岩土加固技术教学岩土注浆加固材料.pptx

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1、2023/2/22110 岩土注浆加固材料岩土注浆加固材料10.1 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。10.2 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、毒性值、粘度、胶凝时间、可注性和渗透性、毒性及腐蚀性、固结体。及腐蚀性、固结体。10.3 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、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。高水速凝材料。10.4 有机系注浆材料有机

2、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、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。甲基丙烯酸甲酯类、丙烯酸盐类。第1页/共89页2023/2/22210.1 注浆材料概述注浆材料概述岩土注浆的实质：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。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

3、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对岩土体的加固效果起着关键性的作用。着关键性的作用。第2页/共89页2023/2/22310.1 注浆材料概述注浆材料概述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强，能渗透到细小的裂隙或孔隙内。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

4、。放不受温度、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。，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。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

5、述几项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。要求，注浆施工时应根据具体情况选用。第3页/共89页2023/2/22410.1 注浆材料概述注浆材料概述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，大体上可分为化的材料，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。无机系注浆材料：无机系注浆材料：包括单液水泥

6、类、水泥包括单液水泥类、水泥-水玻璃类、粘土水玻璃类、粘土类、水玻璃类、水泥粘土类等；类、水玻璃类、水泥粘土类等；有机系注浆材料：有机系注浆材料：包括丙稀酰胺类、木质素类、脲醛树脂包括丙稀酰胺类、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、聚氨酯类、聚乙烯醇类、甲基丙烯酸甲酯类、丙烯酸盐类等。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。第4页/共89页2023/2/22510.1 注浆材料概述注浆材料概述水泥浆材：水泥浆材：结石体强度高，造价低廉，材料来源丰富，配制方便，操作简结石体强度高，造价低廉，材料来源

7、丰富，配制方便，操作简单。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的孔隙或裂隙中。的孔隙或裂隙中。化学浆材：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。第5页/共89页2023/2/22610.1 注浆材料概述注浆材料概述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。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

8、注浆材料，且研制了一些新的浆液品种。第6页/共89页2023/2/22710.2 注浆浆液的基本性能参数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。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。达不到注浆目的。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

9、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第7页/共89页2023/2/22810.2 注浆浆液的基本性能参数注浆浆液的基本性能参数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第8页/共89页2023/2/22910.2 注浆浆液的基本性能参数注浆浆液的基本性能参数浆液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。分比浓度、水灰比、波美度等。一般浆液浓度可用一般浆液

10、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）100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 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 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 第9页/共89页2023/2/221010.2 注浆浆液的基本性能参数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。之前测定完毕。若凝胶时间太短，可对甲、乙液分别测定，然后按其在配若凝胶

11、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。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。围，这时需测出最大和最小值。第10页/共89页2023/2/221110.2 注浆浆液的基本性能参数注浆浆液的基本性能参数浆液浆液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（摩值等于浆液中氢离子浓度（摩尔浓度）的负对数值，即尔浓度）的负对数值，即 pH-lgH+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，

12、指示剂在，指示剂在pH值值超过一定值范围时发生变色。超过一定值范围时发生变色。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，在纸上染有指示剂的颜色。颜色。第11页/共89页2023/2/221210.2 注浆浆液的基本性能参数注浆浆液的基本性能参数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是指浆液所有成分混合后的初始粘度。分混合后的初始粘度。对理想浆液的对理想浆液的粘度要求粘度要求：初期粘度低，一旦凝胶则粘度急剧增大。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

13、散半径，同时也决定着注浆压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。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。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。第12页/共89页2023/2/2213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玻璃类15140s化学浆材水玻璃类（34）10-3P

14、as使用旋转式粘度计或落球式粘度计丙稀酰胺类1.210-3Pas铬木素类（34）10-3Pas脲醛树脂类（56）10-3Pas聚氨酯类（十几几百）10-3Pas糠醛树脂类610-3Pas第13页/共89页2023/2/2214第14页/共89页2023/2/221510.2 注浆浆液的基本性能参数注浆浆液的基本性能参数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，可分为浆液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。凝胶时间除与参加反应的成分有关外，还受

15、浆液配比、浓度、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、水的催化剂、溶剂、水的pH值以及温度的影响。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间应能准确地调节调节和和控制控制。第15页/共89页2023/2/221610.2 注浆浆液的基本性能参数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。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

