10 注浆加固材料

1、2021-11-92v10.1 注浆材料概述注浆材料概述 浆液的要求、注浆材料的组成、分类及其特点、使用范围。浆液的要求、注浆材料的组成、分类及其特点、使用范围。v10.2 注浆浆液的基本性能参数注浆浆液的基本性能参数 密度、浓度、密度、浓度、ph值、粘度、胶凝时间、可注性和渗透性、毒性及值、粘度、胶凝时间、可注性和渗透性、毒性及腐蚀性、固结体。腐蚀性、固结体。v10.3 无机系注浆材料无机系注浆材料 单液水泥浆、水泥粘土类浆液、水泥水玻璃类浆液、水玻璃类、高单液水泥浆、水泥粘土类浆液、水泥水玻璃类浆液、水玻璃类、高水速凝材料。水速凝材料。v10.4 有机系注浆材料有机系注浆材料 丙稀酰胺类、

2、木质素类、脲醛树脂类、聚氨酯类、聚乙烯醇类、甲丙稀酰胺类、木质素类、脲醛树脂类、聚氨酯类、聚乙烯醇类、甲基丙烯酸甲酯类、丙烯酸盐类。基丙烯酸甲酯类、丙烯酸盐类。2021-11-93v岩土注浆的实质：岩土注浆的实质： 是利用压力将能固化的浆液通过钻孔注入岩土体孔隙或裂隙中，是利用压力将能固化的浆液通过钻孔注入岩土体孔隙或裂隙中，从而使岩土体的物理与力学性能得到改善，也就是说浆液的注从而使岩土体的物理与力学性能得到改善，也就是说浆液的注入和固化是被加固的岩土体力学性能改变的基础。入和固化是被加固的岩土体力学性能改变的基础。v因此，浆液材料的因此，浆液材料的类型类型与与特性特性对岩土体的加固效果起着

3、对岩土体的加固效果起着关键性的作用。关键性的作用。2021-11-94一般对理想浆液的要求是：一般对理想浆液的要求是： 初始粘度低、流动性好，初始粘度低、流动性好，可注性可注性强，能渗透到细小的裂隙或孔隙内。强，能渗透到细小的裂隙或孔隙内。 凝胶时间凝胶时间可以在几秒数小时范围内任意调整，并能准确控制。可以在几秒数小时范围内任意调整，并能准确控制。 稳定性稳定性好，在常温、常压下较长时间存放不改变其基本性质，存放好，在常温、常压下较长时间存放不改变其基本性质，存放不受温度、湿度变化的影响。不受温度、湿度变化的影响。 无毒、无臭，不污染无毒、无臭，不污染环境环境，对人体无害，属非易燃和易爆品。，

4、对人体无害，属非易燃和易爆品。 对注浆设备、管道、混凝土结构物等无对注浆设备、管道、混凝土结构物等无腐蚀性腐蚀性，并易清洗。，并易清洗。 固化时无收缩，固化后与岩土体和混凝土等有一定的固化时无收缩，固化后与岩土体和混凝土等有一定的粘结力粘结力。 结石体具有结石体具有一定的抗压、抗拉强度，抗渗、抗冲刷及耐老化好。一定的抗压、抗拉强度，抗渗、抗冲刷及耐老化好。 材料材料来源来源丰富，丰富，价格价格便宜。便宜。 配制配制方便，方便，操作操作简单。简单。v但已有浆液不可能同时满足上述要求。一种浆液只能符合上述几项要求，但已有浆液不可能同时满足上述要求。一种浆液只能符合上述几项要求，注浆施工时应根据具体

5、情况选用。注浆施工时应根据具体情况选用。2021-11-95v注浆工程中所用的材料：注浆工程中所用的材料： 由由主剂主剂（原材料）、（原材料）、溶剂溶剂（水或其它溶剂）及（水或其它溶剂）及外加剂外加剂混合而成。混合而成。 通常所说的注浆材料是指浆液中的主剂。注浆材料必须是能固化的通常所说的注浆材料是指浆液中的主剂。注浆材料必须是能固化的材料，大体上可分为材料，大体上可分为无机系无机系和和有机系有机系两大类两大类。v无机系注浆材料：无机系注浆材料：包括单液水泥类、水泥包括单液水泥类、水泥-水玻璃类、粘土类、水玻璃类、粘土类、水玻璃类、水泥粘土类等；水玻璃类、水泥粘土类等；v有机系注浆材料：有机系

6、注浆材料：包括丙稀酰胺类、木质素类、脲醛树脂类、包括丙稀酰胺类、木质素类、脲醛树脂类、聚氨酯类、聚乙烯醇类、甲基丙烯酸甲酯类、丙烯酸盐类等。聚氨酯类、聚乙烯醇类、甲基丙烯酸甲酯类、丙烯酸盐类等。 日常使用中，一般又将浆液分为日常使用中，一般又将浆液分为水泥浆材水泥浆材和和化学浆材化学浆材。2021-11-96v水泥浆材：水泥浆材： 结石体强度高，造价低廉，材料来源丰富，配制方便，操作简单。结石体强度高，造价低廉，材料来源丰富，配制方便，操作简单。 但普通水泥颗粒较大，一般只能注入到直径或宽度大于但普通水泥颗粒较大，一般只能注入到直径或宽度大于0.2 mm的孔的孔隙或裂隙中。隙或裂隙中。v化学浆

7、材：化学浆材： 可注性好，浆液粘度低，能注入到细微裂隙中。可注性好，浆液粘度低，能注入到细微裂隙中。 但化学浆液价格较贵，其应用范围也受到一定的限制。但化学浆液价格较贵，其应用范围也受到一定的限制。2021-11-97v国内外可用于各种注浆的浆材品种达国内外可用于各种注浆的浆材品种达百余种百余种以上。以上。v我国基本上拥有所有注浆材料，且研制了一些新的浆液品种。我国基本上拥有所有注浆材料，且研制了一些新的浆液品种。2021-11-98v浆液性质对注浆工程来说是非常重要的，只有选择性能合适的浆液浆液性质对注浆工程来说是非常重要的，只有选择性能合适的浆液才能达到实际注浆的目的。才能达到实际注浆的目

