化学灌浆技术的传承与发展——写在中科院广州化灌工程有限公司成立35周年之际

胡美龙，薛 炜,，杨元龙，张文超（. 中国科学院广州化学研究所，广东 广州 50650；2. 中科院广州化灌工程有限公司，广东 广州 50650；3. 广东省化学灌浆工程技术研究开发中心，广东 广州 50650；4. 广东省中科化灌工程与材料院士工作站，广东 广州 50650）

化学灌浆技术的传承与发展
——写在中科院广州化灌工程有限公司成立35周年之际

胡美龙1，薛 炜1,2,4，杨元龙2,3,4，张文超2,4
（1. 中国科学院广州化学研究所，广东 广州 510650；2. 中科院广州化灌工程有限公司，广东 广州 510650；3. 广东省化学灌浆工程技术研究开发中心，广东 广州 510650；4. 广东省中科化灌工程与材料院士工作站，广东 广州 510650）

简述了我国化学灌浆技术的发展历程，介绍了中国科学院广州化学研究所在化学灌浆技术领域所取得的成就，重点介绍了中科院广州化灌工程有限公司成立以来对研究所化学灌浆技术的传承及35年来对化学灌浆技术发展所取得的创新成果，展望了未来化学灌浆技术的发展前景。

化学灌浆技术；发展历程；传承；创新

1 我国化学灌浆技术的发展历程

化学灌浆是在外力作用下，通过辅助装置（设备），将化学浆液灌入岩体、土体、混凝土等受灌体中，使受灌体得到充填、固结、密闭，达到防渗堵漏、补强加固、改善性状的工程措施过程。

我国的化学灌浆技术应用与研究在新中国成立后才得到系统全面地开展，如果以1953年在佳木斯等地采用碱性水玻璃进行化学灌浆算起，也只有60多年的历史。60多年来，特别是改革开放以来，我国在化学灌浆技术领域的研究与应用发展迅猛，取得了一批具有原创性的成果，主要体现在：

1）中国科学院广州化学研究所研发的“中化-798”为代表的糠叉丙酮环氧树脂灌浆材料系列，解决了青海龙羊峡水电大坝G 4伟晶岩劈裂带渗透固结问题，开创了环氧树脂材料在建设工程领域的先河，在我国化学灌浆发展历程中具有里程碑的意义。

2）长江科学研究院研发的CW系列化学灌浆材料，解决了三峡大坝等长江流域重大水利水电工程建设的问题，为我国水利水电建设做出突出贡献，至今仍然在水利水电建设工程领域发挥着重要的作用。

3）华东勘测设计研究院研发出的聚氨酯灌浆材料，引领了水利水电行业防渗堵漏的发展，为国家大坝建设保驾护航。

4）中国科学院广州化学研究所研发的甲基丙烯酸酯类（甲凝）化学灌浆材料用于石窟围岩裂隙的灌浆固结，为我国文物保护事业起了示范性作用。

5）中国科学院广州化学研究所、 长江科学研究院分别研发出的丙烯酸盐化学灌浆材料，开创了绿色、环保化学灌浆材料研发的先河。

6）敦煌研究院研发的PS灌浆材料，成功应用于敦煌等古遗址、古文物的保护工程中，拓展了化学灌浆应用领域。

7）化学灌浆技术的发展也促进了相关基础理论的研究，达到了一个崭新的高度，如浆液扩散半径的计算理论、浆液湿面粘接理论、降低浆液毒性的拮抗理论、浆液吸渗理论等。

8）化学灌浆技术的发展与相关设备的发展相辅相成，目前国内已开发出了适合各类化学灌浆要求的设备，如各种灌浆泵、浆液搅拌装置、灌浆自控仪及成孔机械。

化学灌浆技术已成为目前解决工程建设各领域中不可或缺的一种工程手段。

2 中国科学院广州化学研究所在化学灌浆技术发展过程中的贡献

中国科学院广州化学研究所成立于1958年，研究所成立伊始，即把高分子灌浆材料作为一个主要的研究方向，是国内最早开展相关研究的单位之一。受国家有关部门委托，早在1962年就开展了甲基丙烯酸酯类（甲凝）化学灌浆材料的研究，解决了石窟崩坏、风化和石窟围岩裂隙的灌浆固结等问题，开始了化学灌浆技术在实际中的应用。

