水泥_水玻璃双液注浆中的最优参数选择

1、 文章编号:1005-7854(2005 04-0001-03水泥2水玻璃双液注浆中的最优参数选择刘玉祥1, 柳慧鹏2(11北京科技大学土木与环境工程学院, 北京100083;21中国矿业大学(北京 力学与建筑工程学院, 北京100083摘要:水泥2水玻璃(CS 双液注浆技术以其凝固速率可控性强、材料来源广, 在岩土工程中得到广泛应用。本文结合玲珑金矿塌陷巷道治理工程, 进行了水泥2水玻璃不同配比下的凝胶试验, 得出各浆液的初凝速率变化不大, 而水泥的终凝速率却变化很大, 势。本文提出在拐点附近选择注浆配比最经济有利的看法, 此论点在玲珑金矿255中得到验证。它对相关工程具有重要的参考价值。关

2、键词:水泥2水玻璃; 双液注浆; 参数配比; 初凝; 终凝中图分类号:TD353+. 5文献标识码ETER SEL ECTION OFT 2TER G LASS TWO 2SHO T GROU TIN GL IU Y u 2xiang 1, L IU Hui 2peng2(11School of Civil and Envi ronmental Engi neeri ng , U niversity of Science and Technology of Beiji ng , Beiji ng 100083, Chi na ; 21School of Mechanics , A rchite

3、ct ure &Civil Engi neeri ng ,Chi na U niversity of M i ni ng and Technology (Beiji ng , Beiji ng 100083, Chi na ABSTRACT :With its controllable solidifying velocity and vast raw material source ,cement 2water glass (CS two 2shot grouting has found wide applications in many geotechnical projects

4、1The author , based on the project of maintaining tunnel collapse in Linglong G old Mine , made gel experiment on different volume ratio of cement grout to water glass 1According to the experiment result ,the author found that the initial gel velocity changed not too much ,but the final gel velocity

5、 changed a lot ,and furthermore ,the velocity of gel with varied volume ratio presented an inflexion in its curve with a sharply rising tendency after the inflexion 1Based on this find the idea was formed that selecting grouting mixture ratio parameter near inflexion was favorable to the project in

6、view of economy 1The idea was verified in the construction of the project of maintaining tunnel collapse in Linglong G old Mine 1The result has great reference value for the similar project in the future 1KE Y WOR DS :Cement 2water glass ; Two 2shot grouting ; Mixture ratio ; Initial gel ; Final gel

7、收稿日期:2005-08-19作者简介:刘玉祥, 在读博士研究生, 主要从事岩土力学与工程研究方面工作。1引言在玲珑金矿塌陷巷道的治理中, 采用水泥2水玻璃(CS 双液注浆插钢筋的方法, 工程岩体主要部分是人工回填至采空区的散体结构。在注浆中要求既要达到一定的扩散半径, 又不能让浆液的扩散半径过大造成浪费。根据前人工程施工的注浆经验, 采用35Be 的水玻璃, 水泥取11, 水泥浆与水玻璃的比为11。但实际施工中发现, 此种注浆配比水泥的凝结速度过快(十几秒 , 达不到一定的扩散半径就凝固了, 而且注浆泵稍一停顿即会发生堵管现第14卷第4期矿冶Vol. 14, No. 4象, 这些说明此种配比

8、并不适合此工程。因此, 我们在现场做了水泥与水玻璃的配比试验, 对注浆参数进行研究, 选择合适的水玻璃浓度配比。2水泥2水玻璃注浆的化学原理水泥与水玻璃的主要化学反应为:Ca (OH 2+NaO n S iO 2+m H 2O Ca n S iO 2m H 2O +NaOH(1 水泥本身的凝结和硬化主要是水泥水化析出凝胶性的胶体物质所引起的, 在硅酸三钙的水化过程中产生氢氧化钙:3CaO SiO 2+n H 2O =2CaO SiO 2(n -1 H 2O +Ca (OH 2(2 在混合液中水泥与水玻璃的反应快, 水泥本身的水解化学反应要慢得多。根据这一原理做了水泥水玻璃不同配比下的凝胶实验。

