多元醇的選擇
      duihuaxueguanjiangcailiaoeryan，yiqingsuanzhihejumiduoyuanchunshiqiguanjianyuancailiaozhiyi。youyuyiqingsuanzhidejiegoubutong，tadexuanzezhijiejuedingleguanjiangcailiaodewulihejiegouxingneng。suiranTDI和PAPI都可以製得性能優良的化學灌漿材料

，但TDI飽和蒸汽壓高、毒性較大、氣味較為刺鼻
，因而不宜用於施工環境較為惡劣的化學灌漿場所
，為此我們選用了PAPI。多元醇的種類較為繁多，綜合價格成本和產品性能等要求，選擇了多種不同官能團度的聚醚多元醇。
－NCO/OH的比例直接關係到分子鏈的長短、交鏈程度、聚合度的大小
，因此也影響到漿液粘度的大小、貯存期的長短。
      本文考察了不同－NCO/OH比例時的漿材情況，試驗結果表明：－NCO/OH 值較大

，則漿材中的遊離NCO含量較高，平均分子量較低，交鏈程度也較小，因而粘度較小，漿材的反應活性較大；但較大的－NCO/OH 值意味著異氰酸酯使用比例較大
，原料成本較高，且易引起泡孔過大、易坍泡
、泡沫強度較低等不良現象，因此在滿足產品性能的情況下應盡量降低－NCO/OH 值。
不同官能團度聚醚多元醇的使用比例不同

，使得漿材在性能上必然存在一定的差異。在－NCO/OHbiliyidingshi，diguannengtuanjumiyongliangjiaoduo，zejumidezongzhiliangzengjia，yinqihechengdejiangcaijiaolianchengdujianxiao，jiangcaizhandudexiajiang。erjiangcaizhandujiaoxiao
，buliyupaokongbimodeqiangdufazhan
，yichuxiantanpaoxianxiang。


     （2）催化劑對漿材發泡性能的影響
      催化劑的選擇和用量的確定

，需要綜合考慮其環保性能、相容性能、催化效果、成本及應用情況等各個方麵。
      催化劑一般有叔胺類和有機錫類催化劑。叔胺類催化劑對異氰酸酯與水反應有很強的催化作用
，活性範圍很寬。常用的叔胺類催化劑有：三乙胺、三亞乙基二胺、三乙醇胺
、雙（β－二甲胺乙基）醚
、二甲基苄胺及四甲基丁二胺等。常用的有機錫類催化有：二月桂酸二丁基錫、辛xin酸suan亞ya錫xi等deng。在zai聚ju氨an酯zhi泡pao沫mo領ling域yu，常chang常chang同tong時shi使shi用yong兩liang種zhong或huo兩liang種zhong以yi上shang催cui化hua劑ji。催cui化hua劑ji的de複fu配pei使shi用yong
，可ke產chan生sheng協xie同tong效xiao應ying
，調tiao節jie鏈lian增zeng長chang速su度du與yu交jiao聯lian速su度du間jian的de平ping衡heng，達da到dao顯xian著zhu提ti高gao催cui化hua活huo性xing的de目mu的de。
     本ben文wen立li足zu環huan境jing保bao護hu要yao求qiu
，根gen據ju所suo采cai用yong的de聚ju醚mi和he異yi氰qing酸suan酯zhi的de特te性xing，在zai考kao察cha各ge種zhong催cui化hua劑ji對dui主zhu要yao反fan應ying體ti係xi的de催cui化hua效xiao果guo和he副fu反fan應ying的de抑yi製zhi效xiao果guo的de基ji礎chu上shang，采cai用yong了le以yi叔shu胺an為wei主zhu，有you機ji錫xi為wei輔fu的de複fu合he催cui化hua體ti係xi。該gai催cui化hua體ti係xi氣qi味wei小xiao，毒du性xing低di，催cui化hua活huo性xing高gao，催cui化hua選xuan擇ze性xing也ye非fei常chang有you利li於yu與yu水shui的de反fan應ying。
      為了方便灌漿施工，本文將預聚體配製成A組分，將多種催化劑和助劑配製成B組分。本文考察了不同B組分添加量時，漿材的發泡時間及發泡倍數，結果見圖1。試驗結果表明，隨著B組分的增加
，漿材的發泡速度（起泡時間、止泡時間和失粘時間）都迅速加快，當B組分加入到10％左右後，下降趨勢逐漸平緩，降幅較小
；而發泡倍數則迅速增加，當加入到10％左右後
，增幅逐漸減小，增加趨勢減緩。並且催化劑的用量過多
，易降低固結體的強度，因此，B組分的使用量以不超過10%為宜。
     （3）泡沫穩定劑對漿材發泡性能的影響
      泡沫穩定劑是漿材中不可或缺的一個組成部分。它的用量很少
，但卻舉足輕重。泡沫穩定劑是一種表麵活性劑，它主要起三種作用，（1）乳化作用，降低原料體係的表麵張力
，改善原料組分的混溶性
；（2）成核作用，促進發泡初期氣泡核的形成
，調節泡孔結構；（3）穩wen定ding作zuo用yong，提ti高gao原yuan料liao體ti係xi的de穩wen定ding性xing及ji流liu動dong性xing
，使shi其qi密mi度du分fen布bu均jun勻yun。是shi否fou具ju有you理li想xiang的de開kai孔kong或huo閉bi孔kong結jie構gou

