岩土加固技术教学10岩土注浆加固材料

10岩土注浆加固材料

2024/11/6210岩土注浆加固材料10.1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。10.2注浆浆液的基本性能参数密度、浓度、PH值、粘度、胶凝时间、可注性和渗透性、毒性及腐蚀性、固结体。10.3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、高水速凝材料。10.4有机系注浆材料丙稀酰胺类、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。2024/11/6310.1注浆材料概述岩土注浆的实质：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，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。因此，浆液材料的类型与特性对岩土体的加固效果起着关键性的作用。2024/11/6410.1注浆材料概述一般对理想浆液的要求是：初始粘度低、流动性好，可注性强，能渗透到细小的裂隙或孔隙内。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。稳定性好，在常温、常压下较长时间存放不改变其基本性质，存放不受温度、湿度变化的影响。无毒、无臭，不污染环境，对人体无害，属非易燃和易爆品。对注浆设备、管道、混凝土结构物等无腐蚀性，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粘结力。结石体具有一定的抗压、抗拉强度，抗渗、抗冲刷及耐老化好。材料来源丰富，价格便宜。配制方便，操作简单。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情况选用。2024/11/6510.1注浆材料概述注浆工程中所用的材料：由主剂（原材料）、溶剂（水或其它溶剂）及外加剂混合而成。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材料，大体上可分为无机系和有机系两大类。无机系注浆材料：包括单液水泥类、水泥-水玻璃类、粘土类、水玻璃类、水泥粘土类等；有机系注浆材料：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。日常使用中，一般又将浆液分为水泥浆材和化学浆材。2024/11/6610.1注浆材料概述水泥浆材：结石体强度高，造价低廉，材料来源丰富，配制方便，操作简单。但普通水泥颗粒较大，一般只能注入到直径或宽度大于0.2mm的孔隙或裂隙中。化学浆材：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。2024/11/6710.1注浆材料概述国内外可用于各种注浆的浆材品种达百余种以上。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。2024/11/6810.2注浆浆液的基本性能参数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。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。因此必须了解浆液的基本性质：浆液密度与重度浆液浓度浆液pH值浆液粘度浆液凝胶时间浆液注入能力与渗透性浸出液分析浆液固结体性质2024/11/6910.2注浆浆液的基本性能参数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，即浆液的重度为2024/11/61010.2注浆浆液的基本性能参数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浓度、水灰比、波美度等。一般浆液浓度可用百分比浓度来表示，表达式为

（溶质质量/浆液质量）×100％水泥浆液可用水灰比来反映浆液浓度，表达式为

水泥浆液水灰比与密度有以下关系

而水玻璃浓度可用波美度ºBe′表示

2024/11/61110.2注浆浆液的基本性能参数测定浆液密度时，最好在该浆液的所有成分混合后，形成凝胶之前测定完毕。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。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。2024/11/61210.2注浆浆液的基本性能参数浆液pH值浆液酸碱度用pH值表示。浆液pH值等于浆液中氢离子浓度（摩尔浓度）的负对数值，即pH＝-lgH+为测定pH值所使用的试剂称为pH值指示剂，指示剂在pH值超过一定值范围时发生变色。而为测定pH值使用的试纸称pH试纸，在纸上染有指示剂的颜色。2024/11/61310.2注浆浆液的基本性能参数浆液的粘度粘度是度量流体粘滞性大小的物理量。浆液粘度是指浆液所有成分混合后的初始粘度。对理想浆液的粘度要求：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、流量等参数的确定，从而影响到注浆效果。测定浆液粘度可采用斯托默旋转式粘度计等。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•秒（Pa•s）表示。2024/11/614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15～140s常用ZNN型泥浆粘度计水泥－水玻璃类15～140s化学浆材水玻璃类（3～4）×10-3

