水泥一水玻璃漿材在灌漿工程中的作用

http://www.starwarsto.com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(yōu)點(diǎn)，在許多灌漿工程中發(fā)揮重要作用。本文從水泥、水玻璃的基本性能出發(fā)，對水泥一水玻璃灌漿材料的性能和應用進(jìn)行了探討。 關(guān)鍵詞：水泥；水玻璃；灌漿材料  化學(xué)灌漿技術(shù)是將化學(xué)漿液注入巖土內部，使其在原位進(jìn)行化學(xué)反應，以增強巖土的工程力學(xué)強度和水力學(xué)性質(zhì)，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(shí)性，起到防滲加固的作用。灌漿材料在灌漿工程中起著(zhù)關(guān)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(xué)灌漿工程實(shí)踐中，研究和應用的灌漿材料有10個(gè)系列，分為無(wú)機和有機兩大類(lèi)。無(wú)機漿材主要有水泥、水玻璃和粘土等，有機有丙烯酰胺、木質(zhì)素等。水泥具有源廣價(jià)廉，漿液結石體抗壓強度高、抗滲性能好、工藝設備簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)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(shí)間很長(cháng)，難以準確控制等。丙烯酰胺等有機化學(xué)灌漿材料最大的優(yōu)點(diǎn)，是它所制得的漿液都是真溶液，初始粘度較小，可灌進(jìn)更加細小的縫隙或孔隙；膠凝時(shí)間可以根據需要進(jìn)行調節，使其充填范圍恰到好處。其主要缺點(diǎn)，是具有一定毒性，污染環(huán)境，耐久性差，且價(jià)格較貴。水玻璃同水泥一樣源廣價(jià)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(lèi)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(lèi)日益重要、有發(fā)展前途的漿液。水泥和水玻璃配合起來(lái)使用，最大發(fā)揮了水泥一水玻璃兩種灌漿材料的優(yōu)勢，提高灌漿效果和工程質(zhì)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(shí)間短、結石強度低；M值大，Si07含量高，凝結時(shí)間長(cháng)，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(chēng)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(tài)可分為以下類(lèi)型，即：溶液型。

①水玻璃一無(wú)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(wú)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(wú)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(shí)間，按膠凝時(shí)間長(cháng)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(shí)間的長(cháng)短，影響凝膠中是否有鈉離子的殘存。無(wú)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(shí)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(lái)說(shuō)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(fā)展起來(lái)的一種新型漿材，凝膠中無(wú)鈉離子存在。  水玻璃作為化學(xué)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(kāi)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(chǎn)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(dòng)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(shí)間內完成的。在灌漿中利用它的這種性質(zhì)，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(shí)間和結石強度。 

2、影響水泥與水玻璃漿液膠凝時(shí)間長(cháng)短的因素有以下幾種：      

(I)水泥品種：一般說(shuō)來(lái)，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(zhù)水泥標號提高，膠凝時(shí)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(shí)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(shí)，C：S增大，即水玻璃摻量越少，則膠凝越快。      

(5)漿液溫度：隨著(zhù)漿液的升高，膠凝時(shí)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(zhù)緩凝效果。 

3、水泥一水玻璃灌漿材料性能的提高  

作為無(wú)機灌漿材料，水泥具有結石體強度高，不污染環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，但是它的最大缺點(diǎn)就是膠凝時(shí)間短，滲透性差；加入水玻璃后使其膠凝時(shí)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(lái)圍繞如何提高水泥一水玻璃漿液的結石體的強度、流動(dòng)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(jìn)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(gè)最重要的因素。  水玻璃化學(xué)結構中，當鈉離子存在時(shí)，形成凝膠網(wǎng)狀結構的Si-O-Si鍵將產(chǎn)生斷裂，稱(chēng)為“膠溶”。因此，凝膠過(guò)程中除去鈉離子是十分重要的。 水玻璃一無(wú)機固化劑漿材固結后，內部存在大量鈉離子，這必然會(huì )引起凝膠網(wǎng)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(shí)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(cháng)，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(shí)間的增加而降低，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，卻可在長(cháng)時(shí)間內穩定在 較高的水平。