水泥一水玻璃浆材在灌浆工程中的应用

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1、2000年第2期水文地质工程地质水泥一水玻璃浆材在灌浆工程中的应用摘要：水泥一水玻璃作为一种复合型灌浆材料，集中了水泥和水玻璃两种灌浆材料的优点，在许多灌浆工程中发挥重要作用。本文从水泥、水玻璃的基本性能出发，对水泥一水玻璃灌浆材料的性能和应用进行了探讨。关键词：水泥；水玻璃；灌浆材料化学灌浆技术是将化学浆液注入岩土内部，使其在原位进行化学反应，以增强岩土的工程力学强度和水力学性质，增加岩土的完整性和结构的整体性，达到改善岩土的承载力和提高地层的密实性，起到防渗加固的作用。灌浆材料在灌浆工程中起着关键的作用，在世界各国工程界受到了高度重视。在我国的化学灌浆工程实践中，研究和应

2、用的灌浆材料有10个系列，分为无机和有机两大类。无机浆材主要有水泥、水玻璃和粘土等，有机有丙烯酰胺、木质素等。水泥具有源广价廉，浆液结石体抗压强度高、抗渗性能好、工艺设备简单、操作方便等优点。其缺点是浆液为颗粒性材料，难以注入0.2mm以下裂隙和颗粒小于Imm的砂层，以及凝固时间很长，难以准确控制等。丙烯酰胺等有机化学灌浆材料最大的优点，是它所制得的浆液都是真溶液，初始粘度较小，可灌进更加细小的缝隙或孔隙；胶凝时间可以根据需要进行调节，使其充填范围恰到好处。其主要缺点，是具有一定毒性，污染环境，耐久性差，且价格较贵。水玻璃同水泥一样源广价廉，污染较小，且可灌性好，在许多新型固

3、化剂的作用下，水玻璃类浆液的性能（如耐久性、结石体强度、可灌性、抗渗性等）不断改善，是一类日益重要、有发展前途的浆液。水泥和水玻璃配合起来使用，最大发挥了水泥一水玻璃两种灌浆材料的优势，提高灌浆效果和工程质量，受到了普遍的欢迎。1水泥一水玻璃灌浆材料的基本性能商品水玻璃多呈棕黄色粘稠状液体。水玻璃模数(M)即Si02与Na20克分子比的大小，对浆液性能影响很大。M值小，Si02含量低，凝结时间短、结石强度低；M值大，Si07含量高，凝结时间长，结石强度高。一般灌浆用的水玻璃要求M=2.4～3.4。水玻璃的浓度称波美度(Be’)。灌浆一般使用30～40Be’的水玻璃。水玻璃浆材

4、按其固化剂与固化前的形态可分为以下类型，即：溶液型，有①水玻璃一无机固化剂体系，包括：酸性固化剂，如磷酸、碳酸氢钠、硫酸氢钠、磷酸钠、亚硫酸钠；金属盐：氯化钙、氯化钠、氯化镁、硫酸铝、硫酸镁；②水玻璃一无机气体固化剂（二氧化碳）体系；③水玻璃一有机固化剂体系；乙二醛、多元醇、乙酸乙酯、醋酸乙烯酯；④酸性水玻璃；⑤硅溶胶一无机固化剂体系。悬浊液型，有①水玻璃一水泥体系；②水玻璃一不溶性钙粉体系。水玻璃浆材中水玻璃与固化剂的反应时间，按胶凝时间长短，浆材可分为3种：lOs似内的叫快固化浆，10分钟左右的叫中固化浆，th以上的叫慢固化浆。胶凝时间的长短，影响凝胶中是否有钠离子的残存

5、。无机固化剂固化很快，使半数以上的钠离子残存在凝胶中；气体固化剂，固化时间适中，但凝胶仍残存钠离子；水玻璃与有机固化剂反应相对来说较慢，固化剂反应充分，仅有少量的钠离子残存。酸性水玻璃是近几年发展起来的一种新型浆材，凝胶中无钠离子存在。水玻璃作为化学灌浆的一种主要材料，如尤斯顿法（水玻璃一氯化钙），在很早以前就被采用了，而将其与水泥浆配合使用还是不久以前的事。我国自1967年开始在煤矿井巷建设中广泛使用。将水玻璃加入水泥浆中，已不单纯是为了改变浆液特性，而且它可以与水泥水化中产生的某些成分化合成一种胶体，这种胶体是水泥浆迅速失去流动性而转化成固体，共同充填岩土中的空隙，这种化

6、合和转化是在极短时间内完成的。在灌浆中利用它的这种性质，可以迅速堵住较大和具有水流作用的通道，也起到节约材料的效果。水泥一水玻璃最重要的性能是凝胶时间和结石强度。影响水泥与水玻璃浆液胶凝时间长短的因素有以下几种：(I)水泥品种：一般说来，水泥中硅酸三钙的含量越多，胶凝越快。普通硅酸盐水泥随着水泥标号提高，胶凝时间缩短；普通硅酸盐水泥比矿渣水泥胶凝快。(2)水灰比：水灰比减小，胶凝时间缩短。(3)波美度Ber：波美度越小，胶凝越快。(4)水泥浆与水玻璃体积比(C：S)：在其它条件相同时，C：S增大，即水玻璃掺量越少，则胶凝越快。(5)浆液温度：随着浆液的升高，胶凝时间加快。(6

7、)外加剂：加入促凝剂，如白灰Ca(OH)2，可加快胶凝；加入缓凝剂，如磷酸氢二钠Na2HPO。或木素，具有显著缓凝效果。2水泥一水玻璃灌浆材料性能的提高作为无机灌浆材料，水泥具有结石体强度高，不污染环境的优点，但是它的最大缺点就是胶凝时间短，渗透性差；加入水玻璃后使其胶凝时间可调，提高可灌性，但结果却使结石体的疆度和耐久性大大降低。近年来围绕如何提高水泥一水玻璃浆液的结石体的强度、流动性、抗渗性、耐久性作了大量的研究工作，并已取得了巨大的进展。根据研究结果，认为“胶溶”和脱水收缩是影响浆材耐久性的两个最