水泥一水玻璃浆材在灌浆工程中的作用

http://ketai-cn.com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。 

快盈lll1、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。  水玻璃浆材按其固化剂与固化前的形态可分为以下类型，即：溶液型。

快盈lll①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；

快盈lll⑤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。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。 

2、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。     

快盈lll(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。      

快盈lll(5)浆液温度：随着浆液的升高，胶凝时间加快。      

(6)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。 

3、水泥一水玻璃灌浆材料性能的提高  

快盈lll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重要的因素。  水玻璃化学结构中，当钠离子存在时，形成凝胶网状结构的Si-O-Si键将产生断裂，称为“胶溶”。因此，凝胶过程中除去钠离子是十分重要的。 水玻璃一无机固化剂浆材固结后，内部存在大量钠离子，这必然会引起凝胶网状结构的断裂，这就是该浆材耐久性差的主要原因。但由于这种材料成本低，在临 时性工程中，仍在使用。  水玻璃一有机固化剂浆液，固化较慢，这不仅使凝胶中残存钠离子量减少，而且极有利于硅酸聚合物的链增长，这样凝胶结构就不易断裂，凝胶的韧性大大提高。所以，用该浆材固结的砂体强度在初期随时间的增加而降低，但经过一段时间后，却可在长时间内稳定在 较高的水平。