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聚氨酯灌浆材料的施工及应用_德国拜耳聚氨酯灌浆材料介绍

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发表时间:2018-06-28 15:39来源:聚氨酯制品手册

  聚氨酯浆液的灌注装备和实施比较简单,灌注装备主要由液体泵、管线和带阀门的注浆管等组成。首先要根据施工对象、使用环境、功能目的以及地质情况,正确选择聚氨酯灌浆材料的品种,并须根据地质勘探情况,选择注浆孔的位置和深度。通常注浆孔应设置在地下水流的上方或在地基交错位置。图1显示在房屋顶板或地基板块出现裂缝时的灌浆方式。


房屋顶板或地基板块出现裂缝时的灌浆方式.png

图1 房屋顶板或地基板块出现裂缝时的灌浆方式


  图2显示铁路线上桥修复时,在临时桥墩地基周围灌注聚氨酯浆液时桥墩地基进行加固措施图。


铁路修复灌浆方式.png

图2 房屋顶板或地基板块出现裂缝时的灌浆方式


  注浆孔设置间隔通常在1m左右,将带有阀门的注浆管插入至规定的深度后,利用液体泵将浆液直接压注,注浆压力必须大于地下水压力0.05~0.1MPa。当连续注入规定量的浆液后,立即关闭注浆管上的阀门,使浆液在地基进行发泡产生二次压力渗透,待浆液完全固结后,割除注浆管,再用水泥砂浆予以封闭。施工时,应注意个人劳动安全防护,必须配着工作服、防护罩、口罩、乳胶手套等劳动保护用品,在地下或室内等空间狭小的地方施工时,必须配备通风设备。


  聚氨酯灌浆材料的典型应用归纳如下。


  (1)在建筑工程方面


  建筑物地基基础的加固和稳定;在地下水较严重地区进行建筑基础施工时,可使用聚氨酯灌浆材制备帘幕式聚合物基础,在施工周围形成挡水墙结构;增加桥墩或桥桩的抗冲刷、抗剪切外力的能力;利用注浆管在建筑工程的立面上构筑锚状物或连接件;建筑物大型板块的裂缝修补等。图3显示使用聚氨酯灌浆材料对窗户框格防水处理的示意图。


聚氨酯灌浆材料对窗户框格防水处理.png

图3 聚氨酯灌浆材料对窗户框格防水处理


  (2)在市政工程方面


  利用聚氨酯灌浆材料加固桥墩、桥台,提高其抗冲刷能力;市政工程建设地基加固处理,图4显示城市地铁修建时,侧壁基础墙体和周围建筑物的加固。


城市地铁建筑地下护墙的PU灌浆.png

图4


  (3)在地下工程建设方面


  隧道建筑中的地基加固处理,如岩石顶板破裂、松软基层的加固地下水的渗漏、管涌的阻隔;原地基或隧道工作面基础稳定;隧道施工中,混凝土拱形隧道圈与回填料及基础的连接和防水;大型矿井开挖工程,井筒周围地基的固结、流沙、水涌等现象的防止。图5为矿井的水阻断处理示意图。


矿井的水阻断.png

图5


  (4)在铁路和公路建设方面


  铁路、公路等路基、底盘的稳定加固,基础裂缝的修补见图6;交通线路沿线的护坡的塌落防护,桥台冲刷的防护。


铁路路基裂缝的固结.png

图6


  (5)在水利建设方面


  堤坝基础的挡水处理;基础与护坡的防冲刷稳定;堤坝裂缝的修补。


  (6)在历史遗迹和文化遗产的保护方面


  历史墓葬品的保护;历史遗迹的保护;古代佛像雕塑、古老建筑物的保护等。


  此外,聚氨酯灌浆材料还可以广泛用于农业灌溉、排水、土木工程、油井钻探、地质勘探、海港工程、采矿业以及事故、灾害等的恢复处理等。


  在此,详细介绍聚氨酯灌浆材料在煤矿井下应用情况。德国拜耳公司和埃森采矿研究中心合作,在使用聚氨酯灌浆材料固结井下工作面破碎地基岩层方面做了大量系统研究和应用。在对某些缺乏地下水而破碎性地基岩的固化方面,他们使用了双组分聚氨酯灌浆材料其异氰酸酯组分(商品牌号为BaymidurK88)是MDI的混合物;聚醇组分(商品牌号Bay-galK55B)认聚醚多元醇为主体,配以催化剂、增塑剂和水等组成的混合物。利用这两个组分液体在岩层地基中的反应,生成与地基牢固粘接在一起的聚合物固结体。两组分商品规格列于下表。


