巖土注漿加固材料重點(diǎn).ppt

10 巖土注漿加固材料,2019/6/30,2,10 巖土注漿加固材料,10.1 注漿材料概述 漿液的要求、注漿材料的組成、分類及其特點(diǎn)、使用范圍。 10.2 注漿漿液的基本性能參數(shù) 密度、濃度、PH值、粘度、膠凝時(shí)間、可注性和滲透性、毒性及腐蝕性、固結(jié)體。 10.3 無(wú)機(jī)系注漿材料 單液水泥漿、水泥粘土類漿液、水泥水玻璃類漿液、水玻璃類、高水速凝材料。 10.4 有機(jī)系注漿材料 丙稀酰胺類、木質(zhì)素類、脲醛樹(shù)脂類、聚氨酯類、聚乙烯醇類、甲基丙烯酸甲酯類、丙烯酸鹽類。,2019/6/30,3,10.1 注漿材料概述,巖土注漿的實(shí)質(zhì)： 是利用壓力將能固化的漿液通過(guò)鉆孔注入巖土體孔隙或裂隙中，從而使巖土體的物理與力學(xué)性能得到改善，也就是說(shuō)漿液的注入和固化是被加固的巖土體力學(xué)性能改變的基礎(chǔ)。 因此，漿液材料的類型與特性對(duì)巖土體的加固效果起著關(guān)鍵性的作用。,2019/6/30,4,10.1 注漿材料概述,一般對(duì)理想漿液的要求是： 初始粘度低、流動(dòng)性好，可注性強(qiáng)，能滲透到細(xì)小的裂隙或孔隙內(nèi)。 凝膠時(shí)間可以在幾秒數(shù)小時(shí)范圍內(nèi)任意調(diào)整，并能準(zhǔn)確控制。 穩(wěn)定性好，在常溫、常壓下較長(zhǎng)時(shí)間存放不改變其基本性質(zhì)，存放不受溫度、濕度變化的影響。 無(wú)毒、無(wú)臭，不污染環(huán)境，對(duì)人體無(wú)害，屬非易燃和易爆品。 對(duì)注漿設(shè)備、管道、混凝土結(jié)構(gòu)物等無(wú)腐蝕性，并易清洗。 固化時(shí)無(wú)收縮，固化后與巖土體和混凝土等有一定的粘結(jié)力。 結(jié)石體具有一定的抗壓、抗拉強(qiáng)度，抗?jié)B、抗沖刷及耐老化好。 材料來(lái)源豐富，價(jià)格便宜。 配制方便，操作簡(jiǎn)單。 但已有漿液不可能同時(shí)滿足上述要求。一種漿液只能符合上述幾項(xiàng)要求，注漿施工時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況選用。,2019/6/30,5,10.1 注漿材料概述,注漿工程中所用的材料： 由主劑（原材料）、溶劑（水或其它溶劑）及外加劑混合而成。 通常所說(shuō)的注漿材料是指漿液中的主劑。注漿材料必須是能固化的材料，大體上可分為無(wú)機(jī)系和有機(jī)系兩大類。 無(wú)機(jī)系注漿材料：包括單液水泥類、水泥-水玻璃類、粘土類、水玻璃類、水泥粘土類等； 有機(jī)系注漿材料：包括丙稀酰胺類、木質(zhì)素類、脲醛樹(shù)脂類、聚氨酯類、聚乙烯醇類、甲基丙烯酸甲酯類、丙烯酸鹽類等。 日常使用中，一般又將漿液分為水泥漿材和化學(xué)漿材。,2019/6/30,6,10.1 注漿材料概述,水泥漿材： 結(jié)石體強(qiáng)度高，造價(jià)低廉，材料來(lái)源豐富，配制方便，操作簡(jiǎn)單。 但普通水泥顆粒較大，一般只能注入到直徑或?qū)挾却笥?.2 mm的孔隙或裂隙中。 化學(xué)漿材： 可注性好，漿液粘度低，能注入到細(xì)微裂隙中。 但化學(xué)漿液價(jià)格較貴，其應(yīng)用范圍也受到一定的限制。,2019/6/30,7,10.1 注漿材料概述,國(guó)內(nèi)外可用于各種注漿的漿材品種達(dá)百余種以上。 我國(guó)基本上擁有所有注漿材料，且研制了一些新的漿液品種。,2019/6/30,8,10.2 注漿漿液的基本性能參數(shù),漿液性質(zhì)對(duì)注漿工程來(lái)說(shuō)是非常重要的，只有選擇性能合適的漿液才能達(dá)到實(shí)際注漿的目的。 如果漿液選擇不當(dāng)，使?jié){液難以注入或漿液流失、強(qiáng)度很低，則達(dá)不到注漿目的。 因此必須了解漿液的基本性質(zhì)： 漿液密度與重度 漿液濃度 漿液pH值 漿液粘度 漿液凝膠時(shí)間 漿液注入能力與滲透性 浸出液分析 漿液固結(jié)體性質(zhì),2019/6/30,9,10.2 注漿漿液的基本性能參數(shù),漿液密度與重度 漿液的密度指漿液的質(zhì)量與其體積的比值，即 漿液的重度為,2019/6/30,10,10.2 注漿漿液的基本性能參數(shù),漿液的濃度 不同漿液濃度的表示方式不同。常用漿液濃度的表示方法有百分比濃度、水灰比、波美度等。 一般漿液濃度可用百分比濃度來(lái)表示，表達(dá)式為 （溶質(zhì)質(zhì)量/漿液質(zhì)量）100 水泥漿液可用水灰比來(lái)反映漿液濃度，表達(dá)式為 水泥漿液水灰比與密度有以下關(guān)系 而水玻璃濃度可用波美度Be表示,2019/6/30,11,10.2 注漿漿液的基本性能參數(shù),測(cè)定漿液密度時(shí)，最好在該漿液的所有成分混合后，形成凝膠之前測(cè)定完畢。 