，主zhu要yao取qu決jue於yu泡pao沫mo形xing成cheng過guo程cheng中zhong的de凝ning膠jiao反fan應ying速su度du和he氣qi體ti膨peng脹zhang速su度du是shi否fou平ping衡heng。而er這zhe一yi平ping衡heng要yao通tong過guo調tiao節jie配pei方fang中zhong的de催cui化hua劑ji、泡沫穩定劑等助劑的種類和用量來實現。
泡pao沫mo穩wen定ding劑ji的de類lei型xing很hen多duo
，在zai本ben試shi驗yan中zhong采cai用yong的de是shi有you機ji矽gui泡pao沫mo穩wen定ding劑ji。通tong常chang以yi聚ju矽gui氧yang烷wan為wei主zhu鏈lian
，共gong聚ju醚mi為wei側ce鏈lian。其qi中zhong聚ju矽gui氧yang烷wan為wei親qin油you性xing基ji團tuan，起qi界jie麵mian取qu向xiang作zuo用yong，聚ju醚mi為wei親qin水shui基ji團tuan
，起qi增zeng溶rong作zuo用yong。有you機ji矽gui泡pao沫mo穩wen定ding劑ji的de品pin種zhong繁fan多duo，要yao通tong過guo試shi驗yan進jin行xing篩shai選xuan。
      對於聚氨酯化學灌漿材料而言，由於預聚體采用多官能團度
、低(di)分(fen)子(zi)量(liang)的(de)聚(ju)醚(mi)多(duo)元(yuan)醇(chun)與(yu)多(duo)異(yi)氰(qing)酸(suan)酯(zhi)反(fan)應(ying)
，因(yin)此(ci)其(qi)凝(ning)膠(jiao)速(su)度(du)相(xiang)對(dui)較(jiao)快(kuai)，氣(qi)泡(pao)壁(bi)膜(mo)起(qi)強(qiang)度(du)較(jiao)快(kuai)。即(ji)在(zai)泡(pao)孔(kong)內(nei)氣(qi)體(ti)的(de)壓(ya)力(li)上(shang)升(sheng)時(shi)，氣(qi)泡(pao)壁(bi)膜(mo)已(yi)有(you)一(yi)定(ding)的(de)強(qiang)度(du)，不(bu)容(rong)易(yi)被(bei)氣(qi)泡(pao)內(nei)氣(qi)體(ti)擠(ji)破(po)，從(cong)而(er)形(xing)成(cheng)以(yi)閉(bi)孔(kong)結(jie)構(gou)為(wei)主(zhu)的(de)固(gu)結(jie)體(ti)。在(zai)化(hua)學(xue)灌(guan)漿(jiang)領(ling)域(yu)中(zhong)，利(li)用(yong)水(shui)與(yu)異(yi)氰(qing)酸(suan)酯(zhi)反(fan)應(ying)生(sheng)成(cheng)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)的(de)發(fa)泡(pao)方(fang)法(fa)（水發泡法）具有極大的優勢。這一方法既能減少物理發泡劑的使用，以降低對環境的汙染可能性；且取材極為方便
，能夠節約成本；並bing能neng釋shi放fang無wu害hai氣qi體ti二er氧yang化hua碳tan，補bu充chong灌guan漿jiang壓ya力li
，促cu進jin漿jiang材cai在zai細xi微wei裂lie縫feng中zhong的de擴kuo散san
，對dui堵du水shui起qi積ji極ji作zuo用yong。不bu過guo
，盡jin管guan泡pao沫mo壁bi膜mo的de強qiang度du已yi經jing較jiao高gao
，但dan由you於yu二er氧yang化hua碳tan的de性xing質zhi決jue定ding了le在zai發fa泡pao過guo程cheng中zhong仍reng易yi衝chong破po該gai壁bi膜mo，導dao致zhi坍tan泡pao，不bu利li於yu堵du水shui。因yin此ci本ben文wen通tong過guo調tiao節jie配pei方fang中zhong催cui化hua劑ji的de比bi例li及ji用yong量liang，同tong時shi加jia入ru一yi定ding量liang的de泡pao沫mo穩wen定ding劑ji來lai實shi現xian泡pao沫mo形xing成cheng過guo程cheng中zhong凝ning膠jiao反fan應ying速su度du和he氣qi體ti膨peng脹zhang速su度du之zhi間jian的de平ping衡heng，提ti高gao了le漿jiang材cai的de堵du水shui效xiao果guo。
2
、HK-9105油溶性聚氨酯灌漿材料的應用情況
     （1）HK-9105與水泥漿液的雙液法灌漿
      聚氨酯化灌材料是很好的防滲堵漏
、補bu強qiang加jia固gu材cai料liao，但dan它ta的de價jia格ge較jiao高gao。如ru果guo能neng降jiang低di灌guan漿jiang成cheng本ben，將jiang有you更geng大da的de推tui廣guang意yi義yi。最zui有you效xiao的de降jiang低di施shi工gong造zao價jia的de方fang法fa是shi實shi施shi聚ju氨an酯zhi化hua灌guan材cai料liao與yu水shui泥ni漿jiang液ye的de雙shuang液ye法fa灌guan漿jiang。這zhe是shi一yi個ge非fei常chang新xin穎ying的de構gou思si。
      本文按不同水灰比配製水泥漿液
，將其和9105油溶性聚氨酯化灌材料以不同比例混合
，測定其乳白時間、凝膠時間、失粘時間
、發泡倍數和密閉成型的試件抗壓強度（如圖2所示為抗壓強度測試試件）。試驗表明：
      水泥漿材和9105油溶性聚氨酯可以複合成灌漿材料，凝固時間可以由催化劑的用量來調節，時間在十幾秒至2分鍾左右。
      固化時仍有發泡
、膨脹性能，自由狀態下仍可以膨脹20多倍。
      在密閉條件下成型的聚氨酯和水泥複合材料試件（催化劑用量為B的2%），其4小時的抗壓強度仍可達到25MPa。