Pa﹒s使用旋转式粘度计或落球式粘度计丙稀酰胺类1.2×10-3

Pa﹒s铬木素类（3～4）×10-3

Pa﹒s脲醛树脂类（5～6）×10-3

Pa﹒s聚氨酯类（十几～几百）×10-3

Pa﹒s糠醛树脂类<2×10-3

Pa﹒s环氧树脂类>6×10-3

Pa﹒s2024/11/6152024/11/61610.2注浆浆液的基本性能参数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，到浆液失去流动性止所经过的时间，可分为初凝时间和终凝时间。凝胶时间除与参加反应的成分有关外，还受浆液配比、浓度、催化剂、溶剂、水的pH值以及温度的影响。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调节和控制。2024/11/61710.2注浆浆液的基本性能参数测定浆液的凝胶时间方法有：粘度计法和倒杯法。粘度计法：适用于凝胶时间大于3min的溶液型材料。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。测定方法是：首先用量简量取A液（主液）与B液（固化剂），分别置入烧杯中，然后把A液倒入装有B液的烧杯中，立即把A、B混合液再倒入A液的烧杯中，重复交替混合A、B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。水泥浆液的凝胶时间又可称为凝结时间。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。2024/11/618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12～24h

铬木素类十几秒～十几分钟水泥加外加剂6～15h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2024/11/61910.2注浆浆液的基本性能参数浆液的注入能力与渗透性浆液注入能力是指：浆液注入裂隙或土体的难易程度。水泥类颗粒性浆材的注入能力主要由浆液的流动性、稳定性和颗粒粒径等因素决定；化学浆液则主要由浆液的流动性决定。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。固结体渗透系数是指：浆液固化后结石体透水性的高低，固结体的渗透系数越小，防渗性能越好。2024/11/620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10-4常用注浆材料的渗透性2024/11/621表10-5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10-1～10-3

铬木素类10-3～10-5水泥-水玻璃10-2～10-3脲醛树脂类10-3～10-4水玻璃类10-2聚氨酯类10-4～10-6丙稀酰胺类10-5～10-6糠醛树脂类10-4～10-52024/11/62210.2注浆浆液的基本性能参数浸出液分析有些化学浆液或其固结体的浸出液具有毒性或腐蚀性，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500ml清水中，浸泡3d、7d、28d后测定其有害离子含量。2024/11/62310.2注浆浆液的基本性能参数浆液固结体的性质水泥类浆液凝结后的固结体称为结石体，化学浆液胶凝后形成的固结体称为凝胶体。浆液结石（凝胶）率及析水率浆液结石（凝胶）体积与浆液体积之比称为结石（凝胶）率，即对于悬浊浆液，浆液静止24h后，析出水的体积与原浆液体积之比称为浆液的自由析水率，即2024/11/62410.2注浆浆液的基本性能参数浆液固结体的强度对水泥类悬浊浆液，可用纯浆液固结体试件进行强度试验，而对化学浆液则常在实验室内用标准砂注浆制成凝胶体试件，然后再进行强度试验。强度试验包括：抗压强度、抗折或抗剪强度和抗拉强度试验。抗挤出强度：是化学浆液凝胶体承受水头压力的能力。2024/11/62510.2注浆浆液的基本性能参数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压保护装置组成。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0.1MPa，稳定10min，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。试验规定要对不同直径结石体进行100、200、300mm三种长度试验，以此获得结石体长度、直径和抗挤出强度间的一般规律。2024/11/62610.2注浆浆液的基本性能参数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，可使固结体发生崩解风化。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件下养护后进行测定，它反映了最常见的不理想的条件。2024/11/62710.3