8、的。v如果浆液选择不当，使浆液难以注入或浆液流失、强度很低，则达如果浆液选择不当，使浆液难以注入或浆液流失、强度很低，则达不到注浆目的。不到注浆目的。 因此必须了解因此必须了解浆液的基本性质浆液的基本性质： 浆液密度与重度浆液密度与重度 浆液浆液浓度浓度 浆液浆液ph值值 浆液粘度浆液粘度 浆液浆液凝胶时间凝胶时间 浆液浆液注入能力注入能力与与渗透性渗透性 浸出液分析浸出液分析 浆液浆液固结体固结体性质性质2021-11-99浆液密度与重度浆液密度与重度 浆液的密度指浆液的质量与其体积的比值，即浆液的密度指浆液的质量与其体积的比值，即 浆液的重度为浆液的重度为vm/g2021-11-910浆液

9、的浓度浆液的浓度 不同浆液浓度的表示方式不同。常用浆液浓度的表示方法有百分比不同浆液浓度的表示方式不同。常用浆液浓度的表示方法有百分比浓度、水灰比、波美度等。浓度、水灰比、波美度等。v一般浆液浓度可用一般浆液浓度可用百分比浓度百分比浓度来表示，表达式为来表示，表达式为 （溶质质量（溶质质量/浆液质量）浆液质量）100v水泥浆液可用水泥浆液可用水灰比水灰比来反映浆液浓度，表达式为来反映浆液浓度，表达式为 v水泥浆液水泥浆液水灰比与密度水灰比与密度有以下关系有以下关系 v而水玻璃浓度可用而水玻璃浓度可用波美度波美度be表示表示 cwmm/*)31/(21*/145145eb02021-11-911

10、 测定浆液密度时，最好在该浆液的所有成分混合后，形成凝胶之前测定浆液密度时，最好在该浆液的所有成分混合后，形成凝胶之前测定完毕。测定完毕。v若凝胶时间太短，可对甲、乙液分别测定，然后按其在配方中若凝胶时间太短，可对甲、乙液分别测定，然后按其在配方中用量多少来计算密度。用量多少来计算密度。v由于浆液配方的改变，有些浆液密度可能会有一个变化范围，由于浆液配方的改变，有些浆液密度可能会有一个变化范围，这时需测出最大和最小值。这时需测出最大和最小值。2021-11-912浆液浆液ph值值 浆液浆液酸碱度酸碱度用用ph值表示。浆液值表示。浆液ph值等于浆液中氢离子浓度（摩尔浓值等于浆液中氢离子浓度（摩尔

11、浓度）的负对数值，即度）的负对数值，即 ph-lgh+v为测定为测定ph值所使用的试剂称为值所使用的试剂称为ph值指示剂值指示剂，指示剂在，指示剂在ph值超过值超过一定值范围时发生变色。一定值范围时发生变色。v而为测定而为测定ph值使用的试纸称值使用的试纸称ph试纸试纸，在纸上染有指示剂的颜色。，在纸上染有指示剂的颜色。2021-11-913浆液的粘度浆液的粘度 粘度是度量流体粘滞性大小的物理量。粘度是度量流体粘滞性大小的物理量。浆液粘度浆液粘度是指浆液所有成分是指浆液所有成分混合后的初始粘度。混合后的初始粘度。 对理想浆液的对理想浆液的粘度要求粘度要求：v初期粘度低，一旦凝胶则粘度急剧增大。

12、初期粘度低，一旦凝胶则粘度急剧增大。 浆液粘度的大小直接影响浆液的扩散半径，同时也决定着注浆压力、浆液粘度的大小直接影响浆液的扩散半径，同时也决定着注浆压力、流量等参数的确定，从而影响到注浆效果。流量等参数的确定，从而影响到注浆效果。v测定浆液粘度可采用测定浆液粘度可采用斯托默斯托默旋转式粘度计旋转式粘度计等。等。v水泥浆的粘度通常用时间秒水泥浆的粘度通常用时间秒(s)表示，而一般液体的粘度用帕表示，而一般液体的粘度用帕秒秒（pas）表示。）表示。2021-11-914表10-2 几种常用注浆材料的粘度及测定方法 浆液名称粘 度测定方法水泥浆材单液水泥类15140s常用znn型泥浆粘度计水泥水

13、玻璃类15140s化学浆材水玻璃类（34）10-3 pas使用旋转式粘度计或落球式粘度计丙稀酰胺类1.210-3 pas铬木素类（34）10-3 pas脲醛树脂类（56）10-3 pas聚氨酯类（十几几百）10-3 pas糠醛树脂类610-3 pas2021-11-915浆液凝胶时间浆液凝胶时间 一般是指在一定温度下，从参加反应的全部成分混合时起，到浆液一般是指在一定温度下，从参加反应的全部成分混合时起，到浆液失去流动性止所经过的时间，可分为失去流动性止所经过的时间，可分为初凝时间初凝时间和和终凝时间终凝时间。v凝胶时间除与参加反应的成分有关外，还受浆液配比、浓度、催凝胶时间除与参加反应的成分

14、有关外，还受浆液配比、浓度、催化剂、溶剂、水的化剂、溶剂、水的ph值以及温度的影响。值以及温度的影响。v为了得到较理想的浆液扩散半径和较好的注浆效果，凝胶时间应为了得到较理想的浆液扩散半径和较好的注浆效果，凝胶时间应能准确地能准确地调节调节和和控制控制。2021-11-916v测定浆液的凝胶时间方法有：粘度计法和倒杯法。测定浆液的凝胶时间方法有：粘度计法和倒杯法。 粘度计法：粘度计法：适用于凝胶时间大于适用于凝胶时间大于3 min的溶液型材料。的溶液型材料。 倒杯法：倒杯法：适用于各种材料，凝胶时间从瞬时至几十分钟都能使用。适用于各种材料，凝胶时间从瞬时至几十分钟都能使用。v测定方法测定方法是

15、：首先用量简量取是：首先用量简量取a液（主液）与液（主液）与b液（固化剂），液（固化剂），分别置入烧杯中，然后把分别置入烧杯中，然后把a液倒入装有液倒入装有b液的烧杯中，立即把液的烧杯中，立即把a、b混合液再倒入混合液再倒入a液的烧杯中，重复交替混合液的烧杯中，重复交替混合a、b液，直至浆液液，直至浆液不再流动时或浆液呈现粘稠状为止，所经过时间即为凝胶时间。不再流动时或浆液呈现粘稠状为止，所经过时间即为凝胶时间。v水泥浆液的凝胶时间又可称为水泥浆液的凝胶时间又可称为凝结时间凝结时间。由于水泥浆液的水化反应缓慢，。由于水泥浆液的水化反应缓慢，其凝结时间较长，可用试锥稠度仪测定。其凝结时间较长，可

