行业泰斗年近八旬老人熊厚金老总激情再谈化灌。这是熊老于2014年冬在长沙全国化灌会议的脱稿讲话记录。今整理成文，以馈同仁。
熊厚金简介：http://baike.baidu.com/link?url=spEoK8SZTjki5Zj8X3i5HXxuQIodEFTSjI9cqdSy5LWbcPMSP7nJFvhTCClWpNWgKQWX9cRMaM9KSRGS1Pt-Va
再谈化灌
——变观念、跟形势、迎接未来
（中国科学院广州化学研究所 熊厚金）
摘要
本文阐述了作者对化学灌浆概念的变更，结合社会发展中一些具体的工程实践、体会，对化灌发展创新作了一些大胆的设想，或许是“天方夜谭”，“臆想天开”，但并非空穴来风。小小技艺，兹事体大，创新有源，于斯为盛。
关键词：化学灌浆 发展 能源革命 砂产业 网络 碳储存
引言
以前，我讲了我的化灌缘与化灌梦，今天再来谈谈化灌，就从如何改变化灌观念，紧跟社会发展的需要，再次设想一下化灌的前沿阵地，迎接化灌领域的发展和它的未来。以前，曾发表过论文、专著涉及到这些问题，本文也仅仅作一个提纲式的简述。
1、变观念
化灌是化学灌浆的简称，是一项包容性很强的工程技术，极具生命力。
化学——变化（分子层面）的科学。灌浆（grouting）或注射、打针、注入（injection）。
1.1 化灌的对象是建筑物及其基础的空隙、裂隙及各种缺陷，具体有混凝土、砂、石、木、土层等……。
1.2 化灌目的：1防渗、堵水、防水;2加固、补漏、固结、凝固、凝结。
1.3 化灌方式：打针、泵压、电渗、高喷……。
1.4 化灌元素：化学变化、打针、注射、泵压、钻孔、灌浆、浆材、防水、加固。
1.5 化灌定义：化学灌浆在不少的专著中都有明确具体的定义，无疑这些都是正确的。这里不再多述，但是不要一说到化灌，只停留在纯浆液，补强，防水堵水……，仅仅这些概念是不够的，它限制了这门技术的发展。
给化学灌浆进行定义，应包含它的原理、材料、方法、目的四个方面。
化灌被定义为：以化学反应的原理和方法，通过压注含有化学物质的浆材，原位（就地）进行化学反应，达到改变被灌物的物理力学性能以满足工程要求的技术，称为化灌技术。
1.6 化灌创新：以上四个方面的扩展和交叉排列组合，形成了化灌大家庭中各式各样的材料、方法、工艺和设施，具有广泛的包容性和无限的活力。这方面的例子太多，不多述了。说说水泥灌浆，它是最普通的灌浆方法，因它的核心功能是通过硅酸盐的水合反应而凝固，达到非常优异的性能，因此，水泥灌浆实质是化灌，只不过它已自成一体。但是，我们不要把它和化灌在概念上对立。水泥灌浆是世界上最传统、最流行、最经济、最适用的化灌技术，以水泥为基础的硅酸盐灌浆材料研究，既是化灌研究的前沿阵地，也是化灌的未来。例如：
水玻璃——水泥灌浆
聚氨酯——水泥灌浆
聚氨酯——水玻璃——水泥灌浆
高分子化合物——水泥灌浆
高分子化合物——水玻璃灌浆
高分子化合物——水玻璃灌浆
有机化合物——水玻璃灌浆
聚氨酯——水性环氧树脂灌浆
硅溶胶，硅凝胶，气凝胶的化学分子式是sio2。值得我们关注和研究。如：用于美容充填的柔韧、稳定、安全的硅凝胶，到削铁如泥的陶瓷刀和坚韧刹车片，它们的主要成分也是sio2。气凝胶，其绝缘和隔热能力强，它的别称是“冰冻烟雾”。它是世界上重量最轻，最薄的材料。不仅用于防寒服，家电，建筑物的隔热，还可用于太空飞船，当宇宙飞船进入大气层时，气凝胶可以膨胀，有效保护飞船。最近英国《自然》周刊报道了一种新的超薄材料，它由七层二氧化硅（sio2）和二氧化铪（Hfo2）构成，厚度仅为1.8微米。能将热量直接散发至外太空，达到降温的目的。