无机系注浆材料

10.3.1单液水泥类浆液10.3.2水泥粘土类浆液10.3.3水泥-水玻璃类浆液10.3.4水玻璃类浆液10.3.5高水速凝材料2024/11/62810.3.1单液水泥类浆液单液水泥类浆液：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。注浆工程中最常用的是普通硅酸盐水泥，也采用矿渣水泥、火山灰水泥等，但通常要求水灰比不大于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。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。2024/11/629表10-6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3d7d14d28d0.5:11391.86997h41min12h36min4.146.4615.322.00.75:1331.629710h47min20h33min2.432.605.5411.21:1181.498514h56min24h27min2.002.402.428.901.5:1171.376716h52min34h47min2.042.331.782.222:1161.305617h7min48h15min1.662.562.102.802024/11/63010.3.1单液水泥类浆液掺入膨润土或高塑性粘土、析水率≯5％的水泥浆液常称为稳定浆液。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混合浆液。对塑性屈服强度大于20Pa的混合浆液则称为膏状浆液。制浆材料一般采用重量称量。现场制浆时，要求加料准确，并注意加料顺序，即先往搅拌机中放入规定量的水，然后再加入水泥搅拌均匀后再加入附加剂。浆液的搅拌时间：使用普通搅拌机时不少于3min，使用高速搅拌机时不少于3s，搅拌时间大于4h的浆液应废弃。任何季节注浆浆液的温度应保持在5～40℃之间。2024/11/63110.3.1单液水泥类浆液单一水泥浆优点：材料来源丰富、价格低廉、结石体强度高、抗渗性能好、单一注入方式、工艺简单、操作方便等，是应用最多的一种材料。单一水泥浆缺点：由于水泥是颗粒性材料，可注性较差，难以注入中细砂、粉砂层和细小的裂隙岩层；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、结石率低、稳定性较差等缺点，所以应用范围有一定局限性。国内外在改善水泥浆性能方面做了大量工作，其中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。2024/11/63210.3.1单液水泥类浆液超细水泥：由极细的水泥浆颗粒组成，其平均粒径为4μm，最大粒径约10μm，比表面积在8000cm2/g以上。超细水泥浆液具有很好的可注性，能注入渗透系数为10-3～10-4cm/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。应用途径：（1）超细水泥的直接应用——必须加外加剂

（2）水泥浆液与外加剂的再加工——湿式球磨2024/11/6332024/11/6342024/11/635SMGC1250（D90）超细水泥：以球形颗粒为主，可有效封堵小于10μm以下缝隙，粒径最小可达1.5μm，比表面积达1500m2/kg。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著提高。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。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果。2024/11/63610.3.2水泥粘土类浆液

粘土粒径极小（0.005mm），而比表面积较大，遇水具有胶体化学特性。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，最常见的是高岭石、伊利石、蒙脱石。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。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。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2.75t/m3。2024/11/637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1002：245：2920.30.75:110651.68995：159：382.936.965.121:110211.56917：2414：101.684.552.881.5:110171.43798：1220：151.562.793.302:110161.32589：1630：241.251.582.520.75:115711.70998：500.402.402.951:115231.62954：3514：131.301.562.181.5:115191.51606：2024：50.850.971.402:115161.34607：4529：160.731.132.242024/11/63810.3.2水泥粘土类浆液

从上表可以看出：水泥浆掺入粘土后可使浆液结石率提高；还可改善水泥分层离析程度，从而改善浆液的可注性；但掺入粘土过多，会使结石体抗压强度降低，凝结时间延长。作为加固注浆时，粘土掺量不宜过多，一般掺量为5％～15％。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。2024/11/63910.3.3

水泥-水玻璃类浆液

水泥—水玻璃浆液：亦称CS浆液，以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定比例采用双液方式注入，必要时加入速凝剂或缓凝剂等。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：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。2024/11/640（1）水玻璃水玻璃是氧化钠（Na2O）与无水二氧化硅（SiO2）以各种比例结合的化合物，其分子式为Na2O·nSiO2。水泥浆中加入水玻璃有两个作用，—是作为速凝剂使用，掺量较少，一般约占水泥重量的3～5％；另一个作用是作为主材料使用，掺量较多。注浆用水玻璃对其模数和浓度有一定的要求。模数M是描述水玻璃性能的一个重要参数，其定义为水玻璃模数的大小对注浆影响很大。模数小，二氧化硅含量低，凝结时间长，结石体强度低；模数大，二氧化硅含量高，凝结时间短，结石体强度高。模数过大过小都不利。要求水玻璃的模数在2.4～3.4较合适。2024/11/641（1）水玻璃水玻璃浓度以波美度ºBe′表示。波美度与密度有如下关系