16、用试锥稠度仪测定。2021-11-917表10-3 几种注浆浆液凝胶（凝结）时间 浆液名称凝胶时间 浆液名称凝胶时间纯水泥浆1224h 铬木素类十几秒十几分钟水泥加外加剂615h脲醛树脂类十几秒十几分钟水泥-水玻璃双液浆十几秒十几分丙稀酰胺类十几秒十几分钟水玻璃类瞬间几十分钟聚氨酯类十几秒十几分钟2021-11-918浆液的注入能力与渗透性浆液的注入能力与渗透性 浆液注入能力浆液注入能力是指：浆液注入裂隙或土体的难易程度。是指：浆液注入裂隙或土体的难易程度。v水泥类水泥类颗粒性浆材的注入能力主要由浆液的颗粒性浆材的注入能力主要由浆液的流动性流动性、稳定性稳定性和和颗粒粒径颗粒粒径等因素决定；等

17、因素决定；化学浆液化学浆液则主要由浆液的流动性决定。则主要由浆液的流动性决定。 浆液的渗透性浆液的渗透性（可注性）是指：浆液在一定的裂隙或土体中的渗透（可注性）是指：浆液在一定的裂隙或土体中的渗透性能，它不仅依赖于浆液的注入能力，而且与所处理岩土的裂隙或性能，它不仅依赖于浆液的注入能力，而且与所处理岩土的裂隙或孔隙尺寸有关。渗透性好，浆液在一定压力下的扩散距离就大。孔隙尺寸有关。渗透性好，浆液在一定压力下的扩散距离就大。 固结体渗透系数固结体渗透系数是指：浆液固化后结石体透水性的高低，固结体的是指：浆液固化后结石体透水性的高低，固结体的渗透系数越小，防渗性能越好。渗透系数越小，防渗性能越好。2

18、021-11-919浆液名称可注入砂层的最小粒径（mm） 浆液名称可注入砂层的最小粒径（mm）单液水泥类1.1 铬木素类0.03水泥-水玻璃类1.0脲醛树脂类0.06水玻璃类0.1聚氨酯类0.03丙稀酰胺类0.01糠醛树脂类0.01表表10-4 常用注浆材料的渗透性常用注浆材料的渗透性2021-11-920表表10-5 常用注浆材料固结体的渗透系数常用注浆材料固结体的渗透系数 浆液名称渗透系数（cm/s） 浆液名称渗透系数（cm/s）单液水泥类10-110-3 铬木素类10-310-5水泥-水玻璃10-210-3脲醛树脂类10-310-4水玻璃类10-2聚氨酯类10-410-6丙稀酰胺类10-

19、510-6糠醛树脂类10-410-52021-11-921浸出液分析浸出液分析 有些化学浆液或其固结体的浸出液具有有些化学浆液或其固结体的浸出液具有毒性毒性或或腐蚀性腐蚀性，用这类浆，用这类浆液注浆将会产生环境和地下水的污染，从而引起污染和公害，这液注浆将会产生环境和地下水的污染，从而引起污染和公害，这关系到注浆材料的取舍问题，因此，应进行这方面的试验。关系到注浆材料的取舍问题，因此，应进行这方面的试验。 试验时，将尺寸相同但配方不同的两个试样分别放入试验时，将尺寸相同但配方不同的两个试样分别放入500 ml清水清水中，浸泡中，浸泡3 d、7 d、28 d后测定其有害离子含量。后测定其有害离子

20、含量。2021-11-922浆液固结体的性质浆液固结体的性质 水泥类浆液凝结后的固结体称为水泥类浆液凝结后的固结体称为结石体结石体，化学浆液胶凝后形成的固，化学浆液胶凝后形成的固结体称为结体称为凝胶体凝胶体。 浆液结石（凝胶）率及析水率浆液结石（凝胶）率及析水率v浆液结石（凝胶）体积与浆液体积之比称为浆液结石（凝胶）体积与浆液体积之比称为结石（凝胶）率结石（凝胶）率，即即v对于悬浊浆液，浆液静止对于悬浊浆液，浆液静止24 h后，析出水的体积与原浆液体积之后，析出水的体积与原浆液体积之比称为浆液的比称为浆液的自由析水率自由析水率，即，即12/vvvwvvg/2021-11-923v浆液固结体的强

21、度浆液固结体的强度 对水泥类悬浊浆液，可用对水泥类悬浊浆液，可用纯浆液固结体试件纯浆液固结体试件进行强度试验，而对化进行强度试验，而对化学浆液则常在实验室内用标准砂注浆制成学浆液则常在实验室内用标准砂注浆制成凝胶体试件凝胶体试件，然后再进行，然后再进行强度试验。强度试验。v强度试验包括：强度试验包括：抗压强度抗压强度、抗折抗折或或抗剪强度抗剪强度和和抗拉强度抗拉强度试验。试验。 抗挤出强度：抗挤出强度：是化学浆液凝胶体承受水头压力的能力。是化学浆液凝胶体承受水头压力的能力。2021-11-924 试验装置试验装置是由几根外径和长度都相同而内径不同的厚壁玻璃管和耐是由几根外径和长度都相同而内径不

22、同的厚壁玻璃管和耐压保护装置组成。压保护装置组成。v首先将玻璃管内充满浆液，待浆液凝结后测定凝胶体在管中的首先将玻璃管内充满浆液，待浆液凝结后测定凝胶体在管中的长度；然后将玻璃管装入耐高压保护装置中加压，每加压长度；然后将玻璃管装入耐高压保护装置中加压，每加压0.1 mpa，稳定，稳定10 min，直至管中固结体被挤出为止；挤出的最小，直至管中固结体被挤出为止；挤出的最小压力为该浆液在这种直径和长度条件下的抗挤出强度。压力为该浆液在这种直径和长度条件下的抗挤出强度。v试验规定要对不同直径结石体进行试验规定要对不同直径结石体进行100、200、300 mm三种长度三种长度试验，以此获得结石体长度