若凝膠時(shí)間太短，可對(duì)甲、乙液分別測(cè)定，然后按其在配方中用量多少來(lái)計(jì)算密度。 由于漿液配方的改變，有些漿液密度可能會(huì)有一個(gè)變化范圍，這時(shí)需測(cè)出最大和最小值。,2019/6/30,12,10.2 注漿漿液的基本性能參數(shù),漿液pH值 漿液酸堿度用pH值表示。漿液pH值等于漿液中氫離子濃度（摩爾濃度）的負(fù)對(duì)數(shù)值，即 pH-lgH+ 為測(cè)定pH值所使用的試劑稱為pH值指示劑，指示劑在pH值超過(guò)一定值范圍時(shí)發(fā)生變色。 而為測(cè)定pH值使用的試紙稱pH試紙，在紙上染有指示劑的顏色。,2019/6/30,13,10.2 注漿漿液的基本性能參數(shù),漿液的粘度 粘度是度量流體粘滯性大小的物理量。漿液粘度是指漿液所有成分混合后的初始粘度。 對(duì)理想漿液的粘度要求： 初期粘度低，一旦凝膠則粘度急劇增大。 漿液粘度的大小直接影響漿液的擴(kuò)散半徑，同時(shí)也決定著注漿壓力、流量等參數(shù)的確定，從而影響到注漿效果。 測(cè)定漿液粘度可采用斯托默旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)等。 水泥漿的粘度通常用時(shí)間秒(s)表示，而一般液體的粘度用帕秒（Pas）表示。,2019/6/30,14,表10-2 幾種常用注漿材料的粘度及測(cè)定方法,2019/6/30,15,10.2 注漿漿液的基本性能參數(shù),漿液凝膠時(shí)間 一般是指在一定溫度下，從參加反應(yīng)的全部成分混合時(shí)起，到漿液失去流動(dòng)性止所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，可分為初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。 凝膠時(shí)間除與參加反應(yīng)的成分有關(guān)外，還受漿液配比、濃度、催化劑、溶劑、水的pH值以及溫度的影響。 為了得到較理想的漿液擴(kuò)散半徑和較好的注漿效果，凝膠時(shí)間應(yīng)能準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)和控制。,2019/6/30,16,10.2 注漿漿液的基本性能參數(shù),測(cè)定漿液的凝膠時(shí)間方法有：粘度計(jì)法和倒杯法。 粘度計(jì)法：適用于凝膠時(shí)間大于3 min的溶液型材料。 倒杯法：適用于各種材料，凝膠時(shí)間從瞬時(shí)至幾十分鐘都能使用。 測(cè)定方法是：首先用量簡(jiǎn)量取A液（主液）與B液（固化劑），分別置入燒杯中，然后把A液倒入裝有B液的燒杯中，立即把A、B混合液再倒入A液的燒杯中，重復(fù)交替混合A、B液，直至漿液不再流動(dòng)時(shí)或漿液呈現(xiàn)粘稠狀為止，所經(jīng)過(guò)時(shí)間即為凝膠時(shí)間。 水泥漿液的凝膠時(shí)間又可稱為凝結(jié)時(shí)間。由于水泥漿液的水化反應(yīng)緩慢，其凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，可用試錐稠度儀測(cè)定。,2019/6/30,17,表10-3 幾種注漿漿液凝膠（凝結(jié)）時(shí)間,2019/6/30,18,10.2 注漿漿液的基本性能參數(shù),漿液的注入能力與滲透性 漿液注入能力是指：漿液注入裂隙或土體的難易程度。 水泥類顆粒性漿材的注入能力主要由漿液的流動(dòng)性、穩(wěn)定性和顆粒粒徑等因素決定；化學(xué)漿液則主要由漿液的流動(dòng)性決定。 漿液的滲透性（可注性）是指：漿液在一定的裂隙或土體中的滲透性能，它不僅依賴于漿液的注入能力，而且與所處理巖土的裂隙或孔隙尺寸有關(guān)。滲透性好，漿液在一定壓力下的擴(kuò)散距離就大。 固結(jié)體滲透系數(shù)是指：漿液固化后結(jié)石體透水性的高低，固結(jié)體的滲透系數(shù)越小，防滲性能越好。,2019/6/30,19,表10-4 常用注漿材料的滲透性,2019/6/30,20,表10-5 常用注漿材料固結(jié)體的滲透系數(shù),2019/6/30,21,10.2 注漿漿液的基本性能參數(shù),浸出液分析 有些化學(xué)漿液或其固結(jié)體的浸出液具有毒性或腐蝕性，用這類漿液注漿將會(huì)產(chǎn)生環(huán)境和地下水的污染，從而引起污染和公害，這關(guān)系到注漿材料的取舍問(wèn)題，因此，應(yīng)進(jìn)行這方面的試驗(yàn)。 試驗(yàn)時(shí)，將尺寸相同但配方不同的兩個(gè)試樣分別放入500 ml清水中，浸泡3 d、7 d、28 d后測(cè)定其有害離子含量。