水玻璃出厂浓度一般为50～56ºBe′，而注浆使用的范围为30～45ºBe′，其浓度变换可用下式计算：2024/11/642（2）水泥-水玻璃浆液的性能根据工程的实际需要，这类浆液一般用于加固和堵水注浆。对于堵水，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。对于加固地基，则要求浆液具有足够的抗压强度。现分别讨论如下：凝胶时间抗压强度浆液配制水泥-水玻璃浆液特点2024/11/643（2）水泥-水玻璃浆液的性能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）、水玻璃与水泥浆的体积比等因素的变化而变化。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。总的说来：水泥浆越浓，反应越快；水玻璃越稀，反应越快。2024/11/644（2）水泥-水玻璃浆液的性能抗压强度决定水泥-水玻璃浆液抗压强度的主要因素是水泥浆浓度（水灰比）。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表10-9。2024/11/645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）7d14d28d350.5:11:117.420.220.2350.75:11:114.413.214.8351:11:17.39.510.4351.25:11:13.24.05.8351.5:11:11.22.02.8400.5:11:120.424.424.8400.75:11:111.617.718.5401:11:14.410.611.3401.25:11:10.94.49.0401.5:11:10.50.92.3450.5:11:124.525.025.8450.75:11:18.216.919.2451:11:12.96.911.3451.25:11:10.52.65.8451.5:11:10.30.60.82024/11/646（2）水泥-水玻璃浆液的性能水泥浆浓度较大时，随着水玻璃浓度的增加，抗压强度提高；水泥浆浓度较小时，随着水玻璃浓度的增加，抗压强度降低。但当水泥浆浓度处于中间状态时，则其抗压强度变化不大。水泥浆与水玻璃体积比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1﹕0.4～0.6时，其抗压强度最高，说明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。实际上，浓水泥浆需要浓水玻璃；稀水泥浆需要稀水玻璃，水玻璃过量对其抗压强度将产生不良影响。2024/11/647（2）水泥-水玻璃浆液的性能综合考虑凝胶时间、抗压强度、施工及造价等因素，水泥-水玻璃浆液的常用配方为：水泥为42.5或52.5级普通硅酸盐水泥水灰比为0.8﹕1～1﹕1水泥浆与水玻璃的体积比为1﹕（0.5～0.8）水玻璃模数为2.4～3.4，浓度为（35～40）ºBe´。2024/11/648（2）水泥-水玻璃浆液的性能浆液的配制水泥-水玻璃浆液的组成及配制方法见表10-10。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5min，放置时间不宜超过30min。2024/11/649（2）水泥-水玻璃浆液的性能水泥-水玻璃浆液的特点水泥-水玻璃浆液的凝胶时间可控制在几秒至几十分钟范围内；结石体抗压强度较高，可达10～20MPa；结石率可达100％；结石体渗透系数为10-3cm/s；可用于裂隙为0.2mm以上的岩体或粒径为1.0mm以上的砂层；材料来源丰富，价格较低；对环境及地下水无毒性污染，但有NaOH溶出，对皮肤有腐蚀性；结石体易粉化，有碱溶出，化学结构不够稳定。2024/11/650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5～20MPa水玻璃模数：2.4～3.4；浓度：(30～45)ºBe´主剂0.5～1氢氧化钙工业品速凝剂0.05～0.20磷酸氢二钠工业品缓凝剂0.01～0.032024/11/65110.3.4

水玻璃类浆液水玻璃类浆液：是以水玻璃为主剂，加入胶凝剂，反应后生成凝胶。因其材料来源广、价格便宜，对环境无害而被广泛采用。它可用于单一浆液灌注，也可作为水泥注浆的速凝剂使用。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。2024/11/65210.3.4

水玻璃类浆液几种性能较好的水玻璃类浆液。（1）水玻璃-氯化钙浆液（2）水玻璃-铝酸钠浆液（3）水玻璃-氟硅酸浆液（4）水玻璃-乙二醛浆液（5）酸性水玻璃浆液2024/11/65310.3.4

