华千素国际化,海南国际站走向国际的窗口,提出无机注浆技术篇(一)水泥浆材分析。
无机注浆技术:即水泥注浆技术,水泥注浆最主要的浆材就是水泥,水泥注浆材料最常用的是普通硅酸盐水泥。其优点是:原材料来源广泛、成本低、无毒性、施工工艺简单方便。缺点是:水泥浆液稳定性较差、易沉淀析水、凝结时间长,并且由于水泥颗粒直径较大,注入能力对微细裂隙往往受到限制。
水泥细度是表示水泥被磨细的程度或水泥分散度的指标。通常,水泥是由诸多级配的水泥颗粒组成的。水泥颗粒级配的结构对水泥的水化硬化速度、需水量、和易性、放热速度、特别是对强度有很大的影响。在一般条件下,水泥颗粒在0~10微米时,水化最快,在3~30微米时,水泥的活性最大,大于60微米时,活性较小,水化缓慢,大于90微米时,只能进行表面水化,只起到微集料的作用。所以,在一般条件下,为了较好地发挥水泥的胶凝性能,提高水泥的早期强度,就必须提高水泥细度,增加3~30微米的级配比例。但必须注意,水泥细度过细,比表面积过大,小于3微米的颗粒太多,水泥的需水量就偏大,将使硬化水泥浆体因水分过多引起孔隙率增加而降低强度。同时,水泥细度过细,亦将影响水泥的其它性能,如储存期水泥活性下降较快,水泥的需水性较大,水泥制品的收缩增大,抗冻性降低等。另外,水泥过细将显著影响水泥磨的性能发挥,使产量降低,电耗增高。所以,生产中必须合理控制水泥细度,使水泥具有合理的颗粒级配。
水泥浆材主要有以下几种:
1.1华千素水泥浆
无机注浆技术推荐用P.O42.5普硅水泥、快硬硫铝酸盐水泥、普通硅酸盐水泥,水泥的料径45um-80um之间,但经添加华千素HQS-Super或HQS-Super增加了水泥的活性,增加了浆体流动性、抗渗性。改善提高水泥的早期强度,终期强度,抗分散,抗收缩能力。低水灰比,大流动性,无收缩、微膨胀、无约束自密实硬化、防水抗渗同时增加致密性,达到防水抗渗级别。从而起到防水加固作用。
1.2水泥黏土浆
黏土的粒径一般极小(小于0.mm)、比表面积较大、遇水具有胶体化学特性。黏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黏土矿物,最常见的是高岭石、伊利石、蒙脱石。
1.3水泥-水玻璃(硅酸钠)浆
水泥-水玻璃浆液是以水泥和水玻璃为主剂,两者按一定的比例采用双液方式注入,必要时加入速凝剂或缓凝剂所组成的注浆材料。水泥-水玻璃浆液的凝结固化反应包括水泥水化反应、水泥水化反应产物Ca(OH)2与水玻璃的反应,即水泥与水拌和成水泥浆液后,由于水解和水化作用,产生活性很强的Ca(OH)2;水玻璃与Ca(OH)2起作用,生成具有一定强度的凝胶体—水化硅酸钙,其反应如下。
3CaO·SiO2+nH2O→2CaO·SiO2·(n-1)H2O+Ca(OH)2。
Ca(OH)2+Na2O·nSiO2+mH2O→CaO·nSiO2·mH2O+2NaOH。
水泥-水玻璃浆液克服了单液水泥浆的凝结时间长且不易控制、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。
1.4超细水泥浆
水泥注浆材料自年英国汤姆逊隧道开始应用。人们在实践中发现普通水泥粒径较大,渗透能力有限,一般只能渗入大于0.1mm的裂隙和孔隙中,而对于微细裂隙注浆效果较差。为了在低渗透介质中提高水泥浆的可注性,超细水泥注浆材料成为国内外研究的热点。日本早在20世纪70年代初就率先研制成了超细水泥注浆材料,美国、俄国也相继开发成功这一产品。
附注资料:与其它浆材对比
化学注浆
化学注浆材料应用较多的主要有水玻璃和有机高分子注浆材料两类。
2.1水玻璃注浆材料
水玻璃浆液是以水玻璃为主剂,加入胶凝剂,使其发生化学反应,生成大量的硅凝胶从而凝结硬化。水玻璃浆材来源广泛,造价低廉,主剂毒副作用小,不会污染环境,而且黏度小,可注性好。但其凝结时间不够稳定,可控范围较小,凝结体强度低,稳定性较差,主要用于临时或半永久性工程中主要有水玻璃氯化钙浆液、水玻璃氟硅酸浆液、酸性水玻璃浆液、HS水玻璃(酸化水玻璃)浆液、SS水玻璃(硅溶胶)浆液。
2.2有机高分子注浆材料
主要应用有丙烯酰胺类、聚氨酯类、木质素类、环氧树脂类、不饱和酯类等。一般当砂土颗粒粒径≤0.5mm或岩石裂隙开口≤0.2mm,地下水流速mm/min时,采用有机高分子化学注浆材料可以解决普通水泥浆液无法解决的工程问题。
特别推荐:绿色注浆材料
主要指粉煤灰、矿渣、钢渣等工业废渣。能被碱激发,其固体颗粒较普通水泥颗粒细小,且颗粒级配分布也更合理,因此可以作为注浆材料原材料而开发的注浆材料。
国内武汉理工大学利用磨细工业废渣(粉煤灰、矿渣、钢渣)完全替代水泥熟料,利用水玻璃激发工业废渣成功制备了不同凝胶时间(3~s)、高固结强度(~25MPa)和结石率可达%的新型双液注浆材料,成功应用于武汉长江隧道工程建设中。
另外,模拟淡水侵蚀环境的注浆材料水溶蚀试验结果表明,该注浆材料结石体在水溶蚀作用d条件下强度无损失,而水泥-水玻璃注浆材料强度损失达50%,这表明水玻璃-工业废渣双液注浆材料的抗水溶蚀耐久性能优于水泥-水玻璃双液注浆材料。
在我国有效利用大宗工业废渣替代纯水泥熟料研制高性能、绿色注浆材料,无疑是与时代可持续发展相协调的新型注浆材料研究方向之一。并且华千公司已经提出华千素——地聚1号,直接利用工业固废粉煤灰及矿渣添加华千素地聚1号,代替纯水泥熟料,制成绿色注浆材料。