,2019/6/30,22,10.2 注漿漿液的基本性能參數(shù),漿液固結(jié)體的性質(zhì) 水泥類漿液凝結(jié)后的固結(jié)體稱為結(jié)石體，化學(xué)漿液膠凝后形成的固結(jié)體稱為凝膠體。 漿液結(jié)石（凝膠）率及析水率 漿液結(jié)石（凝膠）體積與漿液體積之比稱為結(jié)石（凝膠）率，即 對(duì)于懸濁漿液，漿液靜止24 h后，析出水的體積與原漿液體積之比稱為漿液的自由析水率，即,2019/6/30,23,10.2 注漿漿液的基本性能參數(shù),漿液固結(jié)體的強(qiáng)度 對(duì)水泥類懸濁漿液，可用純漿液固結(jié)體試件進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，而對(duì)化學(xué)漿液則常在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用標(biāo)準(zhǔn)砂注漿制成凝膠體試件，然后再進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。 強(qiáng)度試驗(yàn)包括：抗壓強(qiáng)度、抗折或抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。 抗擠出強(qiáng)度：是化學(xué)漿液凝膠體承受水頭壓力的能力。,2019/6/30,24,10.2 注漿漿液的基本性能參數(shù),試驗(yàn)裝置是由幾根外徑和長(zhǎng)度都相同而內(nèi)徑不同的厚壁玻璃管和耐壓保護(hù)裝置組成。 首先將玻璃管內(nèi)充滿漿液，待漿液凝結(jié)后測(cè)定凝膠體在管中的長(zhǎng)度；然后將玻璃管裝入耐高壓保護(hù)裝置中加壓，每加壓0.1 MPa，穩(wěn)定10 min，直至管中固結(jié)體被擠出為止；擠出的最小壓力為該漿液在這種直徑和長(zhǎng)度條件下的抗擠出強(qiáng)度。 試驗(yàn)規(guī)定要對(duì)不同直徑結(jié)石體進(jìn)行100、200、300 mm三種長(zhǎng)度試驗(yàn)，以此獲得結(jié)石體長(zhǎng)度、直徑和抗擠出強(qiáng)度間的一般規(guī)律。,2019/6/30,25,10.2 注漿漿液的基本性能參數(shù),漿液固結(jié)體的耐久性 漿液固結(jié)體在地下水物理和化學(xué)作用下，某些組分的溶出、老化等現(xiàn)象，可使固結(jié)體性能降低或喪失。 當(dāng)固結(jié)體所處環(huán)境發(fā)生變化，如地下水升降、基坑開(kāi)挖暴露等，可使固結(jié)體發(fā)生崩解風(fēng)化。 耐久性試驗(yàn)的試件：應(yīng)在密封干、濕、干濕循環(huán)以及壓力滲透條件下養(yǎng)護(hù)后進(jìn)行測(cè)定，它反映了最常見(jiàn)的不理想的條件。,2019/6/30,26,10.3 無(wú)機(jī)系注漿材料,10.3.1 單液水泥類漿液 10.3.2 水泥粘土類漿液 10.3.3 水泥-水玻璃類漿液 10.3.4 水玻璃類漿液 10.3.5 高水速凝材料,2019/6/30,27,10.3.1 單液水泥類漿液,單液水泥類漿液：是指以水泥為主，添加一定量附加劑，用水調(diào)制而成，采用單液方式注入巖土層的漿液。 注漿工程中最常用的是普通硅酸鹽水泥，也采用礦渣水泥、火山灰水泥等，但通常要求水灰比不大于1.0。 由于純水泥漿隨水灰比的增大，漿液的粘度、密度、結(jié)石率、抗壓強(qiáng)度等均出現(xiàn)明顯地下降，且純水泥漿易沉淀析水、穩(wěn)定性差、凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，在地下水流速較大條件下漿液易受水的沖刷和稀釋。因此，為了改善水泥漿性質(zhì)，常在水泥漿中摻入各種附加劑 。 附加劑能改善水泥漿液的性能，包括：速凝劑、早強(qiáng)劑、塑化劑、懸浮劑、加氣劑、流動(dòng)劑、減水劑等。,2019/6/30,28,表10-6 純水泥漿液的基本性能,注：1.采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；2.測(cè)定數(shù)據(jù)為平均值。,2019/6/30,29,10.3.1 單液水泥類漿液,摻入膨潤(rùn)土或高塑性粘土、析水率5的水泥漿液常稱為穩(wěn)定漿液。 根據(jù)注漿工程需要，可在水泥漿中摻入細(xì)粒砂、粘性土、粉煤灰、水玻璃等摻合料。摻入摻合料的水泥漿液常稱為混合漿液。 對(duì)塑性屈服強(qiáng)度大于20 Pa的混合漿液則稱為膏狀漿液。 制漿材料一般采用重量稱量。 現(xiàn)場(chǎng)制漿時(shí)，要求加料準(zhǔn)確，并注意加料順序，即先往攪拌機(jī)中放入規(guī)定量的水，然后再加入水泥攪拌均勻后再加入附加劑。 