浅论化学灌浆过程中的节能减排问题

茹轶伦1，张玉飞1，郑喜彦2，孙 亮2

(1.云南云水工程技术检测有限公司，云南昆明，650000; 2.中国水电基础局有限公司，天津，301700)

作者简介: 茹轶伦(1975—)，女，云南普洱人，工程师，主要从事工程检测与节能减排研究。

【摘 要】 化学灌浆材料上游产业链长，单位产品能耗高，因此，施工过程中宜采用粘度增长曲线具有突变性的可控浆材，对灌浆过程进行精准控制，尽量防止流窜过远，并在出现异常时采用变浆、降压、间歇等手段及时进行处理，以达到节能减排的目的。

【关键词】 化学灌浆; 节能减排

1 引言

为了推动全社会节约能源，提高能源利用效率，保护和改善环境，促进经济社会全面协调可持续发展，2007年10月28日，全国人大常委会第三十次会议修订通过了《中华人民共和国节约能源法》，自2008年4月1日起施行。

《节约能源法》指出，节约资源是我国的基本国策。国家实施节约与开发并举、把节约放在首位的能源发展战略，并实行有利于节能和环境保护的产业政策，限制发展高耗能、高污染行业，发展节能环保型产业。国务院和省级政府应当加强节能工作，合理调整产业结构、企业结构、产品结构和能源消费结构，推动企业降低单位产值能耗和单位产品能耗，淘汰落后的生产能力，改进能源的开发、加工、转换、输送、储存和供应，提高能源利用效率。

《节约能源法》中所称能源是指煤炭、石油、天然气、生物质能和电力、热力以及其他直接或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源。所称的节约能源(以下简称节能)，是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，从能源生产到消费的各个环节，降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费，有效、合理地利用能源。

由上可见，根据《节约能源法》的要求，化学灌浆的节能减排工作应从降低单位产值能耗入手，在满足工程目的的前提下，尽量提高浆材利用效率。为此，本文分材料生产、工程实施两个阶段进行分析。

2 化学灌浆材料生产过程中的节能减排

2．1 化学灌浆材料简介

(1)水玻璃类

水玻璃浆材由水玻璃主材和固化剂组成。

水玻璃的生产方法分干法(固相法)和湿法(液相法)两种。干法生产是将石英砂和纯碱按一定比例混合后在反射炉中加热到1400℃左右，生成熔融状硅酸钠，稀释后即成液态市售品; 湿法生产以石英粉和烧碱为原料，在高压蒸锅内，于0.6～1.0MPa蒸气压下反应，直接生成液体水玻璃。

水玻璃浆材的固化剂种类很多，在此不再列举。

(2)环氧树脂

环氧树脂浆材由环氧树脂和固化体系组成。

环氧树脂由环氧氯丙烷和双酚A在碱性条件下缩合而成。环氧氯丙烷典型生产方法是丙烯高温氯化法，丙烯由石油裂解获得，氯气则是氯碱工业的主产品，采用的方法是电解法。双酚A由丙酮和苯酚在酸性条件下反应而得。丙酮和苯酚可由间二丙苯氧化法，由丙烯和苯一次合成。而丙烯和苯都是石油工业的重要产品。

环氧固化剂均为改性胺类。改性胺由基础胺和其他原料反应制得，以相对简单的T31为例，它由甲醛、苯酚和乙二胺合成，乙二胺由二氯乙烷和氨反应而得，前者则来源于石油工业的乙烯和制碱工业的氯气。

(3)丙烯酸盐

丙烯酸盐浆材主要成分是丙烯酸盐。它由丙烯酸和相应的碱反应而成。丙烯酸的生产工艺有很多种，最直接的是丙烯氧化法，即丙烯在高温下和氧气直接反应。丙烯则来源于石油工业。

(4)聚氨酯

聚氨酯浆材多由异氰酸酯和聚醚反应而成。

异氰酸酯主要由伯胺光气法生产，光气用一氧化碳和氯气制备，伯胺类则是石油、氯碱和合成氨工业的综合产物。

聚醚是以含活泼氢的化合物为起始剂，环氧丙烷等由氧化烯烃反应而成。环氧丙烷则由丙烯和氯气加成反应后以碱进行处理而得。

2．2 化学灌浆材料单位能耗的特点

众所周知，水泥的生产是比较简单的“两磨一烧”过程。而化学浆材则各不相同。总的来说，水玻璃浆材较为简单，丙烯酸盐、聚氨酯和环氧树脂浆材均须经过多个步骤，特别是聚氨酯和环氧树脂，它们的单位产品流程很长，涉及的工业领域很多，至灌浆材料入厂前，其原材料单位产品所包含的能耗已经很高。

2．3 化学灌浆材料生产过程中节能降耗的主要措施

一般来说，化学灌浆材料生产过程中本身所消耗的能量还是比较少的，生产技术也比较固定，因此，材料生产过程中的节能减排主要应从管理上入手，厉行节约，反对浪费，杜绝跑冒滴漏，以实现经济效益、社会效益、环境效益和节能降耗的四统一。

