粘土固化剂技术应用(论文)

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1、粘土固化剂灌浆技术在病险水库堤坝除险加固中的应用邹双七（417000）张柳春（410011）娄底市水利水电勘测设计院长沙京网电力科技有限公司[提要]粘土固化剂是一种新的灌浆材料，粘土固化剂灌浆技术是一种施工简单方便，既能显著提高防渗性能又能大幅降低工程造价，且低碳环保的防渗灌浆新技术，可广泛应用于各种地质条件下水库堤坝的除险加固防渗处理。[关键词]防渗粘土固化剂粘土固化浆液灌浆除险加固湖南省是全国水库最多的省份，现有各类水库13326座，其中小型水库13029座。这些小型水库大多数建于上世纪50～70年代，且以土石坝为主，大部分堤坝存在坝

2、体、坝基渗漏。土石坝大坝基本存在坝基渗漏、绕坝渗漏、接触冲刷破坏、散浸、沼泽化、流土、管涌等严重问题，危及大坝安全。传统的水库堤坝防渗处理主要采用套井冲抓回填、高压喷射灌浆、土工膜防渗及水泥浆液帷幕灌浆技术。套井冲抓回填受坝体高度、水位及天气因素影响；高压喷射灌浆成本高，受施工场地和电力约束；土工膜防渗，施工要求高。当前同一病险水库的除险加固常常是上述多种施工方法并存，不但施工程序复杂，而且施工工期较长、工程投资较大、防渗效果难以保障。因此，在病险水库除险加固任务繁重，资金偏紧的情况下，迫切需要一种施工简便、防渗效果好又能降低工程成本的全

3、新的防渗方法。粘土固化剂及其灌浆技术，就是在充分分析传统灌浆材料和传统灌浆技术的基础上发明的一种简便、高效、经济的防渗处理方法。它通过简单的传统钻孔灌浆技术，一次性解决坝体、坝基的防渗加固问题，不但施工简便、工期可控、低碳环保，而且防渗性能显著提高、工程造价大幅降低。1粘土固化剂化学机理及其粘土固化浆液主要性能1.1粘土固化剂简介粘土固化剂又名特种结构剂，是新一代灌浆材料，为灰白色固体粉末、无味、无毒、非易燃易暴品，细度80μm的筛余量≤8%、比表面积≥500m2/kg,密度2.80～3.15g/cm3，。“特种粘土固化浆液研制及其工程应

4、用成套技术”，2004年通过了水利部的科技成果鉴定，2005年获得了国家发明专利，同年还获得了广西壮族自治区科技进步一等奖。1.2粘土固化剂化学机理粘土固化剂溶于水后，立即生成大量的铝酸根、硅酸根、硫酸根，三者与水泥水化反应的生成物Ca(HO)2、水化铝酸三钙反应，生成均质绒毛状水化铝酸三钙、无定型水化硅酸二钙、具有较大膨胀性的硫铝酸钙。反应消耗了浆液中大量的拌合水，有利于加速水泥的水化反应，生成具有一定强度的结晶水化物即成为结石体，充填在空隙中的胶凝体会有效地堵塞渗流通道、降低其渗透系数。铝酸根、硅酸根与粘土中的碱金属发生作用，首先生成

5、明矾石。明矾石在Ca(HO)2、CaSO4的激发下缓慢膨胀且生成胶凝钙矾石和具有一定强度的无定型胶凝体，从而改善水泥集料界面的微区结构、孔结构、应力状态等，由此提高结石体的密实度和抗压强度及抗渗能力。粘土固化剂溶于水而产生的铝酸根、硅酸根、硫酸根，作为早期形成的水化铝酸三钙、水化硅酸二钙、水化硫铝酸钙，即后续反应晶体的生长核，可加快浆液中的各种水化反应，生成更多的具有一定强度的水化结晶体和胶凝体，使胶凝速度加快、时间缩短，使结石体强度快速增长、大幅度降低渗透系数。用粘土固化剂配制的特种粘土固化浆液与加固体的空隙具有很好的胶结作用和化学机理

6、，因此，形成的结石体具有明显的膨胀性和耐久性。1.3粘土固化浆液主要性能粘土固化剂是粘土固化浆液的关键材料，特种粘土固化浆液主要由80～90%的粘土、20～10%的水泥以及极少用量的粘土固化剂（即水泥用量的15～20%）组成。粘土固化剂彻底解决了水泥与粘土的不相容问题。表1列出了粘土固化浆液与同类浆液的技术性能比较。从表1可知，粘土固化浆液是一种非常理想的浆液。表1粘土固化浆液与同类浆液的技术性能比较表技术性能粘土固化浆液普通水泥浆液水泥粘土浆液浆液性能析水性无强微弱或弱稳定性好差较好吸水性明显无微弱流动性与可泵性好较好好抗地下水稀释性很

7、强差较弱可重复灌注性好差较好胶凝时间可控性可控不可控可控性小初始粘度可控性可控可控可控结石体性能膨胀性与收缩性明显微膨胀收缩性大微收缩抗冻性好较好未见检测资料抗震性很好差较差早期强度可控性可控且增长快不可控且增长慢可控性差抗地下水和酸碱侵蚀性强差较强标准养护28天抗压强度可达6－7Mpa10Mpa5－6Mpa结石体整体堵水性10-6-10-9cm/s灌浆防渗加固可靠性可靠性好可靠性差可靠性一般胶凝化学产物大量胶体成分和结晶水化物粘土固化浆液可适应于各种地质条件下水库堤坝的防渗除险加固处理。1.4粘土固化剂灌浆技术经济指标基岩灌注时，和纯水

8、泥浆液相比，至少可节约工程成本10%以上。首先，粘土固化剂灌浆技术的灌浆材料是80%的粘土、20%的水泥，粘土固化剂为水泥用量的15%。按水泥400元/t、固化剂7.5元/kg、粘土15元/t