漿液的攪拌時(shí)間：使用普通攪拌機(jī)時(shí)不少于3 min，使用高速攪拌機(jī)時(shí)不少于3 s，攪拌時(shí)間大于4 h的漿液應(yīng)廢棄。 任何季節(jié)注漿漿液的溫度應(yīng)保持在540之間。,2019/6/30,30,10.3.1 單液水泥類漿液,單一水泥漿優(yōu)點(diǎn)： 材料來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、結(jié)石體強(qiáng)度高、抗?jié)B性能好、單一注入方式、工藝簡(jiǎn)單、操作方便等，是應(yīng)用最多的一種材料。 單一水泥漿缺點(diǎn)： 由于水泥是顆粒性材料，可注性較差，難以注入中細(xì)砂、粉砂層和細(xì)小的裂隙巖層； 凝固時(shí)間長(zhǎng)，容易流失，造成漿液浪費(fèi)，易沉淀析出、強(qiáng)度增長(zhǎng)慢、結(jié)石率低、穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)，所以應(yīng)用范圍有一定局限性。 國(guó)內(nèi)外在改善水泥漿性能方面做了大量工作，其中超細(xì)水泥的出現(xiàn)擴(kuò)大了水泥漿應(yīng)用范圍、提高了水泥漿性能。,2019/6/30,31,10.3.1 單液水泥類漿液,超細(xì)水泥：由極細(xì)的水泥漿顆粒組成，其平均粒徑為4m，最大粒徑約10m，比表面積在8000 cm2/g以上。 超細(xì)水泥漿液具有很好的可注性，能注入滲透系數(shù)為10-310-4 cm/s的細(xì)砂，其可注性與化學(xué)漿液相似，而對(duì)地下水和環(huán)境無(wú)污染。 應(yīng)用途徑：（1）超細(xì)水泥的直接應(yīng)用必須加外加劑 （2）水泥漿液與外加劑的再加工濕式球磨,2019/6/30,32,SMGC1250（D90）超細(xì)水泥： 以球形顆粒為主，可有效封堵小于10 m以下縫隙，粒徑最小可達(dá)1.5 m，比表面積達(dá)1500 m2/kg。 水泥細(xì)化后，比表面積增加，水化反應(yīng)進(jìn)行的更徹底，抗壓和抗?jié)B強(qiáng)度得到顯著提高。 具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，良好的防氣竄性能和較強(qiáng)的防漏堵漏能力。 流動(dòng)性好，可灌性好，后期不收縮。 在細(xì)微裂隙灌漿可以取得很好的灌漿效果。,2019/6/30,33,10.3.2 水泥粘土類漿液,粘土粒徑極?。?.005 mm），而比表面積較大，遇水具有膠體化學(xué)特性。 粘土礦物的特征是其原子呈層狀排列，不同的排列形式組成了不同的粘土礦物， 最常見(jiàn)的是高嶺石、伊利石、蒙脫石。 在水泥漿中，經(jīng)常加入一定量的粘土，有時(shí)粘土摻量比水泥用量還要多，故稱為水泥粘土類漿液。 粘土分散性高，親水性好，因而漿液沉淀析水性較小，穩(wěn)定性較高。 水泥粘土漿：濃度一般按水泥、粘土、水的質(zhì)量比表示，粘土顆粒密度通常取為2.75 t/m3。,2019/6/30,34,表10-8 粘土用量對(duì)漿液性能的影響,2019/6/30,35,10.3.2 水泥粘土類漿液,從上表可以看出： 水泥漿摻入粘土后可使?jié){液結(jié)石率提高； 還可改善水泥分層離析程度，從而改善漿液的可注性； 但摻入粘土過(guò)多，會(huì)使結(jié)石體抗壓強(qiáng)度降低，凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)。 作為加固注漿時(shí)，粘土摻量不宜過(guò)多，一般摻量為515。 在水泥粘土類漿液中，也可以加入一些水玻璃、速凝劑等附加劑以改善漿液性能。,2019/6/30,36,10.3.3 水泥-水玻璃類漿液,水泥水玻璃漿液：亦稱CS漿液，以水泥和水玻璃為主劑，兩者按一定比例采用雙液方式注入，必要時(shí)加入速凝劑或緩凝劑等。 特點(diǎn)：克服了單液水泥漿的凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)且不能控制、結(jié)石率低等缺點(diǎn)，提高了水泥注漿的效果，擴(kuò)大了水泥注漿的適用范圍。 用途：可用于防滲和加固注漿，在地下水流速較大的地層中采用這種混合型漿液可達(dá)到快速堵漏的目的。,2019/6/30,37,（1）水玻璃,水玻璃是氧化鈉（Na2O）與無(wú)水二氧化硅（SiO2）以各種比例結(jié)合的化合物，其分子式為Na2OnSiO2。 水泥漿中加入水玻璃有兩個(gè)作用，是作為速凝劑使用，摻量較少，一般約占水泥重量的35；另一個(gè)作用是作為主材料使用，摻量較多。 注漿用水玻璃對(duì)其模數(shù)和濃度有一定的要求。