有了新观念，就成功了一半。新理念产生新技术、新工艺、新设计、新设备、新应用领域就会接踵而来。昨天是传统，今天是现代，明天是未来，今天的现代将变成明天的传统。传统在时间的流变中不断扩大时限，不断丰富和更新内涵。
2、跟形势
化灌与社会进步发展息息相关，社会需要化灌，化灌促进了社会发展。我们先辈提出在长江建三峡大坝。化灌课题被列入国家十二年科学发展规划，才有了今天的化灌成就。我本人因参加国家重大工程建设，三线建设，开始投身化灌，一生为化灌服务。现就具体工程，谈些看法。
2.1 敬修韶山毛主席塑像，改变部份混凝土的吸水性，使外貌，颜色均匀一致。
2.2 河南龙门石窟卢舍那大佛，号称东方的维纳斯，这是在化灌先师叶作舟教师指导下修复的。
2.3 四川汶川圣水寺的释迦摩尼大佛修复，泥质草苔，2014年5月12日，大地震破坏，扭曲破损。以广东灌浆岛为主的“抗震救灾爱心集结号”虔诚扶正敬修。历时120天共完成藏经楼，照壁、大殿、水库等受地震灾害损害的建筑十多处，费用约百万，体现了化灌人的社会责任感和爱心。
2.4 布袋灌浆：广西阳朔一座尾矿坝水库漏水，时逢河南某水库垮塌，伤及多名无辜群众。因此，阳朔领导特别关注，亲自督战，用了许多办法仍无效果。广东灌浆岛公司的邓敬森从四川救灾现场赶到，改变了方法，将快速凝固的浆液灌注入布袋内，成功堵住了大涌水，避免了大坝坍塌的危险。
2.5 倾倒灌浆：用最原始的将浆液倾倒入混凝土楼面，及时解决了很多工程难题。
2.6 广东高州水库底孔100m3/h的大涌水，约30m的水头，使人站立不稳，民工们用了半个月才搭好脚手架。灌浆5分钟后，滴水不漏，灌浆前后是两个世界，令化灌学习班的学员热烈欢呼祝贺。
以上例子举不胜举，我相信，所有化灌人都有同样的经历和感受。
化灌确实是一项千变万化，机动性很强的技术。国外有人说：灌浆不仅是科学，更是一门艺术。Grouting is more than science , but art.
我们认为：化灌是技术，也是艺术，更是文化。说它是技术，不必多讲，显然是一门科学性极强的，能解决许多工程疑难问题的工程技术，且效果十分明显；说它是艺术，因为差不多每项工程都是独一无二的，是艺术创造，是化灌人的思想、情感、意志的物化，是可以回味、自娱自乐把玩的艺术品，是化灌人从眼到心，从心到手的“魔法”，这就是化灌魅力；说它是文化，是因为它是化灌人之精神品质的载体。古有“女娲补天”，“黄帝煮胶”，今有介绍了许多“点石成金”，“泥土变石头”，“投胎换骨”的处理水电大坝泥化夹层，铁路隧道大突泥化学固结，历史文物保护等许多化灌实例。历经15届化灌学术会议，两次化灌论坛两次国际学术会议的数十次盛大集会，发表阳江宣言，桂林共识，这些难道不是化灌文化？！中国是一个拥有5000年历史的文明古国，我们对我国的光荣传统悠久的文化和历史感到无比骄傲。女娲娘娘是化灌人的先行者，是宗师，老祖宗，是化灌的创始人。
化灌是一门包容性很强的工程技术。凭化灌人的智慧进行巧妙的设计，化灌人除了要了解和掌握化灌，及其相邻各科的其本知识外，还需要有胆识、有担当和毅力与决断力，要有驾驭全局的能力，否则前功尽弃，一败涂地。因此，化灌的成败不完全是技术问题。例如：