23、、直径和抗挤出强度间的一般规律。试验，以此获得结石体长度、直径和抗挤出强度间的一般规律。2021-11-925v浆液固结体的耐久性浆液固结体的耐久性 浆液固结体在地下水物理和化学作用下，某些组分的溶出、老化浆液固结体在地下水物理和化学作用下，某些组分的溶出、老化等现象，可使固结体性能降低或丧失。等现象，可使固结体性能降低或丧失。 当固结体所处环境发生变化，如地下水升降、基坑开挖暴露等，当固结体所处环境发生变化，如地下水升降、基坑开挖暴露等，可使固结体发生崩解风化。可使固结体发生崩解风化。 耐久性试验耐久性试验的试件：应在密封干、湿、干湿循环以及压力渗透条的试件：应在密封干、湿、干湿循环以及压力

24、渗透条件下养护后进行测定，它反映了最常见的不理想的条件。件下养护后进行测定，它反映了最常见的不理想的条件。2021-11-92610.3.1 单液水泥类浆液单液水泥类浆液10.3.2 水泥粘土类浆液水泥粘土类浆液10.3.3 水泥水泥-水玻璃类浆液水玻璃类浆液10.3.4 水玻璃类浆液水玻璃类浆液10.3.5 高水速凝材料高水速凝材料2021-11-927v单液水泥类浆液：是指以水泥为主，添加一定量附加剂，用单液水泥类浆液：是指以水泥为主，添加一定量附加剂，用水调制而成，采用单液方式注入岩土层的浆液。水调制而成，采用单液方式注入岩土层的浆液。 注浆工程中最常用的是注浆工程中最常用的是普通硅酸盐

25、水泥普通硅酸盐水泥，也采用矿渣水泥、火山灰，也采用矿渣水泥、火山灰水泥等，但通常要求水泥等，但通常要求水灰比水灰比不大于不大于1.0。 由于纯水泥浆随水灰比的增大，浆液的粘度、密度、结石率、抗压由于纯水泥浆随水灰比的增大，浆液的粘度、密度、结石率、抗压强度等均出现明显地下降，且纯水泥浆易沉淀析水、稳定性差、凝强度等均出现明显地下降，且纯水泥浆易沉淀析水、稳定性差、凝结时间较长，在地下水流速较大条件下浆液易受水的冲刷和稀释。结时间较长，在地下水流速较大条件下浆液易受水的冲刷和稀释。因此，为了改善水泥浆性质，常在水泥浆中掺入各种因此，为了改善水泥浆性质，常在水泥浆中掺入各种附加剂附加剂 。v附加剂

26、附加剂能改善水泥浆液的性能，包括：速凝剂、早强剂、塑化剂、能改善水泥浆液的性能，包括：速凝剂、早强剂、塑化剂、悬浮剂、加气剂、流动剂、减水剂等。悬浮剂、加气剂、流动剂、减水剂等。2021-11-928表表10-6 纯水泥浆液的基本性能纯水泥浆液的基本性能 注：1.采用42.5级普通硅酸盐水泥；2.测定数据为平均值。水灰比粘度（s）密度(g/cm3)结石率（）凝结时间抗压强度（mpa）初凝终凝3d7d14d28d0.5:11391.86997h41min12h36min4.146.4615.322.00.75:1331.629710h47min20h33min2.432.605.5411.21:

27、1181.498514h56min24h27min2.002.402.428.901.5:1171.376716h52min34h47min2.042.331.782.222:1161.305617h7min48h15min1.662.562.102.802021-11-929v掺入膨润土或高塑性粘土、析水率掺入膨润土或高塑性粘土、析水率 5的水泥浆液常称为的水泥浆液常称为稳定浆液稳定浆液。v根据注浆工程需要，可在水泥浆中掺入细粒砂、粘性土、粉煤灰、水玻根据注浆工程需要，可在水泥浆中掺入细粒砂、粘性土、粉煤灰、水玻璃等掺合料。掺入掺合料的水泥浆液常称为璃等掺合料。掺入掺合料的水泥浆液常称为混合

28、浆液混合浆液。v对塑性屈服强度大于对塑性屈服强度大于20 pa的混合浆液则称为的混合浆液则称为膏状浆液膏状浆液。v制浆材料制浆材料一般采用重量称量。一般采用重量称量。 现场制浆时，要求加料准确，并注意加料顺序，即先往搅拌机中放现场制浆时，要求加料准确，并注意加料顺序，即先往搅拌机中放入规定量的水，然后再加入水泥搅拌均匀后再加入附加剂。入规定量的水，然后再加入水泥搅拌均匀后再加入附加剂。v浆液的浆液的搅拌时间：搅拌时间：使用普通搅拌机时不少于使用普通搅拌机时不少于3 min，使用高速搅拌机时，使用高速搅拌机时不少于不少于3 s，搅拌时间大于，搅拌时间大于4 h的浆液应废弃。的浆液应废弃。v任何季

29、节注浆浆液的温度应保持在任何季节注浆浆液的温度应保持在540之间。之间。2021-11-930v单一水泥浆优点：单一水泥浆优点： 材料来源丰富、价格低廉、结石体强度高、抗渗性能好、单一注入材料来源丰富、价格低廉、结石体强度高、抗渗性能好、单一注入方式、工艺简单、操作方便等，是应用最多的一种材料。方式、工艺简单、操作方便等，是应用最多的一种材料。v单一水泥浆缺点：单一水泥浆缺点： 由于水泥是颗粒性材料，可注性较差，由于水泥是颗粒性材料，可注性较差，难以注入难以注入中细砂、粉砂层和中细砂、粉砂层和细小的裂隙岩层；细小的裂隙岩层； 凝固时间长，容易流失，造成浆液浪费，易沉淀析出、强度增长慢、凝固时间

30、长，容易流失，造成浆液浪费，易沉淀析出、强度增长慢、结石率低、稳定性较差等结石率低、稳定性较差等缺点缺点，所以应用范围有一定局限性。，所以应用范围有一定局限性。v国内外在国内外在改善水泥浆性能改善水泥浆性能方面做了大量工作，其中方面做了大量工作，其中超细水泥超细水泥的出现扩大了水泥浆应用范围、提高了水泥浆性能。的出现扩大了水泥浆应用范围、提高了水泥浆性能。2021-11-931v超细水泥：超细水泥：由极细的水泥浆颗粒组成，其平均粒径为由极细的水泥浆颗粒组成，其平均粒径为4m，最大粒径约，最大粒径约10m，比表面积在，比表面积在8000 cm2/g以上。以上。 超细水泥浆液具有很好的超细水泥浆液