模數(shù)M是描述水玻璃性能的一個(gè)重要參數(shù)，其定義為 水玻璃模數(shù)的大小對(duì)注漿影響很大。 模數(shù)小，二氧化硅含量低，凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，結(jié)石體強(qiáng)度低； 模數(shù)大，二氧化硅含量高，凝結(jié)時(shí)間短，結(jié)石體強(qiáng)度高。 模數(shù)過(guò)大過(guò)小都不利。要求水玻璃的模數(shù)在2.43.4較合適。,2019/6/30,38,（1）水玻璃,水玻璃濃度以波美度Be表示。波美度與密度有如下關(guān)系 水玻璃出廠濃度一般為5056 Be，而注漿使用的范圍為3045Be，其濃度變換可用下式計(jì)算：,2019/6/30,39,（2）水泥-水玻璃漿液的性能,根據(jù)工程的實(shí)際需要，這類漿液一般用于加固和堵水注漿。 對(duì)于堵水，特別是水壓較大、流速較快或填充大裂隙時(shí)，要求漿液的凝結(jié)時(shí)間短，且具有一定的抗壓強(qiáng)度。 對(duì)于加固地基，則要求漿液具有足夠的抗壓強(qiáng)度。 現(xiàn)分別討論如下： 凝膠時(shí)間 抗壓強(qiáng)度 漿液配制 水泥-水玻璃漿液特點(diǎn),2019/6/30,40,（2）水泥-水玻璃漿液的性能,凝膠時(shí)間 水玻璃能顯著加快水泥凝膠時(shí)間。 凝膠時(shí)間隨水玻璃濃度、水泥漿的濃度（水灰比）、水玻璃與水泥漿的體積比等因素的變化而變化。 一般情況下，水玻璃濃度減小，凝膠時(shí)間縮短，并呈直線關(guān)系；水灰比越小，水泥與水玻璃之間的反應(yīng)越快，凝膠時(shí)間越短。 總的說(shuō)來(lái)：水泥漿越濃，反應(yīng)越快；水玻璃越稀，反應(yīng)越快。,2019/6/30,41,（2）水泥-水玻璃漿液的性能,抗壓強(qiáng)度 決定水泥-水玻璃漿液抗壓強(qiáng)度的主要因素是水泥漿濃度（水灰比）。 其它條件一定時(shí)，水泥漿越濃其抗壓強(qiáng)度越高。 水泥漿與水玻璃濃度對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響見(jiàn)表10-9。,2019/6/30,42,表10-9 水泥漿與水玻璃濃度對(duì)漿液結(jié)石體抗壓強(qiáng)度的影響,2019/6/30,43,（2）水泥-水玻璃漿液的性能,水泥漿濃度較大時(shí)，隨著水玻璃濃度的增加，抗壓強(qiáng)度提高； 水泥漿濃度較小時(shí)，隨著水玻璃濃度的增加，抗壓強(qiáng)度降低。 但當(dāng)水泥漿濃度處于中間狀態(tài)時(shí)，則其抗壓強(qiáng)度變化不大。 水泥漿與水玻璃體積比對(duì)結(jié)石體抗壓強(qiáng)度有一定的影響。 當(dāng)水泥漿與水玻璃體積比在10.40.6時(shí)，其抗壓強(qiáng)度最高，說(shuō)明水泥漿與水玻璃有一個(gè)適當(dāng)?shù)呐浜媳?，在這個(gè)配合比的范圍內(nèi)，反應(yīng)進(jìn)行得最完全，強(qiáng)度也就最高。 實(shí)際上，濃水泥漿需要濃水玻璃；稀水泥漿需要稀水玻璃，水玻璃過(guò)量對(duì)其抗壓強(qiáng)度將產(chǎn)生不良影響。,2019/6/30,44,（2）水泥-水玻璃漿液的性能,綜合考慮凝膠時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、施工及造價(jià)等因素，水泥-水玻璃漿液的常用配方為： 水泥為42.5或52.5級(jí)普通硅酸鹽水泥 水灰比為0.8111 水泥漿與水玻璃的體積比為1（0.50.8） 水玻璃模數(shù)為2.43.4，濃度為（3540）Be。,2019/6/30,45,（2）水泥-水玻璃漿液的性能,漿液的配制 水泥-水玻璃漿液的組成及配制方法見(jiàn)表10-10。 但使用緩凝劑時(shí)，應(yīng)注意加料順序、攪拌和放置時(shí)間。 加料順序?yàn)椋核從齽┧?，攪拌時(shí)間應(yīng)不少于5 min，放置時(shí)間不宜超過(guò)30 min。,2019/6/30,46,（2）水泥-水玻璃漿液的性能,水泥-水玻璃漿液的特點(diǎn) 水泥-水玻璃漿液的凝膠時(shí)間可控制在幾秒至幾十分鐘范圍內(nèi)； 結(jié)石體抗壓強(qiáng)度較高，可達(dá)1020 MPa； 結(jié)石率可達(dá)100； 結(jié)石體滲透系數(shù)為10-3 cm/s；可用于裂隙為0.2 mm以上的巖體或粒徑為1.0 mm以上的砂層； 材料來(lái)源豐富，價(jià)格較低； 對(duì)環(huán)境及地下水無(wú)毒性污染，但有NaOH溶出，對(duì)皮膚有腐蝕性； 結(jié)石體易粉化，有堿溶出，化學(xué)結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定。