1965年，丙烯酰胺化学灌浆材料的（中化-656）研制成功，及时解决了如胜利油田油井固壁、堵漏，成昆铁路隧洞开挖的超前灌浆与堵截地下水射流等重大技术难题。

上世纪六十年代初，研究所开展了以糠醛-丙酮稀释环氧树脂为基础的化学灌浆材料的研究，在当年极其简陋的条件下，经过科研人员反复攻关，对环氧树脂进行改性，研制成功了具有高渗透特征的改性环氧树脂化灌材料（中化-798）。在随后的十几年时间里，经过反复试验与现场应用，使中化-798化学灌浆材料日臻成熟，上世纪70年代成功地应用在龙羊峡水电站基岩泥化夹层固结处理工程中，开创了环氧树脂化灌材料在水电建设工程领域应用的先河，在我国化学灌浆发展历程中具有里程碑式的意义。中化-798因此获得了国家科技进步一等奖、国家优秀专利金奖等奖项。

近年来，在中化-798的基础上，研究所又进一步研发出了性能更加优异的YDS系列环氧化学灌浆材料。

1986年12月，新型水玻璃化学灌浆材料的研究及应用通过了有关部门的鉴定，在首届专利奖评选中获得中国专利发明创造优秀奖、国家发明专利奖和广东省科技进步二等奖。

1989年9月，中国科学院广州化学研究所的科研成果“南岭隧道石灰岩溶流塑粘土大突泥固结”技术获得了广东省科技进步二等奖。

1990年10月，化学灌浆工程研究与发展中心在研究所成立，通过不断的创新发展，于1995年12月29日经原广东省科委批准成立“广东省化学灌浆工程技术研究开发中心”，为开展化学灌浆材料与施工技术的开发、生产及产业化研究，促使化学灌浆成果产业化提供了一个良好的研发平台。

3 中科院广州化灌工程有限公司对化学灌浆技术的传承与发展

3.1 公司的发展历程

上世纪80年代初，国家改革开放刚刚起步，各项建设方兴未艾，为了满足日益发展的经济建设需要，更好地将科技成果服务于社会，1981年10月中国科学院广州化学研究所创办了国内首家专业从事化学灌浆技术研究、开发与应用的公司——中国科学院广州化学研究所化学灌浆公司，经过十几年的发展，公司于1993年变更为中科院广州化学灌浆工程总公司，2001年为顺应时代潮流，按照中国科学院关于科研体制改革的部署，公司改制成为中科院广州化灌工程有限公司。

公司自成立以来，依托于中国科学院广州化学研究所的科技成果，致力于将化学灌浆材料和技术在工程建设的各个领域及相关行业进行推广和应用，并从化学灌浆材料、工艺、设备及理论等方面不断进行探索与创新。

3.2 化学灌浆技术的传承与发展

3.2.1 化学灌浆材料方面

1）环氧树脂的环保性研发

为了改善中化-798高渗透环氧树脂化学灌浆材料的相关性能，通过对传统的固化剂与稀释剂进行改性，既保留中化-798灌浆材料优异的物理力学性能，又极大地改进了材料的环保性，形成了公司自主品牌的“XT”系列化学灌浆材料体系。

在国家科技部中小企业技术创新资金的资助下，公司还研发出了水性环氧灌浆材料，该材料的研制成功填补了国内的空白。

2）丙烯酸盐灌浆材料的研发

为了解决丙烯酰胺的环保问题，公司开发出了丙烯酸盐灌浆材料，它是以丙烯酸钙和丙烯酸镁为主体成分，在促进剂和引发剂的作用下，双键发生自由基反应生成线性高分子，在交联剂的作用下，线性分子发生交联生成网络状的高分子凝胶体。它对SD大鼠的急性经口半数致死剂量LD50大于5 000 mg/Kg，属于环保型的化学灌浆材料，可广泛应用于对环境要求较高的工程中。

