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摘要：改性聚酯注漿技術相比傳統的注漿技術損壞性較小、施工較便捷、耐久性較好、經濟實用，廣泛應用于公路、鐵路、水利、工業與民用建筑等領域。本文通過對改性聚酯注漿技術工程特性的研究分析，對其應用前景進行展望。

關鍵詞：改性聚酯注漿技術；工程特性；應用前景

隨著國家基礎設施建設大力發展和城市化進程的加速推進，增長方式粗放，效益較低，使用落后的技術、材料、工藝和設備，是工程建設領域各行業面臨的普遍問題。為此，相關主管部門積極推廣應用“四新”（新技術、新工藝、新材料、新設備），同時，各專業領域也積極響應；經過近二三十年的快速發展，工程建設朝著更高效、更經濟、更安全的方向發展，并取得了長足的進步。近年來，改性聚酯注漿技術在房屋地基加固和變形控制、堤壩防滲、公路路基加固等領域得到了廣泛的應用。在過去的三十年間，該技術在國外解決了許多工程難題，同時國內學者也進行了系統的理論研究并運用在國內的工程中，取得了突破性的進展。王復明等將該技術成功運用于水壩壩體防滲墻的施工中；郭成超等在水泥混凝土路面脫空區中運用此技術，都取得了較好的效果；蘇志鵬等將該技術運用于房屋加固；石明生和鄭新國等通過研究該材料的宏觀力學性能，更好地將該材料運用于工程實踐。本文通過探討該技術的工程特性，分析相關工程應用，展望該技術的應用前景。

一、改性聚酯注漿技術的特性

（一）力學特性。應力應變曲線與破壞形態。單軸壓力下，一般經歷三個階段。應變小于5%時為彈性階段，此時，泡孔相互接近，不規則的泡孔先被壓縮成圓球形；繼續加壓，泡孔棱邊屈曲破泡，達到屈服強度；應變5%～50%時為屈服平臺階段，破泡現象持續，應變不斷增加，應力基本不變或增長緩慢；應變達到50%以上時，進入致密階段，泡孔基本破壞完畢，應力隨應變增大而明顯增大。密度的差異會影響試件受載過程中的宏觀表現，低密度試件（0.1g/cm3）試驗過程中無裂縫產生，卸載后變形恢復程度較高。當試件密度為0.3g/cm3時，加載過程中產生了縱向裂縫，表現出明顯的脆性破壞。抗壓強度。一般將壓縮應變為5%時對應的應力值作為試件的抗壓強度，通常情況下，材料強度隨密度增加而增大，聚氨酯高聚物在0.08～0.5g/cm3密度區間內，強度方面有可靠的安全保障。高密度試件由小泡孔組成，其間的接觸面積較小，自由空間大。因此，改性聚酯在受外力作用時，小泡孔首先在其自由空間移動，被逐漸擠密在一起，這個變化過程就是應變迅速發展的過程；相反低密度試件由大泡孔組成，其間接觸面積較大，自由空間較小，受外力開始階段就會產生較大的應力變化。以上泡孔結構遵循能量最低原理，在其界面上有表面張力和表面能，表面能隨著界面面積的增大而增大，體系整體穩定性隨表面能的增大而減小，當其密度較高時，各泡孔相距較遠，彼此不發生相互作用，體系總表面能最低；而當其密度較低時，氣體體積較大，泡孔不能按照球形堆積，逐漸轉為多面體形狀。（二）膨脹性。改性聚酯注漿技術體現出了樹脂混合物的膨脹特性，能夠起到穩定地基、抬升路面、地板或建筑物，并提高地基承載力的作用。該聚合物材料結實并有彈性、非親水性、強度較高，不易降解。將兩種液態樹脂混合時，發生快速的化學反應，釋放出巨大的膨脹力（500KPa~10000Kpa）。使用特定的設備和技術將雙組份的樹脂注入混凝土板和建筑物地基下，可起到抬升和穩定的作用，用于道路病害治理時，把材料注入指定的深度，注射壓力不需要很大，但是需能使液態樹脂材料在膨脹之前流向路面下的每個部位。固化后材料對建筑或路面的作用力取決于路面的自重，而且不會對路面本身的結構造成破壞。一般情況下，材料在受外界阻力較小的方向膨脹更多，根據這個特點，材料易于流向地基中最軟弱的地方，并膨脹和壓密，起到加固地基的效果。（三）化學特性。該材料不溶于大多數溶劑，但溶于汽油等油類。材料在芳香族氧化物溶劑里能發生膨脹，然而干燥后能基本恢復其原有的性能。尤其是在水和一般的酸、堿、鹽溶液里材料都比較穩定，但強酸和強堿能改變材料性能并使其發生降解反應。該材料可以抵抗霉菌和真菌的侵蝕，因此不易發霉腐爛，同時也不易引來昆蟲和鼠類等易破壞材料結構的動物，化學性質呈中性。（四）工程特性。改性聚酯注漿技術具備以下優點和優勢：一是改性聚酯反應形成的加固體密度較小，重量較輕，其密度不到水泥漿或瀝青材料的10%；二是反應膨脹力在約20min內可以達到其最終強度的90%左右，自由膨脹比可達20∶1，可以很好地填充周圍的脫空區和裂縫，進而壓密、強化周圍的物質；三是該材料為不透水結構、抗滲能力強，對裂縫和接縫處有良好的密封作用；四是材料自穩能力強，呈惰性性質，對周圍環境無污染，不污染土壤和地下水，并不受菌類的侵蝕；五是該材料對被加固對象基本無損壞，擾動較小；六是注漿過程快捷、簡便，無需養護，在很大程度上縮短了施工時間；七是施工限制條件相對較少，操作空間要求較低；八是用途較廣，可用于道路路面病害治理、路基加固，工業與民用建筑地基加固，堤壩壩體防滲加固、防汛搶險，隧道滲漏處理等方面。

