水泥、水玻璃性能

水泥浆水玻璃
水泥浆的功能是固井。

功能分析试剂。

防火剂。

黏合剂。

水泥浆由水、水泥、外加剂和外掺料组成。

性能
特点
无色正交双锥结晶或白色至灰白色块状物或粉末。

能风化。

在100℃时失去6分子结晶水。

易溶于水，溶于稀氢氧化钠溶液，不
1.固定和保护套管：钻井过程中所下的套管，都必须通过固井作业将它固定起来。

套管外的水泥石可减少地层对套管的挤压
2.保护高压油气层：当钻遇高压油气层时，易发生井喷事
故，要提高钻井液密度以平衡地层压力，钻完高压油气层后，必须下套管固井，将高压油气层保护起来。

3.封隔严重漏失层和其他复杂层：当钻遇严重漏失层时，可采取降低钻井液密度和（或）加堵漏材料的方法钻井，用途
A、涂刷材料表面，提高其抗风化能力
B、加固土
C、配制速凝防水剂。

D、修补砖墙裂缝
加
固
土
将水玻璃与氯化钙溶液交替注入土壤中，两种溶液迅速反应生
成硅胶和硅酸钙凝胶，起到胶结和填充孔隙的作用，使土壤的
强度和承载能力提高。

常用于粉土、砂土和填土的地基加固，速
凝
防
水玻璃可与多种矾配制成速凝防水剂，用于堵漏、填缝等局部
抢修。

这种多矾防水剂的凝结速度很快，一般为几分钟，其中
四矾防水剂不超过1min，故工地上使用时必须做到即配即用。

水泥、水玻璃双液浆是以水泥和水玻璃作为灌浆材料的主剂，按要求的比例同时注入双液混合器内使其充分混合形成双液浆。

这种双液浆具有价格便宜、无毒、凝结时间短、速度快、结石强度高等特点，不仅具有水泥浆液的优点，而且还有化学浆液的一些特性，凝结时间可以从几秒钟到几十分钟任意调节，灌后结石率可达100％，可灌性比纯水泥浆明显提高。

浆液中水玻璃含量与凝结时间关系，水玻璃的掺入量一般在水泥浆体积的25％一60％之间时，凝结时间较短、变化平缓。

水泥、水玻璃双浆液试验成果表明，水泥、水玻璃双浆液的凝结时间呈以下规律：
(1)水玻璃模数较大时，SiO2含量高，凝结时间短，结石强度高；水玻璃模数较小时，SiO2含量低，凝结时间相对较长，结石强度较低。

(2)其它条件相同时，随水泥浆浓度的增加，凝结时间缩短。

(3)其他条件相同，水玻璃浓度为30°～50°Be′时，水玻璃浓度减小，凝结时问缩短。

(4)其他条件相同时，水玻璃与水泥的体积比在0．3：1～1：1范围内时，水玻璃用量较少，凝结时间较短。

水玻璃酸碱性对双浆液的影响
水玻璃化学灌浆材料大致分为在碱性区域凝胶化的碱类浆材和中性一酸性区域凝胶化非碱类浆材(即所谓的碱性水玻璃和酸性水玻璃)。

碱性水玻璃浆液的主要缺点是凝胶体有脱水收缩和腐蚀现象(主要是因为发生SiO2的溶脱现象)，其耐久性较差并对环境有污染。

酸性水玻璃可在中性区域内凝胶，凝胶体没有碱溶出，不存在碱性水玻璃的腐蚀现象和环境污染问题，耐久性较好。

双浆液结石的强度问题
试验表明，水泥、水玻璃双浆液结石的抗压强度主要取决于水泥浆液的水灰比，并与水玻璃溶液的浓度、水玻璃与水泥浆液的比例有关系。

(1)水泥浆浓度的影响。

水灰比越小，结石的抗压强度越高。

(2)水玻璃溶液浓度的影响。

水玻璃溶液的浓度对结石的抗压强度影响较为复杂，当水灰比较小时，随着水玻璃浓度的增加，不同龄期结石的抗压强度均提高(现场施工中水灰比一般为0．6)；当水灰比较大时，则随着水玻璃溶
液浓度的增加，不同龄期结石的抗压强度均出现不同程度的降低；当水泥处于中间状态时(如水灰比为1)，则规律性较差。

