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水泥----水玻璃浆材在灌浆工程中的操纵
宣布日期:2014-08-11      阅读次数:952
    化学灌浆手艺是将化学浆液注入岩土外部,使其在原位停止化学反映,以加强岩土的工程力学强度和水力学性子,增添岩土的完全性和布局的全体性,到达改良岩土的承载力和进步地层的密实性,起到防渗加固的感化。灌浆资料在灌浆工程中起着关头的感化,在天下列国工程界遭到了高度正视。在我国的化学灌浆工程理论中,研讨和操纵的灌浆资料有10个系列,分为无机和无机两大类。无机浆材首要有水泥、水玻璃和黏土等,无机有丙烯酰胺、木质素等。水泥具备源广价廉,浆液结石体抗压强度高、抗渗机能好、工艺装备简略、操纵便利等长处。其错误谬误是浆液为颗粒性资料,难以注入0. 2mm以下裂隙和颗粒小于Imm的砂层,和凝结时候很长,难以精确节制等。丙烯酰胺等无机化学灌浆资料最大的长处,是它所制得的浆液都是真溶液,初始粘度较小,可灌进加倍藐小的裂缝或孔隙;胶凝时候能够按照须要停止调理,使其充填规模恰到益处。其首要错误谬误,是具备一定毒性,净化环境,经久性差,且价钱较贵。水玻璃同水泥一样源广价廉,净化较小,且可灌性好,在很多新型固化剂的感化下,水玻璃类浆液的机能(如经久性、结石体强度、可灌性、抗渗性等)不时改良,是一类日趋首要、有成长前程的浆液。水泥和水玻璃配合起来操纵,最大阐扬了水泥一水玻璃两种灌浆资料的上风,进步灌浆成果和工程品质,遭到了遍及的接待。
1水泥一水玻璃灌浆资料的根基机能
    商品水玻璃多呈棕黄色黏稠状液体。水玻璃模数(M)即Si02与Na20克份子比的巨细,对浆液机能影响很大。M值小,Si02含量低,凝结时候短、结石强度低;M值大,Si07含量高,凝结时候长,结石强度高。通俗灌浆用的水玻璃请求M=2.4~3.4。水玻璃的浓度
称波美度(Be’)。灌浆通俗操纵30~40Be’的水玻璃。
    水玻璃浆材按其固化剂与固化前的形状可分为以下范例,即:溶液型,有①水玻璃一无机固化剂体系,包含: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水玻璃一无机固化剂体系;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映时候,按胶凝时候是非,浆材可分为3种:lOs似内的叫快固化浆,10分钟摆布的叫中固化浆,th以上的叫慢固化浆。胶凝时候的是非,影响凝胶中是不是有钠离子的残存。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,固化时候适中,但凝胶仍残存钠离子;水玻璃与无机固化剂反映绝对来讲较慢,固化剂反映充实,唯一少许的钠离子残存。酸性水玻璃是近几年成长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首要资料,如尤斯顿法(水玻璃一氯化钙),在很早之前就被接纳了,而将其与水泥浆配合操纵仍是未几之前的事。我国自1967年起头在煤矿井巷扶植中普遍操纵。将水玻璃插手水泥浆中,已不但纯是为了转变浆液特征,并且它能够与水
泥水化中产生的某些成份化分解一种胶体,这类胶体是水泥浆敏捷落空活动性而转化成固体,配合充填岩土中的空地,这类化合和转化是在极短时候内实现的。在灌浆中操纵它的这类性子,能够敏捷堵住较大和具备水流感化的通道,也起到节俭资料的成果。
    水泥一水玻璃最首要的机能是凝胶时候和结石强度。
    影响水泥与水玻璃浆液胶凝时候是非的身分有以下几种:
    (I)水泥种类:通俗说来,水泥中硅酸三钙的含量越多,胶凝越快。通俗硅酸盐水泥跟着水泥标号进步,胶凝时候耽误;通俗硅酸盐水泥比矿渣水泥胶凝快。
    (2)水灰比:水灰比减小,胶凝时候耽误。
    (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):在别的前提不异时,C:S增大,即水玻璃掺量越少,则胶凝越快。
    (5)浆液温度:跟着浆液的降落,胶凝时候加速。
    (6)外加剂:插手促凝剂,如白灰Ca (OH)2,可加速胶凝;插手缓凝剂,如磷酸氢二钠Na2HPO。或木素,具备明显缓固成果。
2水泥一水玻璃灌浆资料机能的进步