16、料，凝胶时间从瞬时至几十分钟都能使适用于各种材料，凝胶时间从瞬时至几十分钟都能使用。用。测定方法测定方法是：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，立液的烧杯中，立即把即把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，直至浆液不再流动时或浆液呈现粘稠状为止，所经过时液，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。间即为凝胶时间。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

17、浆液的水化反应。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。缓慢，其凝结时间较长，可用试锥稠度仪测定。第16页/共89页2023/2/2217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第17页/共89页2023/2/221810.2 注浆浆液的基本性能参数注浆浆液的基本性能参数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

18、体的难易程度。是指：浆液注入裂隙或土体的难易程度。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、稳定稳定性性和和颗粒粒径颗粒粒径等因素决定；等因素决定；化学浆液化学浆液则主要由浆液的流动性则主要由浆液的流动性决定。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（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。距

19、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。体的渗透系数越小，防渗性能越好。第18页/共89页2023/2/2219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第19页/共89页2023/2/2220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

20、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10-510-6糠醛树脂类10-410-5第20页/共89页2023/2/222110.2 注浆浆液的基本性能参数注浆浆液的基本性能参数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，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，

21、因此，应进行这方面公害，这关系到注浆材料的取舍问题，因此，应进行这方面的试验。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清水中，浸泡清水中，浸泡3 d、7 d、28 d后测定其有害离子含量。后测定其有害离子含量。第21页/共89页2023/2/222210.2 注浆浆液的基本性能参数注浆浆液的基本性能参数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，化学浆液胶凝后形成的固结体称为的固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

22、析水率浆液结石（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）结石（凝胶）率率，即，即对于悬浊浆液，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后，析出水的体积与原浆液体积之比称为浆液的积之比称为浆液的自由析水率自由析水率，即，即第22页/共89页2023/2/222310.2 注浆浆液的基本性能参数注浆浆液的基本性能参数浆液固结体的强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对化学浆液则常在实验室内用标准砂注浆制成凝胶

23、体试件凝胶体试件，然，然后再进行强度试验。后再进行强度试验。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试验。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。第23页/共89页2023/2/222410.2 注浆浆液的基本性能参数注浆浆液的基本性能参数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。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首先将玻璃管内充满浆液，待浆液凝结后测定凝胶体

24、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，每加压压0.1 MPa，稳定，稳定10 min，直至管中固结体被挤出为止；挤，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。度。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。般规律。第24页/共89页2023/2/222510.2 注浆浆液的基

25、本性能参数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、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。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。等，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。透条件下养护后进行测定，它反映了最

26、常见的不理想的条件。第25页/共89页2023/2/222610.3 无机系注浆材料无机系注浆材料 10.3.1 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第26页/共89页2023/2/222710.3.1 单液水泥类浆液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，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。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注

27、浆工程中最常用的是普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥，也采用矿渣水泥、火，也采用矿渣水泥、火山灰水泥等，但通常要求山灰水泥等，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、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各

28、种附加剂附加剂。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。化剂、悬浮剂、加气剂、流动剂、减水剂等。第27页/共89页2023/2/2228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3d7d14d28d0.5:11391.86997h41min12h36min4.146.4615.322.00.75:1331.629710h47min20h33m

29、in2.432.605.5411.21:1181.498514h56min24h27min2.002.402.428.901.5:1171.376716h52min34h47min2.042.331.782.222:1161.305617h7min48h15min1.662.562.102.80第28页/共89页2023/2/222910.3.1 单液水泥类浆液单液水泥类浆液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。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、根据注浆工程需要，可在水泥浆中掺入细粒砂、粘性土、

30、粉煤灰、水玻璃等掺合料。掺入掺合料的水泥浆液常称为水玻璃等掺合料。掺入掺合料的水泥浆液常称为混合浆液混合浆液。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。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。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，使用高速搅拌机时不

31、少于时不少于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。任何季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。第29页/共89页2023/2/223010.3.1 单液水泥类浆液单液水泥类浆液单一水泥浆优点：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。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：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

32、注入中细砂、粉砂中细砂、粉砂层和细小的裂隙岩层；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、稳定性较差等长慢、结石率低、稳定性较差等缺点缺点，所以应用范围有一定局，所以应用范围有一定局限性。限性。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，其中超细超细水泥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。第30页/共89页2023/2/223110.3.1 单液水泥类浆液单液水泥类浆液超细水泥：超细水泥：由极细

33、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，最大粒径约径约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。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湿式球磨磨第31页/共89页2023/2/2232第32页/共8