31、具有很好的可注性可注性，能注入渗透系数为，能注入渗透系数为10-310-4 cm/s的细砂，其可注性与化学浆液相似，而对地下水和环境无污染。的细砂，其可注性与化学浆液相似，而对地下水和环境无污染。 应用途径应用途径：（1）超细水泥的直接应用）超细水泥的直接应用必须加外加剂必须加外加剂 （2）水泥浆液与外加剂的再加工）水泥浆液与外加剂的再加工湿式球磨湿式球磨2021-11-932smgc1250（d90）超细水泥超细水泥：以球形颗粒为主，可有效封堵小于以球形颗粒为主，可有效封堵小于10 m以下缝隙，粒径最小可达以下缝隙，粒径最小可达1.5 m，比，比表面积达表面积达1500 m2/kg。水泥细化

32、后，比表面积增加，水化反应水泥细化后，比表面积增加，水化反应进行的更彻底，抗压和抗渗强度得到显进行的更彻底，抗压和抗渗强度得到显著提高。著提高。具有较强的稳定性，良好的防气窜性能具有较强的稳定性，良好的防气窜性能和较强的防漏堵漏能力。和较强的防漏堵漏能力。流动性好，可灌性好，后期不收缩。流动性好，可灌性好，后期不收缩。在细微裂隙灌浆可以取得很好的灌浆效在细微裂隙灌浆可以取得很好的灌浆效果。果。2021-11-933v粘土粒径极小（粘土粒径极小（0.005 mm），而比表面积较大，遇水具有胶体化学特性。），而比表面积较大，遇水具有胶体化学特性。v粘土矿物的特征是其原子呈层状排列，不同的排列形式组

33、成了不同的粘粘土矿物的特征是其原子呈层状排列，不同的排列形式组成了不同的粘土矿物，土矿物， 最常见的是最常见的是高岭石高岭石、伊利石伊利石、蒙脱石蒙脱石。v在水泥浆中，经常加入一定量的粘土，有时粘土掺量比水泥用量还要多，在水泥浆中，经常加入一定量的粘土，有时粘土掺量比水泥用量还要多，故称为水泥粘土类浆液。故称为水泥粘土类浆液。v粘土分散性高，亲水性好，因而浆液沉淀析水性较小，稳定性较高。粘土分散性高，亲水性好，因而浆液沉淀析水性较小，稳定性较高。v水泥粘土浆：浓度一般按水泥、粘土、水的质量比表示，粘土颗粒密度水泥粘土浆：浓度一般按水泥、粘土、水的质量比表示，粘土颗粒密度通常取为通常取为2.75

34、 t/m3。2021-11-934表10-8 粘土用量对浆液性能的影响水灰比粘土用量/粘度/s密度/g/cm3结石率（）凝结时间（h:min）抗压强度（mpa）初凝终凝3d7d14d28d0.5:15滴流1.84992：425：5211.8513.2013.60.75:15401.65937：5013：14.056.967.947.891:15191.52878：3014：302.415.174.289.121.5:1516.51.376611：523：501.293.453.247.352:1515.81.285713：5351：521.252.582.587.850.5:110不流1002

35、：245：2920.30.75:110651.68995：159：382.936.965.121:110211.56917：2414：101.684.552.881.5:110171.43798：1220：151.562.793.302:110161.32589：1630：241.251.582.520.75:115711.70998：500.402.402.951:115231.62954：3514：131.301.562.181.5:115191.51606：2024：50.850.971.402:115161.34607：4529：160.731.132.242021-11-935v从上

36、表可以看出：从上表可以看出： 水泥浆掺入粘土后可使浆液水泥浆掺入粘土后可使浆液结石率结石率提高；提高； 还可改善水泥分层还可改善水泥分层离析离析程度，从而改善浆液的程度，从而改善浆液的可注性可注性；v但掺入粘土过多，会使结石体抗压强度降低，凝结时间延长。但掺入粘土过多，会使结石体抗压强度降低，凝结时间延长。v作为加固注浆时，粘土掺量不宜过多，一般掺量为作为加固注浆时，粘土掺量不宜过多，一般掺量为515。 在水泥粘土类浆液中，也可以加入一些水玻璃、速凝剂等附加剂以在水泥粘土类浆液中，也可以加入一些水玻璃、速凝剂等附加剂以改善浆液性能。改善浆液性能。2021-11-936v水泥水泥水玻璃浆液：亦称

37、水玻璃浆液：亦称cs浆液，浆液，以水泥和水玻璃为主剂，两者按以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定比例采用一定比例采用双液方式双液方式注入，必要时加入速凝剂或缓凝剂等。注入，必要时加入速凝剂或缓凝剂等。 特点：特点：克服了单液水泥浆的凝结时间长且不能控制、结石率低等克服了单液水泥浆的凝结时间长且不能控制、结石率低等缺点，提高了水泥注浆的效果，扩大了水泥注浆的适用范围。缺点，提高了水泥注浆的效果，扩大了水泥注浆的适用范围。 用途：用途：可用于防渗和加固注浆，在地下水流速较大的地层中采用可用于防渗和加固注浆，在地下水流速较大的地层中采用这种混合型浆液可达到快速堵漏的目的。这种混合型浆液可达到快速堵漏的目

38、的。2021-11-937v水玻璃水玻璃是氧化钠（是氧化钠（na2o）与无水二氧化硅（）与无水二氧化硅（sio2）以各种比例结合的）以各种比例结合的化合物，其分子式为化合物，其分子式为na2onsio2。v水泥浆中加入水玻璃有两个水泥浆中加入水玻璃有两个作用作用，是作为是作为速凝剂速凝剂使用，掺量较少，一使用，掺量较少，一般约占水泥重量的般约占水泥重量的35；另一个作用是作为；另一个作用是作为主材料主材料使用，掺量较多。使用，掺量较多。v注浆用水玻璃对其注浆用水玻璃对其模数和浓度模数和浓度有一定的要求。模数有一定的要求。模数m是描述水玻璃性能是描述水玻璃性能的一个重要参数，其定义为的一个重要参