2.6 国家重点工程——京广复线建设是世界知名工程，南岭隧道是京广交线的“拦路虎”。三次大坍方，第三次涌泥1万6千多方，塌陷山顶15m,数分钟内，响声如雷，泥石俱下，犹如地震，淹没130m已成洞的隧道。经数次处理是越涌越多。长达一年多的停工，开了三次全国性的会议，两次聘请外国专家，都没能确定处理方案。1985年3月找到我们化灌公司，提出化灌方案，当时，遭到甲方人员的激烈反对，什么“头可断，血可流，就是不能灌浆”！还有铁道科学院某院士说：灌浆在理论上行不通，在实践上我们已经历2次失败，证明不行。最后，由铁道部党组书记蒋才兴决断：“真理往往掌握在少数人手里”。经过半年的商谈，甲方给我们签订了一个不平等条约，如成功，他们付给我们36万元；如失败要赔偿他们52万元。工期49天，延期要罚款。最后，经过精心设计，精心施工，提前19天完工，含水率60%以上的流塑粘土在高压，高温和大量化学药品的作用下，大量脱水，成为粘土岩。化灌人再次享受了化灌的快乐。
3、迎未来
像说水泥灌浆不是化灌一样，还有许许多多国家重大疑难工程问题。似乎不属于化灌领域，但它们也实实在在为化灌所涵盖。遵循化学反应的原理，钻孔，灌浆，原位反应，达成目的化灌定义。
3.1 重大工程事故
如墨西哥湾石油泄漏，渤海湾石油泄漏，大庆油田王进喜的英雄行为，上海黄浦江隧道抢险，日本青函海底隧道抢险，日本福田核泄漏等重大事故都与化灌有关。可以说，成也灌浆，败也灌浆。
3.2 沙漠建筑——砂产业——沙漠地下城
我国最伟大的科学家，两弹一星之父，钱学森教授在甘肃酒泉提出了“砂产业“的设想。
以为原料，就地拌和一些称为胶粘剂的化学物质。如水泥、水玻璃、环氧树脂、聚氨酯、有机硅、丙烯酸盐等可制成各种性能的砂制品和砂的构筑物，化灌浆液是首选的材料，原位化灌加固是重要的建筑方法。可用于：
1固砂，防止砂的移动，特别是交通线上（如高铁）砂坡路基的固定，可采用最早的化灌技术。
Na2sio3+Cacl2 Sio2 +Cao+2Nacl
由于Cacl2与水玻璃的反应极快，因此，采取二次灌浆技术，先向沙喷水玻璃溶液，等沙干后，再喷一层稀Cacl2溶液，渗透后与水玻璃反应，生成的Sio2,Cao与砂(Sio2)胶结，达到固砂的目的，这应该是最清洁，最经济，最简便的固砂方法。
当然，用其他胶粘材料固沙，其效果会更好。
2制成各种性能的砂制品：如透水的，半透水的，不透水的，含水的，保水的，团粒结构的，含有营养物质的，不同强度的，不同用途的砂制品，不仅在沙漠地区可以应用，在各个城市，农村都可以应用。
3沙漠内“地下蓄水池”，“坎儿井”的建造。
去过新疆吐鲁番的游客对地下坎儿井有深刻的印象，用化灌的方法防止井底和两侧壁渗漏，使坎儿井的水避免高温蒸发，使其清水常流，这对化灌人不是难事。如果我们用化灌在沙层建筑一圈防水帷幕，并将底层封闭，那么，将其里面的沙土取走，就成为一个蓄水池。考虑到大量的水汽蒸发，在取沙之前，我们可以设计一个防蒸发的顶盖，具有一定强度的半透水性的固沙体，即水只能向下渗透，不能向上跑出，最后，将池内的沙土吸走。
4地下建筑，地下城市的建造
这一设想基于以下两方面：
一方面是能作到强度为10-100/mpa的固沙体。砂在沙漠中易取得且易输送，固沙体中砂的含量占80%以上，原位加固，就地使用，是资源节约型的一种设计思想。如考虑应用高强度水泥砂浆的成果，则技术经济指标应该很不错。
另一方面，我们考虑城市地铁建设，盾构机和喷射混凝土的工作原理和效率设计一种利用砂和胶粘剂，在沙漠内穿行的机器——沙土盾构机。再加上“超联接”的概念，装备智能信息，数字系统和导航系统。地下交通，地下商场，沙漠地下城建设就会有很好的性价比。
5先定居月球，月宫建筑
我国正在进行“绕落返”月球的太空计划，登陆月球，先定居，如同能吐固结沙的甲壳虫给自己造房子一样，建月球基地，实验设施和保障设施，氦3发电站，无线输电，供地球使用。建採矿基地与发射场，这不完全是梦想。如果月球上真有月壤，以上所讲的沙漠计划，应有一定的可参考性。决不是一种不切实际的空想。
