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水泥一水玻璃漿材在灌漿工程中的作用http://www.qianmianyudou.cn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。
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。 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�；蚰舅�，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。 |