3 化学灌浆实施过程中的节能减排

由于化学浆材单位产品的能耗很高，因此，应采取各种措施，严格掌握化学灌浆，以精准控制实现浆材利用效率和工程效益的最大化。

从设计角度看，在满足工程目的的前提下，尽量减少化学灌浆工程量，是节能减排的最有效的措施之一。从施工角度看，则可从人、机、料、法、环、测六个方面来分析。

(1)人

从宣传和制度两方面强化员工的节能减排意识，提倡低碳生活; 从工程实践看，以生活节能为突破口，往往能收到意想不到的效果。

(2)机

目前，化学灌浆设备种类繁多，性能各异。总的发展趋势是小型化、简单化、自动化，这与化学灌浆节能减排的方向是一致的。另外，从工程实践看，气动设备往往不及电动设备直接，网电比发电省50%左右，因此，在条件允许的情况下，能用电时尽量少用气，能用网电不要发电。此外，积极研制新型设备，推进设备更新换代，对现有设备进行经常性的维护保养，淘汰超期服役设备等，均可提高运行效率，减少能耗。

(3)料

以较少的材料适度地解决工程问题，是化学灌浆节能减排的核心。

无论是理论上还是工程实践中，粘度增长曲线具有突变性的化学灌浆材料都是受欢迎的。它的主要优势既有一定的扩散范围，又能防止流窜过远，和工艺的搭接比较容易，对工程质量、进度都有利，对于节能减排也具有特殊意义，一举多得。

(4)法

为达到节约浆材的目的，首先应采取的措施就是减少占浆，其次是将材料和工艺密切结合，对灌浆过程进行精准控制。

减少占浆是化学灌浆界由来已久的习惯做法，对于深孔，自上而下灌浆的做法效果尤其显著。其实，如果水泥灌浆效果较好，采取自下而上，分段注浆可能是更有效的办法。因此，《水工建筑物化学灌浆施工规范》中对两种工艺采取了一视同仁的态度。

蒋和平、姜命强等指出，对于水泥灌浆而言，《水工建筑物水泥灌浆施工规范》(DL/T5148—2001)中虽规定帷幕灌浆段长一般为5～6m，特殊情况下可适当缩短或加长，但不宜大于10m。但在实际操作中，几乎所有工程都是采用段长5m的标准，要缩短很容易，但如果要加长，则困难重重，甚至是没有可能，这对节能减排是不利的。对于化学灌浆而言，由于是对细微裂隙进行的，段长本来不应过大，加之化学灌浆设备功率较低，因此这个问题不如水泥灌浆那样突出。一般情况下，仍宜以5m为段长较为适宜，过大可能会对质量造成负面影响。

在广元某建筑物水泥－环氧复合灌浆试验中，曾对砂层进行了单点控制灌浆。此原则同样适用于水泥浆不能灌入、吃水量较大的细微裂隙或孔隙群。

压力和灌浆结束标准方面，蒋和平、姜命强指出，水泥灌浆压力越大，结束标准越高，灌浆持续的时间越长，消耗的能源越多，因此，过高的压力和过严的结束标准对于水泥灌浆不见得会产生好处，而对于节能减排是不利的。化学灌浆同样如此。因此，在即将出版的《水利水电施工手册第一卷第七册——化学灌浆》一书中特别强调，化学灌浆过程应以流量为主、压力为辅进行控制，防止流窜过远，以减少无效注浆量。

此外，化学灌浆施工中发生漏浆、冒浆或流量突增、压力突降时，处理的办法都是类似的，如变浆、降压、间歇等工艺措施，其中变浆是比较有效的一种。一旦改用胶凝时间快的配比，漏浆或冒浆会较快得到控制，但也要防止质量事故。

(5)环

化学灌浆后及时清洗，避免或减轻污染，既是环保的要求，也利于节能减排。

(6)测

在广元某项目中曾采用设施内高精度摄像系统，对水泥－化学复合灌浆工程进行全面跟踪，一旦发现漏浆，灌浆过程立即中止，使灌浆过程由“老大难”变成“短平快”，保证了安全、质量、进度，以较小的代价达到了工程的整体目的，对于节能减排也起到了重要作用，收到奇效。

4 化学灌浆质量与节能减排的内在共生性分析

对于水泥灌浆而言，灌浆质量和节能减排存在较多的不一致性，工程实践中往往要权衡诸因素，化学灌浆则不然。无论是技术可靠性、经济可行性、进度可控性、环境可接受性还是节能减排，均要求进行精益化学灌浆。这说明，化学灌浆质量和节能减排存在内在的共生性。

5 结语

化学灌浆材料上游产业链长，单位产品能耗高，因此，应采用粘度增长曲线具有突变性的可控浆材，对灌浆过程进行精准控制，尽量防止流窜过远，并在出现异常时采用变浆、降压、间歇等手段进行及时处理，即可在相当程度上达到改善节能降耗的目的。

参考文献

［1］蒋和平，姜命强.浅谈水泥灌浆工程中的节能减排——水利水电地基基础工程技术创新与发展［C］.中国水利学会地基与基础工程专业委员会第十一次全国学术技术研讨会论文集，44－47.

［2］夏可风.2013水利水电地基与基础工程技术［M］.北京: 中国水利水电出版社，2011年10月.