水玻璃溶液的浓度对结石早期及后期强度影响不同，结石早期强度随水玻璃溶液浓度的增加而增大，而后期强度则是水玻璃溶液浓度越小抗压强度越高。

(3)水玻璃与水泥体积比(s／c)的影响。

水泥与水玻璃进行化学反应时，要有一个合适的比例，在这个比例时，反应可以完全，结石强度最高。

当水泥浆水灰比较大时(W／C=1)，S／C越小，结石强度越高；当水泥浆水灰比较小时，适中的s／c(S／C=0．4—0．6)，结石强度更高。

一般认为，使用较浓的水泥浆(W／C较小)，水玻璃用量也相应较多；使用较稀的水泥浆时(W／C较大)，则应使用较少的水玻璃。

S／C对双浆液结石早期强度及早期强度的增加影响较为明显，S／C越小，浆液结石的早期强度越高，强度增长越快。

根据上述试验结果，在锦屏辅助洞涌水封堵灌浆过程中，选择水玻璃掺人量为水泥浆体积的30％开展现场灌浆生产性试验，效果得到验证。

水泥、水玻璃双浆液拌制
水泥浆液采用ZJ一400型立式高速耐磨搅拌机拌制，然后输送到立式双桶储浆搅拌机内。

水玻璃直接倒入储浆桶中。

两种浆液均采用3SNS型灌浆泵或BW200／40灌浆泵直接泵入。

不同的是输送水玻璃的灌浆泵上安装带控制阀的回浆管，以控制两种浆液的配比。

5灌浆管路连接及浆液控制
双液灌浆中的浆液变换：双浆液的凝结时间也可通过调节水灰比、水玻璃浓度及水泥浆与水玻璃比例来调节。

双液灌浆管路连接：可以在孔口混合，也可在孔底混合。

孔口浆液混合器安装于灌浆孔口，每个灌浆管路均安装了自制的高压逆止阀，以防止浆液倒流堵塞灌浆管路。

施工过程中，为防止因瞬时高压造成事故，针对可能超压灌浆的特殊情况(>10MPa)，采取在泵前安装自制的高压卸压安全阀的措施，取得了满意的效果。

孔底混合是通过孔底混合双液塞实现的。

灌浆时两种浆液(水泥和
水玻璃)分别从塞子内管和外管进入孔底以充分混合，而灌浆过程中所
使用的外管与内管是可拆卸的。

在施工过程中，取得了两种浆液以
60～70L／min的速度快速注入的正常数据。

相关的管路连接见图2
所示。

根据不同的孔深，采用不同长度的双液灌浆塞。

这给施工带来
了极大的方便。

双液灌浆控制：堵漏灌浆最重要的是凝结速度和结石强度，因此
需准确控制浆液配比及凝结时间。

主要措施是严格控制两种浆液的配比，特别是水玻璃的注入量，施工过程中采用回浆管控制流量的方法得到解决。

浆液的结束标准
所有裂隙、岩溶管道型渗水环境涌水封堵灌浆结束标准：采用在设计压力下，当吸浆量小于10L／min时，继续灌注10min结束该段灌浆。

2．7特殊情况处理
(1)灌浆过程中遇断层、岩脉、溶洞等异常区时，应加强异常区可能连通部位的观测，为节省浆液用量，当发现跑、冒、串、漏浆现象必须及时封堵处理后方可恢复灌浆。

(2)灌浆工作必须连续进行，若因故中断，必须马上处理，尽早恢复灌浆。

如果中断超过30min，则应进行钻孔冲洗，如冲洗无效，则应扫孔。

恢复灌浆时使用开灌比级的水泥浆进行灌注，如注入率为中断前的90％以上，即可采用中断前水泥浆的比级继续灌注，如注入率为中断前的70％～90％，逐级加浓浆液继续灌注，如注入率小于中断前的70％，且在短时间内停止吸浆，则该段灌浆应视为不合格。

(3)灌浆施工过程中发现冒浆、漏浆时，根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、降低压力、加浓浆液、限流、限量、
间歇等方法进行处理。

若漏的是水或稀浆时可继续灌注；若漏的是浓浆时降低压力，直至漏浆停止，逐渐升压至原来压力继续灌注。

如降压无效再变浓水灰比灌注，如降压和变浓均无效，且漏浆量接近注入量，停止灌注进行待凝，待凝时间24h。

如恢复灌浆后吸浆量接近于零或停止吸浆时，此段作为不合格孔段，视情况进行处理。

对间歇灌浆时间超过30min的孔段，采取重新扫孔、重复灌注的方法处理。

若遇串浆情况，采用封堵被串孔进行处理。

8封孔
(1)全孔灌浆工作完成后及时封孔。

封孔前排除孔内稀浆，将孔内污物冲洗干净。

隧洞腰线以上部位的灌浆孔采用“全孔灌浆封孔法”封孔，腰线以下部位根据现场实际情况，灵活采用封堵方法。

(2)封孔压力不小于3MPa，时间不小于30min，孔口压摸齐平。

(3)封孔材料采用掺轻烧MgO(掺量4％与水泥重量比)的高抗渗性水泥浆，强度等级M25，水泥浆的水灰比不大于0．5：1。

(4)对孔口以下10～15cm深的孔段用抗压强度不小于40MPa的环氧砂浆抹平。

3水泥、水玻璃双浆液堵漏灌浆效果
与纯水泥浆灌浆不同，双浆液灌浆施工工艺略显繁琐。

对压力大、流量也较大的涌水点或施工段采用纯水泥浆进行封堵时，因水泥浆凝结速度较慢，被水稀释或随水流走，导致灌浆效果不显著。

采用水泥、水玻璃双浆液进行封堵，
可以通过调节水泥浆与水玻璃的配比来控制浆液的凝结速度，从而达到良好的封堵效果。

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