PU灌浆材规格.png

PU灌浆材规格


  该种灌浆材料黏度低、闪点高、毒性低、对人体健康危害性小。当两组分混合3~5min后,才逐渐开始体系的发泡和凝胶反应,一直到5~20min后,反应才基本停止,固化后,聚合物体积能膨胀3~5倍,2h后,材料可以达到材料的最佳机械强度。固结体具有良好的塑性,不会产生脆性破坏该材料在煤矿等井下加固煤岩地基时,主要采用两种施工工艺:压注法和药包法。前者是将两个组分的液体通过计量泵计量后输送至混合器中,混合均匀的物料在压力下连续通过管线注入至一定深度的岩层地基中,完成规定的注入量后,关闭密封塞,使灌浆材料在预定的地基区域中,完成渗透、反应、再渗透扩散直至完全固结。


  计量采用齿轮计量泵,工作压力6MPa,转速450r/min,输出流量约5L/min。迷宫式混合器是长500mm的管状体,内部设置三层带孔筛板状装置,其筛板孔径分别为5mm、2mm和1mm。当二组分液体通过筛板喷出后即被扩散,经过几次循环,将杂质过滤掉的同时获得较好的混合。施工设备如图7所示。


二液压浮法设备流程简图.png

图7


  封死胶管由两部分组成,上部分为胶管,下部分为喷头。胶管受压后产生膨胀与孔壁吻合,产生密封作用。当注入压力超过设定压力值后,喷头内的单向阀开启,浆液由此进入钻孔地基。


  钻孔的密封塞在整个施工过程中是重要的,它需要承受较高的发泡反应产生的膨胀压力,因此,它必须具有较好的密封作用。通常低压注射探头多采用专门制造的木塞作为密封用器械。在浆料全部注入钻孔,探头即从钻孔中抽出,须立即用木塞将钻孔密封。此外,还有几种专用橡胶密封塞用于综合锚固系统,它大部分是由空心锚杆、胀圈式锚固件、橡胶密封和喷头组成。注浆时,橡胶密封膨胀与孔壁张紧吻合,同时胀圈式锚固杆的头部锚固在孔壁中,起到密封作用。但在实际使用中,由于这种锚固系统成本较高,多用于必须使用场合。在一般情况下,大多仍采用价格低廉的木塞进行密封。


  药包式固结法是将两组分液体分别包装在大小不一的塑料袋中,然后将两个包装袋装在个长圆柱形的药包中。通常,药包是由0.05~0.07mm厚的塑料膜制成,典型的药包产品外径约43mm,长约300mm。根据美国专利文献介绍,药包内层为异氰酸酯、外层为分子量400~2000的聚醚多元醇,含有10%~20%(质量)的增塑剂、0.3%~5.0%的水及适当的催化剂等成分。当井下工作区需要进行岩层加固时,选择适当的位置,垂直岩壁钻出孔径为50mm的孔,孔距一般为2m。根据煤层或岩壁层理、破碎裂缝和发育状况,在每个孔内放入1~2个药包,使用带约200mm长连接套的电钻,驱动头部削尖的硬木方形锚杆,刺破药包并搅拌20~30s,然后用木塞将钻孔口密封,浆液反应,发泡将硬木杆锚固并在发泡压力的作用下,使浆液渗透至破碎的岩壁裂缝中,完成固结作用。


  压注固结法多用于破碎顶板的固结,能产生比药包法更大的渗透能力,对于大裂隙岩层的固结较为有利;药包固结法多用于松软性片帮、煤壁、水平或缓倾厚煤层工作面的固结。使用范例如图8。


压住固结法1.png


压住固结法2.png


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