      固結體強度隨著水灰比的增大及水泥漿加入比例的增加而下降，但是在水泥漿是化學漿的兩倍時
，其4小時的抗壓強度仍然可達21MPa.。而水泥水玻璃漿液1個月的強度也隻有15 MPa左右。 
      由於水泥漿液可以按聚氨酯漿液的2-3倍的數量加入，因此灌漿材料的成本可以下降一半以上。
      雙(shuang)液(ye)法(fa)灌(guan)漿(jiang)的(de)關(guan)鍵(jian)設(she)備(bei)是(shi)需(xu)要(yao)一(yi)種(zhong)混(hun)合(he)裝(zhuang)置(zhi)。這(zhe)種(zhong)混(hun)合(he)裝(zhuang)置(zhi)可(ke)以(yi)考(kao)慮(lv)通(tong)過(guo)靜(jing)態(tai)混(hun)合(he)器(qi)或(huo)噴(pen)流(liu)式(shi)混(hun)合(he)起(qi)來(lai)解(jie)決(jue)。在(zai)一(yi)定(ding)壓(ya)力(li)條(tiao)件(jian)下(xia)，雙(shuang)液(ye)混(hun)合(he)後(hou)，能(neng)在(zai)較(jiao)短(duan)時(shi)間(jian)內(nei)獲(huo)得(de)強(qiang)度(du)較(jiao)高(gao)的(de)固(gu)結(jie)體(ti)，密(mi)度(du)大(da)