    作为无机灌浆资料,水泥具备结石体强度高,不净化环境的长处,可是它的最大错误谬误便是胶凝时候短,渗入性差;插手水玻璃后使其胶凝时候可调,进步可灌性,但成果却使结石体的疆度和经久性大大降落。最近几年来环绕若何进步水泥一水玻璃浆液的结石体的强度、活动性、抗渗性、经久性作了大批的研讨任务,并已获得了庞大的停顿。
    按照研讨成果,以为“胶溶”和脱水缩短是影响浆材经久性的两个最首要的身分。
    水玻璃化学布局中,当钠离子存在时,组成凝胶网状布局的Si-O-Si键将产生断裂,称为“胶溶”。是以,凝胶进程中撤除钠离子是非常首要的。
    水玻璃一无机固化剂浆材凝结后,外部存在大批钠离子,这一定会引发凝胶网状布局的断裂,这便是该浆材经久性差的首要缘由。但因为这类资料本钱低,在临
时性工程中,仍在操纵。
    水玻璃一无机固化剂浆液,固化较慢,这不只使凝胶中残存钠离子量削减,并且极有益于硅酸聚合物的链增添,如许凝胶布局就不易断裂,凝胶的韧性大大进步。以是,用该浆材凝结的砂体强度在早期随时候的增添而降落,但颠末一段时候后,却可在长时候内不变在
较高的程度。
    酸性水玻璃凝胶中,无钠离子残存,凝胶的化学不变性很强。
    水玻璃浆材经久性低另外一缘由:首要是为进步浆液活动性而接纳的降落粘度(必须降落水玻璃浓度)和耽误胶凝时候(必须削减固化剂用量),引发胶结强度的大幅度的降落。并且,未反映的水玻璃在凝胶后析出,引发脱水牧缩,其成果不只组成抗渗性的降落,并且组成经久性的降落。针对这类环境,操纵复合固化剂,即在固化剂铝酸碱金属盐内增加酸性铝盐,此中酸性铝盐可:(1)起缓冲感化,进一步增进凝胶化时候的迟缓的变更,使可灌性变得杰出。(2)中和水玻璃的碱化,按捺胶体脱水缩短感化,进步胶结强度。
    从液体水玻璃体系的显微阐发得悉:水玻璃具备零丁颗粒及其聚个人组成的粗拙不平均布局,此中3~6肛的大颗粒约占20%~30%,1~3肛的颗粒约占60,因为大颗粒的存在,致使了水玻璃水泥石粗气孔率的组成。增加糖醇作为密实剂,因为密实剂对硅酸凝胶的压密感化,其密实度比通俗耐酸混凝土明显增大,气孔率削减70%~80%,抗渗标号进步7~10倍,经久性也大大进步。
    日本的一项专利先容水泥-水玻璃灌浆资料,在较低粘度和杰出可灌性下,获得高强度,经久性好的凝结体。该浆液以炉渣或微细水泥(比外表积为5000cm2/g)和摩尔比为2.5以下的水玻璃组成的。此中还可增加分离剂。
3水泥一水玻璃灌浆资料的操纵
    1925年荷兰的H.J.Joosten初次用水玻璃一氯化钙浆液停止化学灌浆。今后,化学灌浆逐步成长起来。
进入本世纪50年月,因为高份子产业的成长.呈现了很多高份子灌浆资料,此中操纵最多的是丙烯酰胺、尿醛树脂、木质素、聚氨酯和水玻璃浆材。但是,1974年,日本用丙烯酰胺灌浆时,产生了公开水净化事务,日本当局颁发律例,制止非水玻璃类化学灌浆资料的操纵,这增进了水玻璃浆材的成长,几种新型水玻璃浆材接踵研制胜利。这些资料与传统的水玻璃浆材比拟,其经久性有了很大的改良。而跟着水泥一水玻璃复合灌浆资料的研讨与开辟,其操纵规模变得更广。
    1994年,在日本广岛一条新的地铁线路的施工中,胜利地操纵了化学灌浆手艺。二次灌浆所用浆材请求最少有2~3年的经久性,且价钱也不能太高,为此接纳了酸性水玻璃。一次灌浆接纳了高炉水泥一膨润土浆,浆中水泥含量为180kg/m3,其凝结后的无侧限抗压强度为3kgf/cmz摆布;
    在东京,曾在公开40m深处建筑了一条直径10.5~12. 5m的地道。开挖底面在- 60. Im深处,为防备底部土层翻浆和隆起。在底部停止了化学灌浆,以组成5m厚防渗层,从而截断承压水的压力。
    天下上第一条最长的海底地道——日本青函地道接纳矿渣胶体化水泥和水玻璃复合资料,胜利地到达堵水和加固以抵当水压的目标。
    在天下的很多都会地道工程中,接纳水泥一水玻璃灌浆资料停止防渗加固,获得了胜利。如米兰地铁,那不勒斯轻轨高速运输体系等。
    台北地铁Chungo线,用水泥一水玻璃灌浆以防渗和加固。
    北京地铁西章站管棚注浆,选定以水玻璃为主剂,硫酸及别的帮助资料为副剂,夹杂配成的酸性水玻璃浆液作为粉细砂的注浆资料。
    上海地铁徐家汇车站接纳跟踪注浆法掩护公开管线。
    广州地铁1号线,暗挖法施工前接纳水泥一水玻璃浆液对地道四周土体停止加固。
    除地道外,水泥一水玻璃在都会扶植中处置充填土软基工程中也阐扬了首要感化。如广东嘉力玩具厂综合楼充填土软基化学灌浆处置工程,接纳水泥水玻璃化学灌浆加固,获得了杰出的成果。