3）无溶剂型浆材的研发

环氧树脂和聚氨酯的粘度较大，要靠稀释剂来降低粘度，通常是通过丙酮稀释降低粘度，而丙酮的沸点低，易燃易爆。为降低其危险性，公司创新性地采用活性稀释剂或高沸点的增塑剂进行稀释降低环氧树脂或聚氨酯灌浆材料的粘度，开发了一系列无溶剂环氧树脂和聚氨酯化学灌浆材料。

4）堵水快固环氧浆材的研发

环氧树脂虽然力学性能优良，渗透性好，但固化较慢，难以满足堵水要求。公司研发出的环氧树脂堵漏材料，填补了国内空白。这种材料通过采用在有水介质条件下可快速聚合反应的固化剂，使得改性环氧树脂在水中的初凝时间仅需二十多分钟，固化时间缩短至6～10 h。堵漏环氧灌浆材料既可用于防渗堵漏，又保留了改性环氧树脂原有的优点。特别适合既要堵水又对稳定性和强度有一定要求的工程项目，目前已在多个城市的地铁工程中得到了应用，受到了广泛的好评。

5）低温固化环氧树脂灌浆材料的研发

对于低温（低于10℃）环氧树脂灌浆材料的研究还鲜有报道，公司通过选用硫脲先与胺反应，合成含有硫脲基团的改性胺，再由硫脲改性胺、醛与酚发生曼尼斯反应，制得含有硫脲基团的曼尼斯碱，再配以环氧树脂及活性稀释剂制得环氧树脂灌浆材料。该灌浆材料不仅可在低温下快速固化，并且力学性能优良，可用于低温环境下的补强加固及堵漏灌浆工程中，目前该材料已在内蒙古、青海等高寒低温地区的高速公路工程中得到了较好的应用。

6）高分子-无机复合灌浆材料的研发

高分子-无机复合灌浆材料将高分子材料与无机灌浆材料的优点相结合，使两类灌浆材料的优势互补。公司先后开发出聚氨酯-水玻璃、丙烯酸盐-水泥等复合灌浆材料，可广泛应用于地基加固、防渗堵漏，也可用于断层破裂带、松散围岩区、裂隙发育带及塌陷区的填充加固。

3.2.2 化学灌浆技术方面

1）高压喷射灌浆技术

公司自上世纪80年代开展高压喷射灌浆技术的应用与研发后，在工程实践中积累了丰富的经验，在喷射材料、喷射工艺以及加固体性能等方面做了大量的研究，形成了具有特色的高压喷射灌浆技术，尤其在灌浆材料方面，公司把传统的水泥浆和高分子化学材料进行了有机的结合，形成了复合高压喷射灌浆材料，极大地改善和提高了高压喷射灌浆的效果，拓展了高压喷射灌浆的用途。

2）混凝土结构缺陷的修复技术

混凝土广泛应用于土木工程的各个领域，由于混凝土结构内外因素的共同作用，混凝土结构产生缺陷是工程中常见的问题之一。自上世纪70年代中国科学院广州化学研究所研发出环氧树脂化学灌浆材料之后，环氧树脂化灌材料便成为混凝土结构缺陷修复的首选材料。目前，公司在原有改性环氧树脂的基础上，已经研发出了的不同粘度、不同强度的环氧树脂化灌材料。针对不同结构缺陷类型，公司开发出了不同的混凝土缺陷修补技术，形成了自己的技术特色。

3）化学灌浆联合传统加固技术在既有建筑纠偏加固中的应用

随着城市建设开发进程的加快，高层建筑日益增多，因各种原因导致房屋建筑的纠偏与加固工程越来越多。公司经过长期的实践，将传统纠偏加固技术与化学灌浆技术有机的进行结合，研发了具有自主知识产权的化学灌浆联合传统加固方法的纠偏加固技术体系，已经成为了省级工法。

4）高寒干旱地区桥涵砼结构裂缝病害诊治技术

针对高寒干旱地区环境的特点，公司与有关单位合作完成了“高寒干旱地区桥涵砼结构裂缝病害诊治技术研究”，开发出了丙烯酸糠醇酯改性环氧灌浆材料、聚氨酯预聚体改性环氧丙烯酸酯灌浆材料和改性聚丙烯酰胺灌浆材料三种灌浆材料，编制了《高寒干旱地区桥涵砼结构物裂缝病害诊治技术指南》，该指南填补了国内空白。本项目获得了内蒙古自治区人民政府2007年科技进步三等奖。