,2019/6/30,47,表10-10 水泥-水玻璃漿液組成及配方,2019/6/30,48,10.3.4 水玻璃類漿液,水玻璃類漿液： 是以水玻璃為主劑，加入膠凝劑，反應(yīng)后生成凝膠。 因其材料來(lái)源廣、價(jià)格便宜，對(duì)環(huán)境無(wú)害而被廣泛采用。 它可用于單一漿液灌注，也可作為水泥注漿的速凝劑使用。 用水玻璃作主劑時(shí)，可根據(jù)工程需要采用不同的固化劑，其凝膠時(shí)間及性能可通過(guò)不同的配方試驗(yàn)確定。,2019/6/30,49,10.3.4 水玻璃類漿液,幾種性能較好的水玻璃類漿液。 （1）水玻璃-氯化鈣漿液 （2）水玻璃-鋁酸鈉漿液 （3）水玻璃-氟硅酸漿液 （4）水玻璃-乙二醛漿液 （5）酸性水玻璃漿液,2019/6/30,50,10.3.4 水玻璃類漿液,（1）水玻璃-氯化鈣漿液 水玻璃、氯化鈣兩種漿液在土體中相遇時(shí)發(fā)生反應(yīng)可生成二氧化硅膠體，與土顆粒一起形成整體，起到防滲和加固的作用。 這種漿液主要用于地基加固或無(wú)粘性土的堵水。 加固每立方米土體所需漿液視土體孔隙率而定。加固后地基承載力： 砂土為15003000 kPa 粉砂約為500 kPa 粘性土約為800 kPa,2019/6/30,51,10.3.4 水玻璃類漿液,注漿方法 水玻璃-氯化鈣漿液可用一根管交替注人，但在換液前必須清洗管路； 也可用雙管注入，即一根管注入水玻璃，另一根管注入氯化鈣漿液，使兩種漿液在地基中相遇而起化學(xué)反應(yīng)形成凝膠。 另可為兩根注漿管通直流電，該法稱為電動(dòng)硅化法，可以提高漿液的擴(kuò)散能力。 因兩種漿液在相遇時(shí)的瞬間可產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，凝膠時(shí)間不好控制，因此，注漿效果受操作技術(shù)及施工經(jīng)驗(yàn)影響較大。,2019/6/30,52,10.3.4 水玻璃類漿液,水玻璃-鋁酸鈉漿液 水玻璃與鋁酸鈉在地基中反應(yīng)而生成的凝膠物硅膠和硅酸鋁鹽可以膠結(jié)土顆粒。 其反應(yīng)方程式為 3Na2OSiO2+2NaAlO2Al(SiO3)2+4Na2O 主要用于堵水或加固地基。 改變水玻璃模數(shù)、濃度、鋁酸鈉含鋁量可調(diào)節(jié)凝膠時(shí)間。 水玻璃模數(shù)越高，凝膠時(shí)間越短；濃度越低，凝膠時(shí)間越短；鋁酸鹽含鋁量增加，凝膠時(shí)間縮短。 高濃度漿液強(qiáng)度雖高，若被地下水稀釋，其凝膠時(shí)間反而縮短。,2019/6/30,53,10.3.4 水玻璃類漿液,水玻璃-氟硅酸漿液 氟硅酸（H2SiF6）水溶液無(wú)色、呈強(qiáng)酸性、能侵蝕玻璃，需保存于塑料容器中。 漿液的凝膠時(shí)間主要受水玻璃、氟硅酸用量的多少影響。水玻璃濃度降低，或水玻璃用量減小均使凝膠時(shí)間縮短。 固結(jié)體抗壓強(qiáng)度隨水玻璃濃度的增加而增加，隨氟硅酸用量的增加而增加。 這種漿液配方簡(jiǎn)單、操作方便，使用時(shí)，水玻璃與氟硅酸兩者可等體積注入，氟硅酸不足部分可加水補(bǔ)充。,2019/6/30,54,10.3.4 水玻璃類漿液,水玻璃-乙二醛漿液 這是一種性能良好的水玻璃漿液，但其成本較高，且受來(lái)源的限制，因而使用上受到了影響。,2019/6/30,55,表10-11 水玻璃類漿液的組成、性能及主要用途,2019/6/30,56,10.3.4 水玻璃類漿液,膠凝劑的品種較多，有些膠凝劑與水玻璃的反應(yīng)速度很快，如氯化鈣、磷酸和硫酸鋁等，它們和主劑必須在不同的注漿管或不同的時(shí)間內(nèi)分別注入，所以稱雙液注漿法； 另一些膠凝劑如鹽酸、碳酸氫鈉和鋁酸鈉等與水玻璃的反應(yīng)速度較慢，因而主劑與膠凝劑能在注漿前預(yù)先混合注入同一鉆孔中，所以稱為單液注漿法。 雙液法中兩種化學(xué)劑的反應(yīng)幾乎是立即發(fā)生，而單液法中漿液的凝膠時(shí)間較長(zhǎng)，粘度增長(zhǎng)速度較慢，故單液法的有效擴(kuò)散半徑比雙液法大，但單液法的凝膠強(qiáng)度一般比雙液法低。 為克服單液法的這一缺點(diǎn)，近年來(lái)用有機(jī)物作為膠凝劑的研究和應(yīng)用得到迅速發(fā)展，這些有機(jī)劑包括乙二醛、醋酸乙酯、甲酰胺等。,2019/6/30,57,10.3.4 水玻璃類漿液,酸性水玻璃漿液 通常所用水玻璃為強(qiáng)堿性材料，其凝膠體有堿溶出、脫水收縮和腐蝕現(xiàn)象，這影響了它的耐久性，而且對(duì)環(huán)境有一定的污染。而酸性水玻璃可在中性或酸性條件下凝膠，且凝膠體沒(méi)有堿溶出。 酸性水玻璃的制備有酸化法和離子交換法兩類。 因離子交換法操作比較困難，工程中一般不采用，酸化法又分直接法和間接法兩種，前者是把酸性材料直接用作水玻璃的膠凝劑，后者是用酸性材料先把水玻璃酸化，然后再用堿性膠凝劑使之在弱酸性或中性范圍內(nèi)發(fā)生膠凝。 