水玻璃类浆液（1）水玻璃-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二氧化硅胶体，与土颗粒一起形成整体，起到防渗和加固的作用。这种浆液主要用于地基加固或无粘性土的堵水。加固每立方米土体所需浆液视土体孔隙率而定。加固后地基承载力：砂土为1500～3000kPa粉砂约为500kPa粘性土约为800kPa2024/11/65410.3.4

水玻璃类浆液注浆方法水玻璃-氯化钙浆液可用一根管交替注人，但在换液前必须清洗管路；也可用双管注入，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。另可为两根注浆管通直流电，该法称为电动硅化法，可以提高浆液的扩散能力。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，因此，注浆效果受操作技术及施工经验影响较大。2024/11/65510.3.4

水玻璃类浆液水玻璃-铝酸钠浆液水玻璃与铝酸钠在地基中反应而生成的凝胶物—硅胶和硅酸铝盐可以胶结土颗粒。其反应方程式为3Na2O·SiO2+2NaAlO2→Al(SiO3)2+4Na2O主要用于堵水或加固地基。改变水玻璃模数、浓度、铝酸钠含铝量可调节凝胶时间。水玻璃模数越高，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。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。2024/11/65610.3.4

水玻璃类浆液水玻璃-氟硅酸浆液氟硅酸（H2SiF6）水溶液无色、呈强酸性、能侵蚀玻璃，需保存于塑料容器中。浆液的凝胶时间主要受水玻璃、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。固结体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体积注入，氟硅酸不足部分可加水补充。2024/11/65710.3.4

水玻璃类浆液水玻璃-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，因而使用上受到了影响。2024/11/658表10-11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:43-45Be´45%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:30-32Be´55%水玻璃-铝酸钠浆液水玻璃模数:2.3-2.4浓度:40Be´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浓度:30-45Be´1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:43-45Be´1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%0-0.022024/11/65910.3.4

水玻璃类浆液胶凝剂的品种较多，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注入，所以称双液注浆法；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，所以称为单液注浆法。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，但单液法的凝胶强度一般比双液法低。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。2024/11/66010.3.4

水玻璃类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化法和离子交换法两类。因离子交换法操作比较困难，工程中一般不采用，酸化法又分直接法和间接法两种，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弱酸性或中性范围内发生胶凝。在酸化过程中，必须保持pH值不大于2，因为这时它的稳定性最高，不易自凝。2024/11/66110.3.4

水玻璃类浆液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，还可通过降低水玻璃溶液中的Na2O含量得到高模数的酸性水玻璃。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，这种浆液可在中性或微酸性范围内凝胶；又因为生成水溶性盐的钠离子大部分已被脱去，这就减少了它在土体中的溶出，相应地增加了固结体的耐久性，降低了污染的程度。该浆液的主要性能如下：

粘度：5mPa.s；

凝胶时间：从瞬时至30min内任意调整；

固砂体抗压强度：0.39～0.59MPa；

耐久性试验：固砂体在水中浸泡其强度不降低。2024/11/66210.3.4

水玻璃类浆液水玻璃类浆液除了上述几种浆液外，还有水玻璃-磷酸类、水玻璃—草酸硫酸铝类、水玻璃-二氧化碳类、水玻璃-有机胶凝剂类等。由于水玻璃来源丰富，价格较低，污染较小，加之各种固化剂的不断出现，使水玻璃类浆液性能不断改进。但在应用水玻璃时应注意以下几点：1）浆液凝胶后能释放出一定量的自由钠离子，它虽无毒，但对地下水有污染；2）由于硅胶具有粘塑性质，注浆后承受长期荷载时，其强度有所降低，因此，当用水玻璃类浆液加固砂土时，应充分考虑加固体的蠕变特性；3）酸性水玻璃浆液在含水量较高的土质中使用时，pH值容易受到地下水稀释的影响，其结果是较难把握准确的凝胶时间。2024/11/6632024/11/66410.3.5高水速凝材料高水速凝材料是选用铝矾土、石灰和石膏为主要原料，配以多种无机原料和附加剂，经磨细、均化等工艺配制成甲、乙两种粉料的水硬性胶结材料。是一种具有独特性能的新型材料，其主要技术特征如下：由甲乙两种固体粉料组成。具有高含水性，其水和固体粉料体积比高达6.7:1.0～9.0:1.0，重量水固比（即水灰比）为2.2:1～2.57:1。具有可注性。甲乙两种固体粉料与水搅拌制成的甲乙两种浆液，单独放置可达24小时以上不凝固、不结底，流动性好，适应于远距离输送。具有速凝性。甲乙两种浆液混合后30分钟之内即可凝结成固体。强度性能。甲乙两种材料浆液混合后开始凝固，1h抗压强度达0.5～1.0MPa，2h强度达2.0MPa，一天达4.0MPa，7天以后达5.0MPa以上。无毒、无害、无腐蚀。酸碱性：甲料的pH为9～10，为弱碱性；乙料的pH为11～12，为碱性。高水材料所形成的结石体早期破坏后还具有重结晶恢复强度的特性。2024/11/66510.3.5