34、9页2023/2/2233第33页/共89页2023/2/2234SMGC1250（D90）超细水泥：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1.5 m，比表面积达1500 m2/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。第34页/共89页2023/2/223510.3.2 水泥粘土类浆液水泥粘土类浆液 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），而比表面积较大，遇水具有

35、胶体化学特性。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，的粘土矿物，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。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。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。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，粘土颗粒水泥粘土浆：浓度一般按水泥、

36、粘土、水的质量比表示，粘土颗粒密度通常取为密度通常取为2.75 t/m3。第35页/共89页2023/2/2236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1.84992：425：5211.8513.2013.60.75:15401.65937：5013：14.056.967.947.891:15191.52878：3014：302.415.174.289.121.5:1516.51.376611：523：501.293.453.247.352:1515.81.2857

37、13：5351：521.252.582.587.850.5:110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.

38、34607：4529：160.731.132.24第36页/共89页2023/2/223710.3.2 水泥粘土类浆液水泥粘土类浆液 从上表可以看出：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；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。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、速凝剂等附加在水泥粘土

39、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。剂以改善浆液性能。第37页/共89页2023/2/223810.3.3 水泥水泥-水玻璃类浆液水玻璃类浆液 水泥水泥水玻璃浆液：亦称水玻璃浆液：亦称CS浆液，浆液，以水泥和水玻璃为主剂，两者以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定比例采用按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

40、围。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。采用这种混合型浆液可达到快速堵漏的目的。第38页/共89页2023/2/2239（1）水玻璃）水玻璃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）以各种比例结合的化合物，其分子式为的化合物，其分子式为Na2OnSiO2。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，使用，掺量较少，一般约占水泥重量的一般约占水泥重量的35；另一个作用是作

41、为；另一个作用是作为主材料主材料使用，掺量使用，掺量较多。较多。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是描述水玻璃是描述水玻璃性能的一个重要参数，其定义为性能的一个重要参数，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。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；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。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

42、。第39页/共89页2023/2/2240（1）水玻璃）水玻璃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 水玻璃出厂浓度一般为水玻璃出厂浓度一般为5056 Be，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：第40页/共89页2023/2/2241（2）水泥）水泥-水玻璃浆液的性能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。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，特别是水压较大、流速较快

43、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。浆液的凝结时间短，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。现分别讨论如下：现分别讨论如下：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第41页/共89页2023/2/2242（2）水泥）水泥-水玻璃浆液的性能水玻璃浆液的性能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

44、的变化而变化。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。越短。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。第42页/共89页2023/2/2243（2）水泥）水泥-水玻璃浆液的性能水玻璃浆液的性能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（水灰水玻璃浆液抗压强度的主要因素是水泥浆浓度（水灰比）。比

45、）。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。第43页/共89页2023/2/2244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）7d14d28d350.5:11:117.420.220.2350.75:11:114.413.214.8351:11:17.39.510.4351.25:11:13.24.05.8351.5:11:11.22.02.8400.5:11:120.424.4

46、24.8400.75:11:111.617.718.5401:11:14.410.611.3401.25:11:10.94.49.0401.5:11:10.50.92.3450.5:11:124.525.025.8450.75:11:18.216.919.2451:11:12.96.911.3451.25:11:10.52.65.8451.5:11:10.30.60.8第44页/共89页2023/2/2245（2）水泥）水泥-水玻璃浆液的性能水玻璃浆液的性能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；水泥浆浓度较小水泥浆浓度较小时

47、，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。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。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，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。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

48、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，水玻璃水玻璃过量对其抗压强度将产生不良影响过量对其抗压强度将产生不良影响。第45页/共89页2023/2/2246（2）水泥）水泥-水玻璃浆液的性能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，水泥综合考虑凝胶时间、抗压强度、施工及造价等因素，水泥-水玻水玻璃浆液的璃浆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（

49、3540）Be。第46页/共89页2023/2/2247（2）水泥）水泥-水玻璃浆液的性能水玻璃浆液的性能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，放置时间不宜超过置时间不宜超过30 min。第47页/共89页2023/2/2248（2）水泥）水泥-水玻璃浆液的性能水玻璃浆液的性能水泥水泥-水玻璃浆液的特点水玻璃浆液的特点水泥水泥-水玻璃浆液

50、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以上的岩体以上的岩体或粒径为或粒径为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，有碱溶出，化学结构不够稳定。第48页/