9、实验结果见表1。实验中根据现场工程实际情况, 采用了固定水灰比, 只改变水玻璃浆液浓度及水泥浆液与水玻璃浆比例的方法。表1不同配比水泥与水玻璃凝胶时间Table 1Sel time of different mixture ratio of cement 2water glass水玻璃浓度/Be 水泥浆水玻璃(体积比11初凝/s终凝/s10175初凝/s终凝/10150/s10125初凝/s终凝/s391064187447729123528153760213483525122855526327221526173710254242014184292133018161843113037317115

10、2143892542016102551153382533001510244715317684215814104098174214605134213102511312436623162012122679201141536010264011102981291562510671018941010231401776013153113326491023202231241132127115064814308332414442522629119500实验温度2023, 湿度1117, 水玻璃为39Be , 水泥标号425, 实验中采用固定水灰比为113实验结果及数据分析 根据表1中的数据做出不同水泥浆与水玻

11、璃体积比下的凝胶曲线。从图1及表1可以看出, 水泥2水玻璃在不同浓度(39814Be 下的浆体初凝时间变化不是很大, 从3s 到91s 变化; 终凝时间从21s 变化到19500s 相差4个数量级, 这个变化是非常大的。过长的终凝时间, 注浆时跑浆漏浆是非常严重的, 并且施工效果也不好, 这说明:过稀的水玻璃的浓度达不到加速水泥固结的目的; 水玻璃浓度的变化对水泥的初凝速度影响不大; 在一定水玻璃浓度范围内, 水泥的凝胶时间变化不大; 水泥凝胶时间的总趋势是随着水玻璃浓度变小而增大。工程中的注浆体主要部分是人工充填的散体结构, 如果终凝时间过长会造成材料浪费, 并且达不到图1不同水玻璃浓度的凝

12、胶时间综合关系图Fig 11Comprehensive relation chart of sel time underdifferent concentration of water glass注浆的效果。但是散体注浆又要求一定的扩散半径, 在玲珑金矿巷道加固工程要求扩散半径大于1m 小于10m 。所以注浆中既要保证扩散半径又要不能扩散太远, 这就要求水泥浆的初凝和终凝之间有一段合适的时间差。 在图1中表现出不断变稀的水玻璃浓度下, 水泥浆终凝的时间拐点后是直线增大的, 因此太稀浓度水玻璃不是工程所需要的, 因而没继续做更稀水玻璃浓度下的水泥凝胶实验。 图2不同水玻璃浓度下的凝胶时间曲线Fi

13、g 12Sel time curves of different concentration of water glass从图2(a 中可以看出, 水泥浆与水玻璃体积比为11情况下, 水泥浆的终凝曲线在一定范围内变化较小, 在浓度为9Be 时出现较大的拐点。初凝是一条比较平直的曲线。同样, 从图2(b 、(c 可见, 在水泥浆与水玻璃体积比分别为10175和10150情况下, 在水玻璃浓度分别为11Be 和13Be 时终凝曲线出现变化较大的拐点, 突然急剧上升, 而初凝是一条较平直的曲线。从图2(d 可见, 水泥浆的终凝是曲线呈U 型变化, 在水玻璃浓度为16Be 时出现较大斜率, 波动后直线

14、上升, 而且速度变化数量级差别巨大, 而初凝仍是一条平直的曲线。从以上分析可以看出, 在不同的水泥浆与水玻璃体积比下, 浆液的初凝时间变化不大, 呈水平直线, 而水泥的终凝时间是变化很大的, 在不同体积比下都会出现一个拐点呈直线上升趋势。在满足质量情况下, 从经济角度看, 在拐点位置附近选择注浆配比对施工是最经济、最有利的。4确定合理参数在实际工程中选择注浆参数有以下要求:保证工程质量; 尽量节省工程材料; 考虑施工操作效果, 允许工程参数取值在一定范围变化, 而不出现工程质量问题。根据以上分析及要求, 综合考虑, 取水灰比为11, 水玻璃浓度为16Be , 水泥浆与水玻璃体积比为10125,