二、工程案例分析

（一）房屋地基加固。1.背景介紹。被加固房屋材料強度偏低，構造較薄弱，整體性較差，對外界施工影響較敏感，由于擬建基坑緊鄰該房屋，最近僅3.338m，基坑在開挖、內支撐的拆除、換撐等工況中，基坑內壁發生水平位移會影響房屋基礎的穩定性和安全性。因此，對該房屋必須采取針對性的保護措施。2.方案比選。目前國內對于建筑地基基礎加固的常規方法有基礎擴大加固、樹根樁、錨桿靜壓樁、高壓噴射注漿、注漿（水泥砂漿和改性聚酯注漿）等。常規加固方案加固效果一般，施工機械、施工空間的要求高，施工擾動性較大等不利因素，最終選擇改性聚酯注漿作為此次加固方案。3.施工參數。注漿壓力值與施工順序：壓力值為7~14MPa；先對臨近基坑一側注漿，然后對房屋兩側注漿；注漿從沉降較大的點向沉降較小的點推進。注漿材料：雙組份改性聚氨酯材料。注漿間距與速率：注漿施工點間距1.5m，流量5.0L/min；單孔注漿量20~40L；注漿深度3.0m。4.效果分析。注漿效果評價主要根據旋轉激光儀的監測，并結合傳統房屋結構監測，進行綜合評價。監測情況結果如下：基坑開挖后，房屋沉降逐漸增大；改性聚酯注漿施工完成后，房屋沉降逐漸平穩；改性聚酯注漿技術對房屋基礎有一定的抬升作用，并且未對房屋造成太大的擾動。（二）公路病害治理。美國堪薩斯州公路全長約250英里，等級為二級，交通量為每天2500輛轎車和1850輛卡車。該路段內有約50千米的路段目前破壞極其嚴重，路面不斷出現裂縫并持續擴展，其道路結構性破壞部分達到25%，部分區段板沉降差達到1英寸。通過現場取芯觀察分析，路基層為石灰土，并發現其受到了破壞，從下層的石灰石集料下滲并阻塞了排水基層。排水嚴重不暢導致混凝土路面下出現大量的脫空區，加上路面車載的影響，就出現了目前嚴重的道路損壞現狀。相關部門提出兩種方法維修此段病害嚴重的路段：第一種，通過密封和固化含水基層來穩定面層；第二種，挖掉重鋪。最終考慮到較昂貴的施工造價和對交通的影響，挖掉重鋪的方案沒有被采納，進而決定采取密封排水基層的措施。初步選用材料為水泥砂漿、瀝青漿和高聚物注漿材料，并在病害路段對以上3種材料進行現場試驗。結果為：水泥砂漿和瀝青漿效果非常有限，水泥砂漿在石灰土和排水層之間不能順暢流通，故其密封效果不好；瀝青漿黏性太大。高聚物注漿試驗結果很成功：材料通過細小的注射孔注入地下，并到達每一處脫空區，甚至能夠填補粗集料之間的微小空洞，由于該材料的防水性，脫空區的積水不會對材料造成任何不利影響。注漿完成后，現場取芯樣表明密封效果很好，高聚物材料注入并固結了排水層的邊界。相關部門對此次的維修結果作出了高度的評價，高聚物材料既密封了排水層又填充了所有脫空區，為該病害路段提供了雙重保護。

三、結論與展望

本文通過對改性聚酯注漿技術的發展歷史、工程特性進行總結分析，得到以下結論：1.改性聚酯注漿技術相比傳統的注漿技術優勢明顯，具體體現在損壞性較小，施工便捷性、耐久性、經濟性較好等。2.應用領域較廣泛，主要應用于公路、鐵路、水利（堤壩防滲加固）、工業與民用建筑等領域。3.改性聚酯工程特性仍需進一步研究分析，與其他材料協同作用的研究鮮有報道，因此，該技術仍有很大的發展空間。

參考文獻：

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[4]石明生，于冬梅，王復明.高聚物注漿材料的彎曲性能[J].材料科學與工程學報，2010（4）：514-517.

[5]鄭新國，李書明，謝永江，等.高聚物注漿材料密度與力學行為關系研究[J].武漢理工大學學報，2014，36（4）：44-47.

作者:官琦 單位:中冶集團武漢勘察研究院有限公司