3.3 太空化灌
中国科学院广州化学研究所曾研究了一种飞机胶粘剂，当在执行任务的飞机出现裂隙成洞穴时，一时不可能返回基地修理，又危及飞机安全时，用一种飞机胶黏剂及时进行修理。
同样的理由，在外太空执行飞行任务的航天装备，如果某些关键部体因外力冲击出现擦痕和微小的裂纹，不可能返回基地维修，这时，可由太空人在外太空修复。或者是，如果建造材料自身具有自我修复能力，能由材料自已修补就显得非常必要了。这听起来像天方夜谭，但实际上正在变为现实。
用水玻璃+玻璃纤维放在轮胎内，轮胎被钉钉穿，它就有自我修复能力，自行车、汽车可以照样奔驰。
不管什么航天器，都离不开特殊的铝合金，因此，铝合金的擦痕和裂纹的修理也离不开水玻璃，碱性的水玻璃及凝胶能与碱金属铝反应，使裂痕愈合，水玻璃与固化剂（或者催化剂）的反应极其迅速，瞬间进行，在外太空的极度低温下，反而能获到较长的可操作时间。
据《中国科学报》报道，最近，美国的科学家在自我修复材料又有新的突破，能够修复直经达1cm的空洞，并保持材料的原始强度不变。这项成果，是2001年发明的“微胶囊”修复材料基础上的一个发展，简单来说，微胶囊模式自我修复体系是将修复剂或者催化剂微胶囊化，混入基体材料中，一旦遭到冲击，填充修复剂的胶囊破裂，里面的修复剂与催化剂相遇，发生了化学反应，产生修复作用，这种作用与我最近经历类似，一次不慎，四肢突然着地，头破血流，庆幸命大，十天后，与同学欢聚，十五天后能登上学术讲坛，摄影留念，可见，生命力和皮肤的自愈能力，这种能力在工程上也有表现，近年来，广西、广东、湖南、贵州的高速公路使用了一种称为“坑洞灵”材料，在不断奔驰的车辆冲击下，充当修复的材料不断变形，以柔克刚，同时析出粘结力很强的液体，而且充填物的强度和耐充击力逐渐增强，坑洞和裂隙得以自行愈合，其强度和外观与路面一致。这样就解决了混凝土路面坑凹跳车，愈补愈烂的难题，经过上十年的耐久考验，证明是一种理想的自我修复材料。
3.4 南海的化灌
南海的岛礁建筑，扩岛、造岛、储水、储油、储气的生活设施和岛内水下建筑都离不开化灌。
3.5 石油开采与能源革命
先师叶作舟教授早在上世纪80年代就设立了“油井选择性堵水”的课题。活跃于胜利、大庆、克拉玛依的油田现场，油井的堵水，固砂的规模很大，“二次采油”“三次采油”的技术本质是化灌。
现着重介绍：
能源革命——油页岩革命。
油页岩，是1.4亿年前形成的石头，人们早知它的存在，突如其来的“油页岩革命”，美国竞摇身变成一个超级天然气与油田的国家。美国工业告别石油，告别中东，油价爆跌。一场石头带来的世界大改变才刚刚上演，世界的财富，政治、经济版图，生活中的日用品或未来的电力来源都会因此而改变。这些都因美国有了点石成金的特殊技术，使天然气以很低的成本开采出来，天然气比矿泉水便宜，这些得宜于两大技术；钻孔——水平式钻井与灌浆——水力压裂技术，化学配方是关键，庞大经济效益背后是“环保”争议，耗水、污染、诱发地震的是附加的技术关键。采用高压泵送复合桥塞和射孔联作水平井分段压裂技术，是决定油页岩气单井产量与寿命的重要指标，深井、大口径钻孔，固井。需堵水，固砂。同时，高温、高压、水的循环利用，驱气、驱油的特殊要求，也给化灌企业提供了创新的机会。
“油页岩革命”，既蕴藏着改变世界势力地图的机会，也孕育着我国“能源革命”和重塑“美丽中国”的梦想。在党的十八大四中全会期间获悉，我国天然气技术取得了重大突破，去年我国的产量为1.93亿立方米，今年将达到10到15亿立方米，明年有望达到65亿立方米。中国是油页岩最丰富的国家，储量是1275兆Ft,而美国只862兆Ft,世界超级油田和能源大国有可能就是我国。因天然气的PM2.5为0，我国将告别雾霾，天空会更蓝，地更绿。