39、数，其定义为 水玻璃模数水玻璃模数的大小对注浆影响很大。的大小对注浆影响很大。v模数小，二氧化硅含量低，凝结时间长，结石体强度低；模数小，二氧化硅含量低，凝结时间长，结石体强度低；v模数大，二氧化硅含量高，凝结时间短，结石体强度高。模数大，二氧化硅含量高，凝结时间短，结石体强度高。v模数过大过小都不利。要求水玻璃的模数在模数过大过小都不利。要求水玻璃的模数在2.43.4较合适。较合适。克分子数克分子数onasiom222021-11-938v水玻璃浓度以波美度水玻璃浓度以波美度be表示。波美度与密度有如下关系表示。波美度与密度有如下关系 v水玻璃出厂浓度一般为水玻璃出厂浓度一般为5056 be

40、，而注浆使用的范围为，而注浆使用的范围为3045be，其浓度变换可用下式计算：其浓度变换可用下式计算： 145145eb0eb1451450wddppwvv)(2021-11-939v根据工程的实际需要，这类浆液一般用于加固和堵水注浆。根据工程的实际需要，这类浆液一般用于加固和堵水注浆。 对于对于堵水堵水，特别是水压较大、流速较快或填充大裂隙时，要求浆，特别是水压较大、流速较快或填充大裂隙时，要求浆液的凝结时间短，且具有一定的抗压强度。液的凝结时间短，且具有一定的抗压强度。 对于对于加固地基加固地基，则要求浆液具有足够的抗压强度。，则要求浆液具有足够的抗压强度。v现分别讨论如下：现分别讨论如下

41、： 凝胶时间凝胶时间 抗压强度抗压强度 浆液配制浆液配制 水泥水泥-水玻璃浆液特点水玻璃浆液特点2021-11-940v凝胶时间凝胶时间 水玻璃能显著加快水泥凝胶时间。水玻璃能显著加快水泥凝胶时间。 凝胶时间随水玻璃浓度、水泥浆的浓度（水灰比）、水玻璃与水泥凝胶时间随水玻璃浓度、水泥浆的浓度（水灰比）、水玻璃与水泥浆的体积比等因素的变化而变化。浆的体积比等因素的变化而变化。v一般情况下，水玻璃浓度减小，凝胶时间缩短，并呈直线关系；一般情况下，水玻璃浓度减小，凝胶时间缩短，并呈直线关系；水灰比越小，水泥与水玻璃之间的反应越快，凝胶时间越短。水灰比越小，水泥与水玻璃之间的反应越快，凝胶时间越短。v

42、总的说来：水泥浆越浓，反应越快；水玻璃越稀，反应越快。总的说来：水泥浆越浓，反应越快；水玻璃越稀，反应越快。2021-11-941v抗压强度抗压强度 决定水泥决定水泥-水玻璃浆液抗压强度的主要因素是水泥浆浓度（水灰比）。水玻璃浆液抗压强度的主要因素是水泥浆浓度（水灰比）。 其它条件一定时，水泥浆越浓其抗压强度越高。其它条件一定时，水泥浆越浓其抗压强度越高。 水泥浆与水玻璃浓度对抗压强度的影响见水泥浆与水玻璃浓度对抗压强度的影响见表表10-9。2021-11-942表10-9 水泥浆与水玻璃浓度对浆液结石体抗压强度的影响水玻璃浓度（be）水泥浆浓度（w/c）水泥浆与水玻璃体积比抗压强度（mpa）

43、7d14d28d350.5:11:117.420.220.2350.75:11:114.413.214.8351:11:17.39.510.4351.25:11:13.24.05.8351.5:11:11.22.02.8400.5:11:120.424.424.8400.75:11:111.617.718.5401:11:14.410.611.3401.25:11:10.94.49.0401.5:11:10.50.92.3450.5:11:124.525.025.8450.75:11:18.216.919.2451:11:12.96.911.3451.25:11:10.52.65.8451.5

44、:11:10.30.60.82021-11-943v水泥浆浓度较大水泥浆浓度较大时，随着水玻璃浓度的增加，抗压强度提高；时，随着水玻璃浓度的增加，抗压强度提高；v水泥浆浓度较小水泥浆浓度较小时，随着水玻璃浓度的增加，抗压强度降低。时，随着水玻璃浓度的增加，抗压强度降低。v但当但当水泥浆浓度处于中间状态水泥浆浓度处于中间状态时，则其抗压强度变化不大。时，则其抗压强度变化不大。v水泥浆与水玻璃体积比水泥浆与水玻璃体积比对结石体抗压强度有一定的影响。对结石体抗压强度有一定的影响。 当水泥浆与水玻璃体积比在当水泥浆与水玻璃体积比在10.40.6时，其抗压强度最高，说明时，其抗压强度最高，说明水泥浆与水

45、玻璃有一个适当的配合比，在这个配合比的范围内，反水泥浆与水玻璃有一个适当的配合比，在这个配合比的范围内，反应进行得最完全，强度也就最高。应进行得最完全，强度也就最高。v实际上，浓水泥浆需要浓水玻璃；稀水泥浆需要稀水玻璃，实际上，浓水泥浆需要浓水玻璃；稀水泥浆需要稀水玻璃，水玻璃过量水玻璃过量对其抗压强度将产生不良影响对其抗压强度将产生不良影响。2021-11-944v综合考虑凝胶时间、抗压强度、施工及造价等因素，水泥综合考虑凝胶时间、抗压强度、施工及造价等因素，水泥-水玻璃浆水玻璃浆液的液的常用配方常用配方为：为： 水泥为水泥为42.5或或52.5级普通硅酸盐水泥级普通硅酸盐水泥 水灰比为水灰

46、比为0.8111 水泥浆与水玻璃的体积比为水泥浆与水玻璃的体积比为1（0.50.8） 水玻璃模数为水玻璃模数为2.43.4，浓度为（，浓度为（3540）be 。2021-11-945v浆液的配制浆液的配制 水泥水泥-水玻璃浆液的组成及配制方法见水玻璃浆液的组成及配制方法见表表10-10。 但使用缓凝剂时，应注意加料顺序、搅拌和放置时间。但使用缓凝剂时，应注意加料顺序、搅拌和放置时间。 加料顺序为：水缓凝剂水泥，搅拌时间应不少于加料顺序为：水缓凝剂水泥，搅拌时间应不少于5 min，放置时，放置时间不宜超过间不宜超过30 min。2021-11-946v水泥水泥-水玻璃浆液的特点水玻璃浆液的特点