在酸化過(guò)程中，必須保持pH值不大于2，因?yàn)檫@時(shí)它的穩(wěn)定性最高，不易自凝。,2019/6/30,58,10.3.4 水玻璃類漿液,為使水玻璃漿液在土體中溶出降低到最低限度，減小污染，增加固結(jié)體的耐久性，除了上述酸性水玻璃漿液外，還可通過(guò)降低水玻璃溶液中的Na2O含量得到高模數(shù)的酸性水玻璃。 由于在脫鈉過(guò)程中已經(jīng)逐步產(chǎn)生了硅膠，所以實(shí)際上已完全改變了原水玻璃的特性，這種漿液可在中性或微酸性范圍內(nèi)凝膠；又因?yàn)樯伤苄喳}的鈉離子大部分已被脫去，這就減少了它在土體中的溶出，相應(yīng)地增加了固結(jié)體的耐久性，降低了污染的程度。該漿液的主要性能如下： 粘度：5 mPa.s； 凝膠時(shí)間：從瞬時(shí)至30 min內(nèi)任意調(diào)整； 固砂體抗壓強(qiáng)度：0.390.59 MPa； 耐久性試驗(yàn)：固砂體在水中浸泡其強(qiáng)度不降低。,2019/6/30,59,10.3.4 水玻璃類漿液,水玻璃類漿液除了上述幾種漿液外，還有水玻璃-磷酸類、水玻璃草酸硫酸鋁類、水玻璃-二氧化碳類、水玻璃-有機(jī)膠凝劑類等。 由于水玻璃來(lái)源豐富，價(jià)格較低，污染較小，加之各種固化劑的不斷出現(xiàn)，使水玻璃類漿液性能不斷改進(jìn)。 但在應(yīng)用水玻璃時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1）漿液凝膠后能釋放出一定量的自由鈉離子，它雖無(wú)毒，但對(duì)地下水有污染； 2）由于硅膠具有粘塑性質(zhì)，注漿后承受長(zhǎng)期荷載時(shí)，其強(qiáng)度有所降低，因此，當(dāng)用水玻璃類漿液加固砂土?xí)r，應(yīng)充分考慮加固體的蠕變特性； 3）酸性水玻璃漿液在含水量較高的土質(zhì)中使用時(shí)，pH值容易受到地下水稀釋的影響，其結(jié)果是較難把握準(zhǔn)確的凝膠時(shí)間。,2019/6/30,60,10.3.5 高水速凝材料,高水速凝材料是選用鋁礬土、石灰和石膏為主要原料，配以多種無(wú)機(jī)原料和附加劑，經(jīng)磨細(xì)、均化等工藝配制成甲、乙兩種粉料的水硬性膠結(jié)材料。是一種具有獨(dú)特性能的新型材料，其主要技術(shù)特征如下： 由甲乙兩種固體粉料組成。 具有高含水性，其水和固體粉料體積比高達(dá)6.7:1.09.0:1.0，重量水固比（即水灰比）為2.2:12.57:1。 具有可注性。甲乙兩種固體粉料與水?dāng)嚢柚瞥傻募滓覂煞N漿液，單獨(dú)放置可達(dá)24小時(shí)以上不凝固、不結(jié)底，流動(dòng)性好，適應(yīng)于遠(yuǎn)距離輸送。 具有速凝性。甲乙兩種漿液混合后30分鐘之內(nèi)即可凝結(jié)成固體。 強(qiáng)度性能。甲乙兩種材料漿液混合后開(kāi)始凝固，1h抗壓強(qiáng)度達(dá)0.51.0 MPa，2h強(qiáng)度達(dá)2.0 MPa，一天達(dá)4.0 MPa，7天以后達(dá)5.0 MPa以上。 無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)腐蝕。 酸堿性：甲料的pH為910，為弱堿性；乙料的pH為1112，為堿性。 高水材料所形成的結(jié)石體早期破壞后還具有重結(jié)晶恢復(fù)強(qiáng)度的特性。,2019/6/30,61,10.3.5 高水速凝材料,由于高水速凝材料具有高水、速凝、可注性好等特殊性能，因此，高水速凝材料不僅在采礦工程中的巷道支護(hù)、釆空區(qū)充填、壁后充填支護(hù)、錨噴支護(hù)等工程中得到廣泛使用，而且在地下工程與地基的加固、注漿堵漏及建筑、水利、公路等工程領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景。,粉煤灰高水膠結(jié)固化劑： 用于礦山井下沿空留巷、充填開(kāi)采； 初凝時(shí)間可按照要求進(jìn)行調(diào)整； 28天單向抗壓強(qiáng)度可達(dá)到20 MPa左右。,2019/6/30,62,2019/6/30,63,表10-12 高水速凝材料力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果,注：試件養(yǎng)護(hù)溫度為20,2019/6/30,64,10.4 有機(jī)系注漿材料,有機(jī)系注漿材料的品種很多，包括丙烯酰胺類、木質(zhì)素類、聚氨脂類、脲醛樹(shù)脂類、不飽和聚脂類、熱瀝青類、環(huán)氧樹(shù)脂類等。 