，不(bu)易(yi)被(bei)水(shui)流(liu)衝(chong)散(san)

，對(dui)快(kuai)速(su)、經濟、有效的堵住大流量湧水有利。
      （2）某火力發電站引水洞堵水處理
      該發電站引水洞位於海底基岩下約10米，全長約2km
，層高5m。在引水洞掘進過程中，會出現海水滲漏的(de)情(qing)況(kuang)。該(gai)工(gong)程(cheng)原(yuan)采(cai)用(yong)傳(chuan)統(tong)油(you)溶(rong)性(xing)聚(ju)氨(an)酯(zhi)漿(jiang)材(cai)，但(dan)受(shou)施(shi)工(gong)環(huan)境(jing)所(suo)限(xian)，通(tong)風(feng)條(tiao)件(jian)不(bu)良(liang)，極(ji)易(yi)引(yin)起(qi)施(shi)工(gong)人(ren)員(yuan)的(de)呼(hu)吸(xi)障(zhang)礙(ai)。施(shi)工(gong)方(fang)在(zai)獲(huo)知(zhi)杭(hang)州(zhou)國(guo)電(dian)HK-9105chanpinhou，jingguoshiyonghoufaxian，gaichanpinbenshenqiweixiao
，fanyingguochengzhongjihubushifangcijixingqiwei
，guhuasudukuai，dushuixiaoguoyehao
，zaixingnengshanggengyouyuqiyuanxiancaiyongdejiangcai，gaigongchengbiaoshiyaojixuquanmianshiyongHK-9105產品。圖3為隧道內情況
，圖4為灌漿後已封閉的灌漿孔。
3、結論 
      化學灌漿材料應以人為本
，重視環境保護，HK-9105產品從原料選擇這一源頭出發，擯棄三乙胺、丙酮等傳統原料
，在一定程度上達到了環保要求； 
      HK-9105產品與水反應活性大，固結體強度高，對滲水量大的地下水工程堵漏效果良好
，能加固地基，堵動水效果好；
      催化劑的種類、使用量等對漿材的發泡性能影響較大
，在灌漿過程中應根據不同的實際情況
，作出適當必要的調整
；
      HK-9105產品與水泥漿配合使用，有利於降低灌漿材料成本，提高灌漿效果；
      gaichanpindeyanzhichenggong
，mibuleshuirongxingjuanzhihuaxueguanjiangcailiaodebuzu
，keyitigaofengdugaoyayongshuidekejishuiping，jiejueguanyongxianqing，tigaoguanjianggongchengdezuoyesudu，cujinguanjianggongyidegaijinyijixianjinguanjiangshebeidekaifaheyingyong，tuidonghuaguanxingyecongyerenyuandehuanbaoyishi。