47、水泥水泥-水玻璃浆液的水玻璃浆液的凝胶时间凝胶时间可控制在几秒至几十分钟范围内；可控制在几秒至几十分钟范围内； 结石体结石体抗压强度抗压强度较高，可达较高，可达1020 mpa； 结石率结石率可达可达100； 结石体结石体渗透系数渗透系数为为10-3 cm/s；可用于裂隙为；可用于裂隙为0.2 mm以上的岩体或粒以上的岩体或粒径为径为1.0 mm以上的砂层；以上的砂层； 材料材料来源来源丰富，价格较低；丰富，价格较低； 对对环境及地下水环境及地下水无毒性污染，但有无毒性污染，但有naoh溶出，对皮肤有腐蚀性；溶出，对皮肤有腐蚀性； 结石体结石体易粉化，有碱溶出，化学结构不够稳定。易粉化，有碱溶

48、出，化学结构不够稳定。2021-11-947表10-10 水泥-水玻璃浆液组成及配方原料规格要求作用用量主要性能水泥42.5级或52.5级普硅或矿硅水泥主剂1 凝胶时间可控制在几十秒至几十分钟范围内。抗压强度520mpa水玻璃模数：2.43.4；浓度：(3045)be主剂0.51氢氧化钙工业品速凝剂0.050.20磷酸氢二钠工业品缓凝剂0.010.032021-11-948v水玻璃类浆液：水玻璃类浆液： 是以水玻璃为是以水玻璃为主剂主剂，加入，加入胶凝剂胶凝剂，反应后生成，反应后生成凝胶凝胶。v因其材料来源广、价格便宜，对环境无害而被广泛采用。因其材料来源广、价格便宜，对环境无害而被广泛采用。

49、v它可用于单一浆液灌注，也可作为水泥注浆的速凝剂使用。它可用于单一浆液灌注，也可作为水泥注浆的速凝剂使用。v用水玻璃作主剂时，可根据工程需要采用不同的固化剂，其用水玻璃作主剂时，可根据工程需要采用不同的固化剂，其凝胶时间及性能可通过不同的配方试验确定。凝胶时间及性能可通过不同的配方试验确定。2021-11-949 几种性能较好的几种性能较好的水玻璃类浆液水玻璃类浆液。v（1）水玻璃）水玻璃-氯化钙浆液氯化钙浆液v（2）水玻璃）水玻璃-铝酸钠浆液铝酸钠浆液v（3）水玻璃）水玻璃-氟硅酸浆液氟硅酸浆液v（4）水玻璃）水玻璃-乙二醛浆液乙二醛浆液v（5）酸性水玻璃浆液）酸性水玻璃浆液2021-11-

50、950（1）水玻璃）水玻璃-氯化钙浆液氯化钙浆液 水玻璃、氯化钙两种浆液在土体中相遇时发生反应可生成水玻璃、氯化钙两种浆液在土体中相遇时发生反应可生成二氧化硅胶二氧化硅胶体体，与土颗粒一起形成整体，起到，与土颗粒一起形成整体，起到防渗和加固防渗和加固的作用。的作用。 这种浆液主要用于这种浆液主要用于地基加固地基加固或无粘性土的或无粘性土的堵水堵水。 加固每立方米土体所需浆液视土体孔隙率而定。加固后加固每立方米土体所需浆液视土体孔隙率而定。加固后地基承载力地基承载力：v砂土为砂土为15003000 kpav粉砂约为粉砂约为500 kpav粘性土约为粘性土约为800 kpa2021-11-951v

51、注浆方法注浆方法 水玻璃水玻璃-氯化钙浆液可用氯化钙浆液可用一根管交替注人一根管交替注人，但在换液前必须清洗管路；，但在换液前必须清洗管路； 也可用也可用双管注入双管注入，即一根管注入水玻璃，另一根管注入氯化钙浆液，即一根管注入水玻璃，另一根管注入氯化钙浆液，使两种浆液在地基中相遇而起化学反应形成凝胶。使两种浆液在地基中相遇而起化学反应形成凝胶。 另可为两根注浆管通直流电，该法称为另可为两根注浆管通直流电，该法称为电动硅化法电动硅化法，可以提高浆液，可以提高浆液的扩散能力。的扩散能力。 因两种浆液在相遇时的瞬间可产生化学反应，因两种浆液在相遇时的瞬间可产生化学反应，凝胶时间不好控制凝胶时间不好

52、控制，因此，注浆效果受操作技术及施工经验影响较大。因此，注浆效果受操作技术及施工经验影响较大。2021-11-952水玻璃水玻璃-铝酸钠浆液铝酸钠浆液 水玻璃与铝酸钠在地基中反应而生成的水玻璃与铝酸钠在地基中反应而生成的凝胶物凝胶物硅胶和硅酸铝盐可硅胶和硅酸铝盐可以胶结土颗粒。以胶结土颗粒。 其反应方程式为其反应方程式为3na2osio2+2naalo2al(sio3)2+4na2ov主要用于堵水或加固地基。主要用于堵水或加固地基。v改变水玻璃模数、浓度、铝酸钠含铝量可调节凝胶时间。改变水玻璃模数、浓度、铝酸钠含铝量可调节凝胶时间。v水玻璃模数越高，凝胶时间越短；浓度越低，凝胶时间越短；铝水玻

53、璃模数越高，凝胶时间越短；浓度越低，凝胶时间越短；铝酸盐含铝量增加，凝胶时间缩短。酸盐含铝量增加，凝胶时间缩短。v高浓度浆液强度虽高，若被地下水稀释，其凝胶时间反而缩短。高浓度浆液强度虽高，若被地下水稀释，其凝胶时间反而缩短。2021-11-953水玻璃水玻璃-氟硅酸浆液氟硅酸浆液 氟硅酸（氟硅酸（h2sif6）水溶液无色、呈强酸性、能侵蚀玻璃，需保存于塑）水溶液无色、呈强酸性、能侵蚀玻璃，需保存于塑料容器中。料容器中。 浆液的浆液的凝胶时间凝胶时间主要受水玻璃、氟硅酸用量的多少影响。水玻璃浓主要受水玻璃、氟硅酸用量的多少影响。水玻璃浓度降低，或水玻璃用量减小均使凝胶时间缩短。度降低，或水玻璃

