水泥水玻璃注浆的化学原理

1水泥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・nSiO2+mH2O→Ca・nSiO2・mH2O+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・SiO2+nH2O=2CaO・SiO2・(n-1)H2O+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。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。

2 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(39～814Be′)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:①过稀的水玻璃的浓度达不到加速水泥固结的目的;②水玻璃浓度的变化对水泥的初

凝速度影响不大;③在一定水玻璃浓度范围内,水泥的凝胶时间变化不大;④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。

从图2(a)中可以看出,水泥浆与水玻璃体积比为1∶1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1∶0175和1∶0150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

根据以上分析及要求,综合考虑,取水灰比为1∶1,水玻璃浓度为16Be′,水泥浆与水玻璃体积比为1∶0125,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,所采用注浆参数是最优的选择。

3 确定合理参数在实际工程中选择注浆参数有以下要求:①保证工程质量;②尽量节省工程材料;③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。

4 结语(1)本资料只提供参考，不负任何责任。