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，高水速凝材料不仅在采矿工程中的巷道支护、釆空区充填、壁后充填支护、锚喷支护等工程中得到广泛使用，而且在地下工程与地基的加固、注浆堵漏及建筑、水利、公路等工程领域也有广泛的应用前景。粉煤灰高水胶结固化剂：用于矿山井下沿空留巷、充填开采；初凝时间可按照要求进行调整；28天单向抗压强度可达到20MPa左右。2024/11/6662024/11/667表10-12高水速凝材料力学性能试验结果编号水灰比胶结料用量（kg/m3）水用量（kg/m3）胶凝时间（min）单轴抗压强度（MPa）2h24h7d28d10.8873698714.419.021.0744744810.215.831.264777688.4014.041.5542813104.489.1452.0426850123.336.267.928.7062.25385866142.424.746.197.0872.5352880162.053.975.085.44注：试件养护温度为20℃2024/11/66810.4有机系注浆材料有机系注浆材料的品种很多，包括丙烯酰胺类、木质素类、聚氨脂类、脲醛树脂类、不饱和聚脂类、热沥青类、环氧树脂类等。10.4.1丙烯酰胺类浆液10.4.2木质素类浆液10.4.3聚氨酯类浆液*10.4.4脲醛树脂类浆液*10.4.5其它有机类注浆材料（1）环氧树脂类浆液*（2）糠醛树脂类浆液（3）甲凝浆液（4）丙强浆液（5）聚酯树脂类浆液*2024/11/66910.4.1丙烯酰胺类浆液丙烯酰胺类浆液，国内简称丙凝浆液，也称为MG646、ZH-656或TKH946，国外称为AM-9或日本-SS。它是以有机化合物丙烯酰胺为主剂，配合其它药剂而制成的浆液。其粘滞性与水接近，且凝结前维持基本不变，以水溶液状态注入土中，发生聚合反应后形成具有弹性的、不溶于水的聚合物。2024/11/670表10-13丙凝浆液的组成、配方及性能体系原料名称简称分子式作用配方（wt%）主要性能粘度/mPa.s凝胶时间强度(MPa)甲液丙稀酰胺AAMCH2=CHCONH2主剂9.51.2十几秒～几十分钟0.4～0.6N-N´-亚甲基双丙稀酰胺MBAM(CH2=CHCONH)2CH2交联剂0.5β-二甲氨基丙腈DMAPN(CH3)2NCH2CH2CN还原剂0.3～1.2硫酸亚铁FeFeSO4•7H2O还原剂0～0.16铁氯化钾KFeK3Fe(CN)6缓凝剂0～0.05乙液过硫酸铵AP(NH4)2S2O3氧化剂0.3～1.2注：甲、乙液等体积注入；配方其余部分为水；MBAM应选用温水溶解，后加入AAM。2024/11/67110.4.1丙烯酰胺类浆液1980年美国研制成AC-400浆材，以10％丙烯酸盐水溶液为主剂，毒性比丙烯酰胺浆液低。1982年中国水科院研制成AC-MS，其毒性仅为上述浆材1％左右。丙烯酰胺类浆液及凝胶体的特点有以下几方面：浆液粘度小，与水接近，常温标准浓度下为1.2×10-3Pa.s，具有良好可注性。凝胶时间可准确地控制在几秒至几十分钟之间，且凝胶是在瞬间发生并在几分钟之内就达到其极限强度，聚合体体积为浆液体积的100％。