54、用量减小均使凝胶时间缩短。 固结体固结体抗压强度抗压强度随水玻璃浓度的增加而增加，随氟硅酸用量的增加随水玻璃浓度的增加而增加，随氟硅酸用量的增加而增加。而增加。 这种浆液配方简单、操作方便，使用时，水玻璃与氟硅酸两者可等这种浆液配方简单、操作方便，使用时，水玻璃与氟硅酸两者可等体积注入，氟硅酸不足部分可加水补充。体积注入，氟硅酸不足部分可加水补充。2021-11-954水玻璃水玻璃-乙二醛浆液乙二醛浆液 这是一种性能良好的水玻璃浆液，但其成本较高，且受来源的限制，这是一种性能良好的水玻璃浆液，但其成本较高，且受来源的限制，因而使用上受到了影响。因而使用上受到了影响。2021-11-955表表1

55、0-11 水玻璃类浆液的组成、性能及主要用途水玻璃类浆液的组成、性能及主要用途浆液种类原料规格要求用量凝胶时间注入方式抗压强度/mpa主要用途备注水玻璃-氯化钙浆液水玻璃模数:2.5-3.0浓度:43-45 be45%瞬间单管或双管3.0基础加固注浆效果受操作技术影响较大氯化钙密度:1.26-1.28浓度:30-32 be55%水玻璃-铝酸钠浆液水玻璃模数:2.3-2.4浓度:40 be 1几十秒几十分双液3.0堵水或加固改变水玻璃模数、浓度、铝酸钠含铝量和温度，可调节凝胶时间。铝酸钠含铝量多少会影响其抗压强度铝酸钠 含铝量：160-190g/l1水玻璃-硅氟酸浆液水玻璃模数:2.4-3.4浓

56、度:30-45 be1几秒几十分双液1.0堵水或加固两液等体积注入，硅氟酸不足部分加水补充。两液相遇时有絮状物产生硅氟酸 浓度:28%-30%0.1-0.4水玻璃-乙二醛浆液水玻璃模数:2.5-3.0浓度:43-45 be1几秒几十分双液2.0堵水或加固两液等体积注入，乙二醛不足部分加水补充。乙酸为速凝剂乙二醛 浓度:35%0.2-0.6乙 酸浓度:90%0-0.022021-11-956v胶凝剂的品种较多，有些胶凝剂与水玻璃的反应速度很快，如氯化钙、胶凝剂的品种较多，有些胶凝剂与水玻璃的反应速度很快，如氯化钙、磷酸和硫酸铝等，它们和主剂必须在不同的注浆管或不同的时间内分别磷酸和硫酸铝等，它们

57、和主剂必须在不同的注浆管或不同的时间内分别注入，所以称注入，所以称双液注浆法双液注浆法；v另一些胶凝剂如盐酸、碳酸氢钠和铝酸钠等与水玻璃的反应速度较慢，另一些胶凝剂如盐酸、碳酸氢钠和铝酸钠等与水玻璃的反应速度较慢，因而主剂与胶凝剂能在注浆前预先混合注入同一钻孔中，所以称为因而主剂与胶凝剂能在注浆前预先混合注入同一钻孔中，所以称为单液单液注浆法注浆法。v双液法中两种化学剂的反应几乎是立即发生，而单液法中浆液的凝胶时双液法中两种化学剂的反应几乎是立即发生，而单液法中浆液的凝胶时间较长，粘度增长速度较慢，故单液法的有效扩散半径比双液法大，但间较长，粘度增长速度较慢，故单液法的有效扩散半径比双液法大，

58、但单液法的凝胶强度一般比双液法低。单液法的凝胶强度一般比双液法低。v为克服单液法的这一缺点，近年来用有机物作为胶凝剂的研究和应用得为克服单液法的这一缺点，近年来用有机物作为胶凝剂的研究和应用得到迅速发展，这些有机剂包括乙二醛、醋酸乙酯、甲酰胺等。到迅速发展，这些有机剂包括乙二醛、醋酸乙酯、甲酰胺等。2021-11-957酸性水玻璃浆液酸性水玻璃浆液 通常所用水玻璃为强碱性材料，其凝胶体有碱溶出、脱水收缩和腐通常所用水玻璃为强碱性材料，其凝胶体有碱溶出、脱水收缩和腐蚀现象，这影响了它的耐久性，而且对环境有一定的污染。而酸性蚀现象，这影响了它的耐久性，而且对环境有一定的污染。而酸性水玻璃可在中性或

59、酸性条件下凝胶，且凝胶体没有碱溶出。水玻璃可在中性或酸性条件下凝胶，且凝胶体没有碱溶出。 酸性水玻璃的制备有酸性水玻璃的制备有酸化法酸化法和和离子交换法离子交换法两类。两类。v因因离子交换法离子交换法操作比较困难，工程中一般不采用，操作比较困难，工程中一般不采用，酸化法酸化法又分又分直直接法接法和和间接法间接法两种，前者是把酸性材料直接用作水玻璃的胶凝剂，两种，前者是把酸性材料直接用作水玻璃的胶凝剂，后者是用酸性材料先把水玻璃酸化，然后再用碱性胶凝剂使之在后者是用酸性材料先把水玻璃酸化，然后再用碱性胶凝剂使之在弱酸性或中性范围内发生胶凝。弱酸性或中性范围内发生胶凝。v在酸化过程中，必须保持在酸

60、化过程中，必须保持ph值不大于值不大于2，因为这时它的稳定性最，因为这时它的稳定性最高，不易自凝。高，不易自凝。2021-11-958v为使水玻璃浆液在土体中溶出降低到最低限度，减小污染，增加固结体为使水玻璃浆液在土体中溶出降低到最低限度，减小污染，增加固结体的耐久性，除了上述酸性水玻璃浆液外，还可通过的耐久性，除了上述酸性水玻璃浆液外，还可通过降低水玻璃溶液中的降低水玻璃溶液中的na2o含量得到高模数的酸性水玻璃含量得到高模数的酸性水玻璃。v由于在脱钠过程中已经逐步产生了硅胶，所以实际上已完全改变了原水由于在脱钠过程中已经逐步产生了硅胶，所以实际上已完全改变了原水玻璃的特性，这种浆液可在中性