5）地铁隧道防渗堵漏技术

渗漏一直是困扰地铁建设和运营的一个难点问题，针对这一工程领域的热点，公司在化学灌浆材料和工艺方面不断进行创新研究，研发了一整套对地铁隧道防渗堵漏的化学灌浆材料和施工工艺，已广泛地应用于国内多个城市的地铁工程中。同时针对地铁盾构管片的防水防腐要求，公司研发出了高渗透环氧树脂防水防腐涂料，满足了地铁建设的需要。

3.2.3 化学灌浆设备的研发

根据不同的浆材性能公司已研制出一系列的化学灌浆设备，包括手动双液灌浆泵、电动双液灌浆泵、环氧树脂灌浆泵等。

3.2.4 化学灌浆科研工作

在推广和应用的同时，公司一直十分注重开展各种科研活动，除公司每年投入一定的科研经费自立课题开展化学灌浆技术领域的研究之外，公司还积极参与国家、省、市的科研项目研究，先后独立承担了2项国家科技部创新基金项目以及广东省自然科学基金、广州市创新基金和科学研究项目。经广东省科技厅批准，2013年公司还与浙江大学共同启动“广东省中科化灌工程与材料院士工作站”研发平台建设项目。

4 我国化学灌浆技术发展的展望

虽然化学灌浆技术已在工程建设的各个领域得到了广泛应用，但是仍然有许多问题没有很好的解决，今后还应从以下几个方面开展工作：

1）绿色化学灌浆材料方面研发。积极研发无毒催化剂以及无溶剂的化学灌浆材料、大力发展以水为稀释剂的化学灌浆材料。

2）化学灌浆理论研究。目前，化学灌浆的基础理论尚不清晰，尤其在受灌体被灌后的微观机理方面的研究还很不系统和全面，因此，必须加强和发展微观机理和理论研究，促进灌浆技术的进一步发展。

3）高分子-无机复合化学灌浆材料研发。水泥类颗粒材料由于粒度大、可灌性低，难以满足各种不同地层类型的不同要求，而高分子化学浆材在环保性和经济性上存在一定的问题，目前即便进行了环保性能的改进，但相比无机材料还是有一定的差距。因此发展高分子-无机复合化学灌浆材料是今后的目标和方向。

4）化学灌浆设备的研发方向。化学灌浆设备应向更加信息化、自动化、可视化、集约化以及更加环保安全的方向发展。

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Inheritance and Development of Chemical Grouting Technology
-- Guangzhou Chemical Grouting Engineering Co., Ltd., Chinese Academy
of Sciences was Founded in the 35 Anniversary

HU Mei-long1, XUE Wei1,2,4, YANG Yuan-long2,3,4, ZHANG Wen-cao2,4
（1. Guangzhou Institute of Chemical Research, CAS, Guangzhou, 510650, China;
2. Guangzhou Chemical Grouting Engineering Co., Ltd., CAS, Guangzhou, 510650, China; 3. Guangdong Province Chemical Grouting Engineering Technology Research Development Center, Guangzhou, 510650, China; 4. Guangdong Province Chemical Grouting Engineering and Materials Academician Workstation, CAS, Guangzhou, 510650, China）

This paper briefly described the development history of chemical grouting technology in China, and introduced the achievements of Guangzhou Institute of Chemical Research, CAS in the field of chemical grouting technology, focusing on its inheritance of chemical grouting technology of Guangzhou Institute of Chemical Research, CAS since Guangzhou Chemical Grouting Engineering Co., Ltd., CAS was founded and its innovative achievements in the field of chemical grouting technology in the past 35 years. The future of chemical grouting technology in China was prospected.

chemical grouting technology; development history; inheritance; innovation

TU472.5；TV543

A

1009-220X(2016)06-0001-05

10.16560/j.cnki.gzhx.20160618