同样的道理，我们知道，贵重金属矿山的“浸渍、浸溶采矿技术”；煤矿的“气化开采技术”，本质上也是一种化灌技术。利用化灌的渗透破坏，同样也能惊天动地。我们在《岩土工程化学》第11章中论述了“岩土工程的化学破坏及应用”。
3.6地下“碳储存”
过度碳排放已成为人类生存的灾难。除了如何减少碳排放，或把Ｃo2作资源加以利用外，地下“碳储存”或许是一种很好的设想。把Ｃo2注入并存储在地下深处的岩石中，加以储存，成为一种资源储备。泄漏是地质碳封存涉及的核心问题之一。这正好用到化灌技术。地质碳封存包括Ｃo2收集、冷却并压缩到临界状态，用深井泵泵入岩石。砂岩石和石灰岩是特别好的储气层。但重要的是作为顶上盖子的岩石要有较好的密封性和强度。这可以通过固结灌浆，保证不渗漏。并可以安装温度、压力和振动等传感器，用电脑进行控制监视。待我们聪明的后辈找到更简便的办法，再作资源加以利用。如光合作用，将Ｃo2吸收利用，增长植物的C-C分子.或寻找更有效的催化剂，增长碳链（—C-C—）分子。近期报道，英国研究的“仿生树叶”能通过催化剂进行光合作用，使“水变燃料”获得成功；或将Ｃo2水化（或氢化），还原生成燃料甲醇（ＣＨ2ＯＨ），甲醇燃烧氧化又生成水与Ｃo2。
3.7 数值分析——网络——电商
数值分析方法，数据的搜集分析，处理和应用对任何部门，无疑都是重要的，国际岩石力学学会主席C.Fairhurst教授，1994年在我国广州“锚固与灌浆技术国际学术讨论会”上，为此，专门作了特邀报告。为了完善《岩土工程化学》这一学科构建，专门聘请李宁教授以一章的篇幅，书写了“数值分析方法在岩土工程化学中的应用”，借助互联网，迅速了解化灌各种信息，市场、需求、技术、处理过程、效果，用现代信息化解决各种工程难题。比如：对老虎都不怕，只怕屋漏的“屋漏”问题，有城镇化，有13亿人的大市场，这是关乎千家万户的大产业，大平台。能否建立12小时内看现场，不动一砖一瓦，一日搞掂的化灌网络。“移动智能化灌”这一概念听起来科幻，有无可行性，谁敢喝“头啖汤”？突破口在哪？这是我们关心的问题，希望能享受互联网福祉。
结语
作为一个化学工作者，一生可说是在实验、表演、实践与幻想中渡过，为使科研成果转化为生产力，受周恩来总理、三线建设的召唤，成了一个蹩脚的魔术师。开始用所谓的“20世纪魔水”来表演堵水，出现在时任国家计委主任韩光的办公室，三线建设的各个营地，隧道全国会议、广交会、办学习班，工地现场表演神奇的化灌技术，为应付门前“车水马龙”的社会需求，1979年，开始了科技收费服务，居然能每年上交10万元。1981年为解决我院知青就业难的问题，正式注册登记，办起了化灌公司，用颤抖的手签订了成百上千份合同，值得庆幸的是都完成了任务。提前两年退休，专门为化灌作些感兴趣的事，想一些问题，这是我的责任。有思想，我存在。有幻想，才有希望。变观念，迎形势，迈向未来。
参考文献
【1】 熊厚金等 岩土工程化学［M］ 北京 科学出版社 2000
【2】 邓敬森等 岩土工程化学原位加固丛书（1-4）［M］北京 中国水利水电出版社 2009-2012
【3】 熊学刚 坑洞灵+化学灌浆在混凝土路面坑洞修补中的应用 化学灌浆技术的创新与发展［M］p388 长沙 中南大学出版社 2014-10-30
【4】 C.Fairhust 岩土工程中锚固的数值研究 国际岩土锚固与灌浆新进展［M］ 北京 中国建筑工业出版社 1996 P1
|
