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水泥一水玻璃漿材在灌漿工程中的作用

http://www.cmzqru.live摘要:水泥一水玻璃作為一種復合型灌漿材料,集中了水泥和水玻璃兩種灌漿材料的優點,在許多灌漿工程中發揮重要作用。本文從水泥、水玻璃的基本性能出發,對水泥一水玻璃灌漿材料的性能和應用進行了探討。 關鍵詞:水泥;水玻璃;灌漿材料  化學灌漿技術是將化學漿液注入巖土內部,使其在原位進行化學反應,以增強巖土的工程力學強度和水力學性質,增加巖土的完整性和結構的整體性,達到改善巖土的承載力和提高地層的密實性,起到防滲加固的作用。灌漿材料在灌漿工程中起著關鍵的作用,在世界各國工程界受到了高度重視。在我國的化學灌漿工程實踐中,研究和應用的灌漿材料有10個系列,分為無機和有機兩大類。無機漿材主要有水泥、水玻璃和粘土等,有機有丙烯酰胺、木質素等。水泥具有源廣價廉,漿液結石體抗壓強度高、抗滲性能好、工藝設備簡單、操作方便等優點。其缺點是漿液為顆粒性材料,難以注入0. 2mm以下裂隙和顆粒小于Imm的砂層,以及凝固時間很長,難以準確控制等。丙烯酰胺等有機化學灌漿材料最大的優點,是它所制得的漿液都是真溶液,初始粘度較小,可灌進更加細小的縫隙或孔隙;膠凝時間可以根據需要進行調節,使其充填范圍恰到好處。其主要缺點,是具有一定毒性,污染環境,耐久性差,且價格較貴。水玻璃同水泥一樣源廣價廉,污染較小,且可灌性好,在許多新型固化劑的作用下,水玻璃類漿液的性能(如耐久性、結石體強度、可灌性、抗滲性等)不斷改善,是一類日益重要、有發展前途的漿液。水泥和水玻璃配合起來使用,最大發揮了水泥一水玻璃兩種灌漿材料的優勢,提高灌漿效果和工程質量,受到了普遍的歡迎。 

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1、水泥一水玻璃灌漿材料的基本性能  商品水玻璃多呈棕黃色粘稠狀液體。水玻璃模數(M)即Si02與Na20克分子比的大小,對漿液性能影響很大。M值小,Si02含量低,凝結時間短、結石強度低;M值大,Si07含量高,凝結時間長,結石強度高。一般灌漿用的水玻璃要求M=2.4~3.4。水玻璃的濃度 稱波美度(Be’)。灌漿一般使用30~40Be’的水玻璃。  水玻璃漿材按其固化劑與固化前的形態可分為以下類型,即:溶液型。

①水玻璃一無機固化劑體系,包括:酸性固化劑,如磷酸、碳酸氫鈉、硫酸氫鈉、磷酸鈉、  亞硫酸鈉;金屬鹽:氯化鈣、氯化鈉、氯化鎂、硫酸鋁、硫酸鎂;

②水玻璃一無機氣體固化劑(二氧化碳)體系;

③水玻璃一有機固化劑體系;乙二醛、多元醇、乙酸乙酯、醋酸乙烯酯;

④酸性水玻璃;

⑤硅溶膠一無機固化劑體系。懸濁液型,有①水玻璃一水泥體系;②水玻璃一不溶性鈣粉體系。  

水玻璃漿材中水玻璃與固化劑的反應時間,按膠凝時間長短,漿材可分為3種:lOs似內的叫快固化漿,10分鐘左右的叫中固化漿,th以上的叫慢固化漿。膠凝時間的長短,影響凝膠中是否有鈉離子的殘存。無機固化劑固化很快,使半數以上的鈉離子殘存在凝膠中;氣體固化劑,固化時間適中,但凝膠仍殘存鈉離子;水玻璃與有機固化劑反應相對來說較慢,固化劑反應充分,僅有少量的鈉離子殘存。酸性水玻璃是近幾年發展起來的一種新型漿材,凝膠中無鈉離子存在。  水玻璃作為化學灌漿的一種主要材料,如尤斯頓法(水玻璃一氯化鈣),在很早以前就被采用了,而將其與水泥漿配合使用還是不久以前的事。我國自1967年開始在煤礦井巷建設中廣泛使用。將水玻璃加入水泥漿中,已不單純是為了改變漿液特性,而且它可以與水 泥水化中產生的某些成分化合成一種膠體,這種膠體是水泥漿迅速失去流動性而轉化成固體,共同充填巖土中的空隙,這種化合和轉化是在極短時間內完成的。在灌漿中利用它的這種性質,可以迅速堵住較大和具有水流作用的通道,也起到節約材料的效果。 水泥一水玻璃最重要的性能是凝膠時間和結石強度。 5中鐵18局.png

2、影響水泥與水玻璃漿液膠凝時間長短的因素有以下幾種:      

(I)水泥品種:一般說來,水泥中硅酸三鈣的含量越多,膠凝越快。普通硅酸鹽水泥隨著水泥標號提高,膠凝時間縮短;普通硅酸鹽水泥比礦渣水泥膠凝快。     

(2)水灰比:水灰比減小,膠凝時間縮短。     

(3)波美度Ber:波美度越小,膠凝越快。      

(4)水泥漿與水玻璃體積比(C:S):在其它條件相同時,C:S增大,即水玻璃摻量越少,則膠凝越快。      

(5)漿液溫度:隨著漿液的升高,膠凝時間加快。      

(6)外加劑:加入促凝劑,如白灰Ca (OH)2,可加快膠凝;加入緩凝劑,如磷酸氫二鈉Na2HPO。或木素,具有顯著緩凝效果。 

3、水泥一水玻璃灌漿材料性能的提高  

作為無機灌漿材料,水泥具有結石體強度高,不污染環境的優點,但是它的最大缺點就是膠凝時間短,滲透性差;加入水玻璃后使其膠凝時間可調,提高可灌性,但結果卻使結石體的疆度和耐久性大大降低。近年來圍繞如何提高水泥一水玻璃漿液的結石體的強度、流動性、抗滲性、耐久性作了大量的研究工作,并已取得了巨大的進展。  根據研究結果,認為“膠溶”和脫水收縮是影響漿材耐久性的兩個最重要的因素。  水玻璃化學結構中,當鈉離子存在時,形成凝膠網狀結構的Si-O-Si鍵將產生斷裂,稱為“膠溶”。因此,凝膠過程中除去鈉離子是十分重要的。 水玻璃一無機固化劑漿材固結后,內部存在大量鈉離子,這必然會引起凝膠網狀結構的斷裂,這就是該漿材耐久性差的主要原因。但由于這種材料成本低,在臨 時性工程中,仍在使用。  水玻璃一有機固化劑漿液,固化較慢,這不僅使凝膠中殘存鈉離子量減少,而且極有利于硅酸聚合物的鏈增長,這樣凝膠結構就不易斷裂,凝膠的韌性大大提高。所以,用該漿材固結的砂體強度在初期隨時間的增加而降低,但經過一段時間后,卻可在長時間內穩定在 較高的水平。



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