10.4.1 丙烯酰胺類漿液 10.4.2 木質(zhì)素類漿液 10.4.3 聚氨酯類漿液* 10.4.4 脲醛樹(shù)脂類漿液* 10.4.5 其它有機(jī)類注漿材料 （1）環(huán)氧樹(shù)脂類漿液* （2）糠醛樹(shù)脂類漿液 （3）甲凝漿液 （4）丙強(qiáng)漿液 （5）聚酯樹(shù)脂類漿液*,2019/6/30,65,10.4.1 丙烯酰胺類漿液,丙烯酰胺類漿液，國(guó)內(nèi)簡(jiǎn)稱丙凝漿液，也稱為MG646、ZH-656或TKH946，國(guó)外稱為AM-9或日本-SS。 它是以有機(jī)化合物丙烯酰胺為主劑，配合其它藥劑而制成的漿液。 其粘滯性與水接近，且凝結(jié)前維持基本不變，以水溶液狀態(tài)注入土中，發(fā)生聚合反應(yīng)后形成具有彈性的、不溶于水的聚合物。,2019/6/30,66,表10-13 丙凝漿液的組成、配方及性能,注：甲、乙液等體積注入；配方其余部分為水；MBAM應(yīng)選用溫水溶解，后加入AAM。,2019/6/30,67,10.4.1 丙烯酰胺類漿液,1980年美國(guó)研制成AC-400漿材，以10丙烯酸鹽水溶液為主劑，毒性比丙烯酰胺漿液低。 1982年中國(guó)水科院研制成AC-MS，其毒性僅為上述漿材1左右。 丙烯酰胺類漿液及凝膠體的特點(diǎn)有以下幾方面： 漿液粘度小，與水接近，常溫標(biāo)準(zhǔn)濃度下為1.210-3Pa.s，具有良好可注性。 凝膠時(shí)間可準(zhǔn)確地控制在幾秒至幾十分鐘之間，且凝膠是在瞬間發(fā)生并在幾分鐘之內(nèi)就達(dá)到其極限強(qiáng)度，聚合體體積為漿液體積的100。 凝膠體抗?jié)B性好，其滲透系數(shù)為10-910-10cm/s。 凝膠體抗壓強(qiáng)度較低，約0.20.6 MPa，一般不受配方影響，在較大裂隙內(nèi)的凝膠體易被擠出，因此，僅適用于防滲注漿。 丙凝漿液及凝膠體耐久性較差，且具有一定的毒性，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)有毒害，對(duì)空氣和地下水有污染。 丙烯酰胺漿液價(jià)格較貴，材料來(lái)源也較少。 丙凝漿液與鐵質(zhì)易起化學(xué)作用，具腐蝕性，凡漿液所流經(jīng)的部件均宜采用不與漿液發(fā)生化學(xué)作用的材料制成。,2019/6/30,68,10.4.2 木質(zhì)素類漿液,木質(zhì)素類漿液：是以紙漿廢液為主劑，加入一定量固化劑所組成的漿液。為了加快凝膠速度和提高結(jié)石體抗壓強(qiáng)度，往往加入促進(jìn)劑。 木質(zhì)素類漿液包括鉻木素和硫木素兩種漿液。 鉻木素漿液的固化劑是重鉻酸鈉，由于重鉻酸鈉的毒性較大（飲水中允許含量0.05mg/L），因此，這種漿材難以大規(guī)模使用。 硫木素漿液是在鉻木素漿液的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是采用過(guò)硫酸銨完全代替重鉻酸鈉，使之成為低毒、無(wú)毒的木質(zhì)素漿液，這是一種很有發(fā)展前途的注漿材料。 硫木素漿液配方及主要性能見(jiàn)表10-14。 （杜嘉鴻，王和. 無(wú)毒漿材硫木素配方的研究. 有色金屬(礦山部分)，1978/03）,2019/6/30,69,表10-14 硫木素漿液配方及主要性能,2019/6/30,70,10.4.3 聚氨酯類漿液,聚氨酯類漿液： 采用多異氰酸酯和聚醚樹(shù)脂等作為主要原材料，加入各種外加劑配制而成。 漿液注入地層后與水發(fā)生反應(yīng)生成聚氨酯泡沫體，起加固地基和防滲堵水作用。 它可分為： 非水溶性聚氨酯漿液（簡(jiǎn)稱PM） 水溶性聚氨酯漿液（簡(jiǎn)稱SPM）,2019/6/30,71,10.4.3 聚氨酯類漿液,（1）非水溶性聚氨酯類漿液 非水溶性聚氨酯類漿液（PM）只溶于有機(jī)溶劑，PM型漿液的配方變化較大。其預(yù)聚體（把主劑先合成為聚氨酯的低聚物）制備方法有熱法和冷法兩種： 熱法是將所需藥品按一定比例稱重后，放入搪瓷捅內(nèi)攪拌并加熱，待反應(yīng)開(kāi)始后停止加熱，保持溫度在100左右，反應(yīng)1h即可。 冷法是將所需藥品按一定比例稱量后，放入塑料桶內(nèi)搖勻，將蓋蓋緊，如溫度過(guò)高須用冷水冷卻。 熱法適用于做大量預(yù)聚體，冷法適用于做小量預(yù)聚體。 預(yù)聚體制成后，在注漿前加入發(fā)泡靈和丙酮，攪拌均勻，臨注漿時(shí)再加入三乙胺。 現(xiàn)在預(yù)聚體己有批量生產(chǎn)。,2019/6/30,72,表10-15 PM型漿液組成及主要性能,2019/6/30,73,10.4.3 聚氨酯類漿液,（2）水溶性聚氨酯類漿液 水溶性聚氨酯（SPM）與非水溶性聚氨酯（PM）的主要區(qū)別在聚醚。PM漿液所用的聚醚是環(huán)氧丙烷聚合物，而SPM漿液所用的聚醚是環(huán)氧乙烷聚合物，后者具有親水性。 水溶性聚氨酯也采用預(yù)聚體法，即將聚醚（固體）加熱溶化，而后與甲苯二異氰酸酯按一定比例混合格勻，在80條件下