15、 是最佳的。其原因如下:(1 在水玻璃浓度为16Be 时是水泥终凝时间变化曲线的一个拐点, 并且不同的水泥与水玻璃体积比下, 此浓度下的初凝与终凝的时间差都比较理想。(2 该浓度下可以弥补施工中工人在现场稀释水泥浆的误差, 水泥浆稍浓或稍稀都不会使水泥浆的凝胶差(初凝与终凝的时间差 变化很大。(3 该浓度条件下水玻璃凝胶差正合适, 初凝3s , 终凝300s , 这样水泥的扩散半径可以很好地控制在一定范围内, 而不至过小或过大; 并且可操作性好, 在施工进程中, 机器一旦出现故障, 有足够的时间清洗输浆设备, 而不至于损坏机器和高压输浆管。通过玲珑金矿255塌陷巷道治理工程证明, 所采用注浆参

16、数是最优的选择。5结语(1 本文在结合前人研究基础上, 对较大范围水玻璃浓度下水泥浆液的凝胶时间做了研究, 得出了与前人有差异的结果15, 并在实际工程得到验证其合理性。这说明CS 双液注浆施工中不能照搬前(下转第22页 铁精矿品位由改造前的65155%提高到68189%, 铁精矿品位提高了3134%; SiO 2含量由过去的8131%降低到3190%, 降低了4141%。反浮选作业铁回收率达到98150%, 产品质量跻身于世界一流水平3。2003年9月, 以弓长岭矿业公司“提铁降硅”反浮选工艺技术改造成果为主要内容的“鞍钢贫磁(赤 铁矿新工艺、新药剂的研究及工业应用”获得全国冶金行业科技进步

17、特等奖。鞍钢弓长岭矿业公司三选厂是一个年产100万t 赤铁精矿的选厂, 处理的矿石是赤铁矿, 采用成熟的阴离子反浮选工艺, 使用BF 2T20型浮选机44台。2005年7月1日投产以来, 日产赤铁精矿2500t , 精矿品位达到6615%以上。512太原钢铁(集团 有限公司尖山铁矿太钢集团尖山铁矿的原料是鞍山式沉积变质类型的贫磁铁矿,2003年尖山铁矿采用“阶段磨矿磁选、阴离子反浮选工艺”, 选作业中使用BF 2T16和改造前精矿品位约6528%左右, 改造后获得浮选精矿铁品位1%以上、SiO 2含量降至4%以下, 反浮选作业回收率9815%左右的指标4。513鞍山钢铁集团调军台选矿厂鞍钢集团

18、调军台选矿厂设计规模为年处理鞍山式氧化铁矿900万t , 采用“连续磨矿、弱磁2中磁2强磁、阴离子反浮选”的工艺流程, 使用BF 2T20和BF 2T10型浮选机机组。在原矿品位2916%的情况下, 取得了浮选精矿品位67159%、尾矿品位10156%、金属回收率82124%的指标4。514鞍山钢铁集团齐大山选矿厂鞍钢集团齐大山选矿厂的原料是鞍山式赤铁矿, 采用“阶段磨矿、粗细分选、重选2磁选2阴离子反浮选”工艺流程, 反浮选作业使用BF 2T10和BF 2T6型浮选机。2004年4月以来铁精矿品位一直稳定在67%以上, 尾矿品位也由原1215%降至11114%,SiO 2由原8%降至4%以下, 铁精矿品位比改造前提高318个百分点, 尾矿品位降低1136个百分点, 一级品率达99180%以上4。515鞍山钢铁集团东鞍山烧结厂鞍钢集团东鞍山烧结厂处理鞍山式假象赤铁矿,2003年东鞍山烧结厂进行工艺和设备改造, 采用“两段连续磨矿、中矿再磨、重选2磁选2阴离子反浮选工艺”, 反浮选作业中使用BF 2T16型浮选机, 改造后铁精矿品位由6066%以上, 尾%53%左右。, 专门针对铁精矿反浮选工艺研制生产的BF 2T 型浮选机是一种高效的分选设备, 其先进的技术