凝胶体抗渗性好，其渗透系数为10-9～10-10cm/s。凝胶体抗压强度较低，约0.2～0.6MPa，一般不受配方影响，在较大裂隙内的凝胶体易被挤出，因此，仅适用于防渗注浆。丙凝浆液及凝胶体耐久性较差，且具有一定的毒性，对神经系统有毒害，对空气和地下水有污染。丙烯酰胺浆液价格较贵，材料来源也较少。丙凝浆液与铁质易起化学作用，具腐蚀性，凡浆液所流经的部件均宜采用不与浆液发生化学作用的材料制成。2024/11/67210.4.2木质素类浆液木质素类浆液：是以纸浆废液为主剂，加入一定量固化剂所组成的浆液。为了加快凝胶速度和提高结石体抗压强度，往往加入促进剂。木质素类浆液包括铬木素和硫木素两种浆液。铬木素浆液的固化剂是重铬酸钠，由于重铬酸钠的毒性较大（饮水中允许含量＜0.05mg/L），因此，这种浆材难以大规模使用。硫木素浆液是在铬木素浆液的基础上发展起来的，是采用过硫酸铵完全代替重铬酸钠，使之成为低毒、无毒的木质素浆液，这是一种很有发展前途的注浆材料。硫木素浆液配方及主要性能见表10-14。（杜嘉鸿，王和.无毒浆材——硫木素配方的研究.有色金属(矿山部分)，1978/03）2024/11/673表10-14硫木素浆液配方及主要性能组成材料材料性状及规格配比用途基本性能纸浆废液黑色粘液，固体物含量40％50mL主剂1.凝胶时间可控制在几十秒至几十分钟范围内；2.粘度为4×10-3Pa.s；3.其固砂体强度为0.5MPa左右过硫酸铵白色粉末，化学纯或工业品7g固化剂氯化锌白色粉末，浓度0.5g/mL4mL催化剂氯化铵白色结晶，浓度0.2g/mL16mL催化剂氯化铜绿色结晶，浓度0.1g/mL2～3mL催化剂氨水无色透明液体，含氨25%4mL催化剂水加至100mL溶剂2024/11/67410.4.3聚氨酯类浆液聚氨酯类浆液：采用多异氰酸酯和聚醚树脂等作为主要原材料，加入各种外加剂配制而成。浆液注入地层后与水发生反应生成聚氨酯泡沫体，起加固地基和防渗堵水作用。它可分为：非水溶性聚氨酯浆液（简称PM）水溶性聚氨酯浆液（简称SPM）2024/11/67510.4.3聚氨酯类浆液（1）非水溶性聚氨酯类浆液非水溶性聚氨酯类浆液（PM）只溶于有机溶剂，PM型浆液的配方变化较大。其预聚体（把主剂先合成为聚氨酯的低聚物）制备方法有热法和冷法两种：热法是将所需药品按一定比例称重后，放入搪瓷捅内搅拌并加热，待反应开始后停止加热，保持温度在100℃左右，反应1h即可。冷法是将所需药品按一定比例称量后，放入塑料桶内摇匀，将盖盖紧，如温度过高须用冷水冷却。热法适用于做大量预聚体，冷法适用于做小量预聚体。预聚体制成后，在注浆前加入发泡灵和丙酮，搅拌均匀，临注浆时再加入三乙胺。现在预聚体己有批量生产。2024/11/676表10-15PM型浆液组成及主要性能浆液原材料外观作用凝胶时间粘度/10-3Pa.s抗压强度/MPa甲苯二异氰酸酯（TDI）浅黄色液体，有刺激性臭味制成预聚体为主剂十几秒至几十分钟十几至几百6.0～10.0丙二醇聚醚（N-204）无色透明液体，无味丙三醇聚醚（N-303）浅棕色液体，无味邻苯二甲酸二丁酯（DBP）无色液体，无味