技术交流

灌浆材料及灌浆浆液

发布时间:2017-11-15 发布者:力程建设工程 点击量:

1 灌浆材料

灌浆所用材料可分为:固体颗粒材料(包括水泥、粘土、粉煤灰、膨润土和砂等)、化学灌浆材料(如甲凝、环氧树脂、氰凝和聚氨酯等)、外加剂(包括速凝剂、减水剂和稳定剂等)和拌合用水。

水泥是固粒灌浆材料中的最主要和应用得最广泛的灌浆材料。目前大坝基础灌浆仍以水泥为主。本章将重点介绍水泥浆液的应用。

1.1 水泥

水泥浆液主要是由固体颗粒的水泥与水拌制而成的水泥浆,有时为了改善浆液的性能,或降低灌浆的成本,也常在浆液中加入其它如粘土、粉煤灰等固粒材料。

对灌浆用水泥的要求应具有:颗粒细,可灌性好;浆液稳定性好;与被灌对象性强;结石强度高和耐久性优良等。

一般情况下,当地下水无浸蚀性时,多选用普通硅酸盐水泥(代号:P.O),这种水泥硬化速度快,硬化后的结石较为密实,早期强度高,界面上结合牢固,但这种水泥的抗浸蚀性较差。当地下水有浸蚀性时,则应采用抗硫酸盐水泥或矾土水泥。矿渣水泥的抗浸蚀性能虽然较好,但这种水泥析水快,浆液稳定性差,容易产生沉淀,早期强度低,一般不推荐使用。因此,我国规范规定,当使用矿碴水泥作为灌浆材料时,应征的设计方的同意。

岩基回填灌浆的水泥标号不应低于32.5级;帷幕和固结灌浆所用水泥不得低于42.5级;坝体接缝灌浆所用水泥以大于52.5级为好。

水泥的细度对灌浆效果有重要影响,根据大量的实践证明,只有当水泥颗粒的粒径小于岩石裂隙宽度的1/3时,灌浆效果才可显现出来。水泥颗粒愈细,浆液才能进入细微的裂隙中,扩大灌浆范围,提高灌浆效果。我国规范规定:帷幕灌浆和坝体接缝灌浆,水泥细度应满足通过80μm方孔筛的筛余量不得大于5%;当坝体接缝张开度小于0.5mm时,水泥细度应满足通过71μm方孔筛的筛余量不得大于2%。水泥颗粒愈细,所拌制的浆液稳定性愈高,浆液不易产生分离和沉淀,抗分离的的能力愈强。水泥颗粒愈细,水化作用愈充分,所形成的结石强度也愈高。一般说来,水泥的细度与强度等级有直接关系,强度等级愈高,其细度愈细。当岩基裂缝宽度小于0.2mm宽度时,用一般水泥进行灌浆可能没有效果,此时,可以采用近年来研制成功的超细(磨细)水泥纸杯浆液。

1.2

在灌注大裂隙和溶洞时,为了避免浆液过大的扩散流失和节省水泥,在浆液中常加入砂,制成水泥砂浆或水泥粘土砂浆。

砂,应为质地坚硬的天然砂或人工砂。砂的粒度,也就是砂的粗细程度,对制成的浆液的性能有很大关系。一般情况是:砂粒粗一些,浆液结石强度较高,但浆液的稳定性和流动性较差;砂粒若细一些,浆液的稳定性和流动性较好,而结石强度较低。

选用砂的粒度主要应根据灌注岩石中裂隙的宽度、空洞的大小、要求浆液的性能、灌注条件以及灌浆目的等而定。一般要求灌浆用的砂的粒径不宜大于1.5mm。《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(SL62-1994)中规定:“粒径不宜大于2.5mm,细度模数不宜大于2.0,SO 3 含量宜小于1%,含泥量不宜大于3%,有机物含量不宜大于3%

对拟选为灌浆材料的砂、应作一些必要项目的性能试验:

1 颗粒分析绘制砂料的颗粒级配曲线,计算出平均粒径,平均粒径就是在级配曲线上含量为50%处的粒径尺寸。用D50 表示。

2 细度模数砂的细度模数是代表砂的粗细程度的。将九种标准筛上的累计筛余之和除以100 而得的商数表示。砂的细度模数的求定法,如表2.4-1 所示。

3 密度。

4 干容重。

5 云母、有机质含量。

6 主要化学成分。

1.3 粉煤灰

灌浆用粉煤灰等级应根据灌浆目的和对浆液的要求而定,一般宜采用Ⅰ级或Ⅱ级。水泥粉煤灰浆中使用的粉煤灰的细度应用小于水泥的细度。

1.4 粘土和膨润土

为了改善浆液性能和节约水泥,在帷幕灌浆,特别是在砂砾石地基帷幕灌浆的浆液中。常常加入粘土。由于粘土浆的结石强度低,很少单独使用,一般多将掺入水泥浆液中,或是在粘土浆液中加入一定数量的水泥配制成水泥粘土浆。仅是在低水头、临时性的砂砾石地基防渗工程中,如围堰或土坝粘土心墙裂缝处理补强灌浆中,才根据具体情况灌注纯粘土浆。

由于受灌岩层地质情况的不同,对粘土性能指标的要求也应因之而异,在这方面,目前还没有统一的标准。

选择灌浆用的粘土,一般宜注意下述条件:

塑性指数不不宜小于14

粘粒(粒径小于0.005mm)含量不不宜小于25%;

含砂量(粒径0.05~0.25mm)不大于5%。

膨润土可以用作为水泥浆中的附加剂,提高浆液稳定性、触变性、降低析水性。若作为水泥粘土浆中的掺合料,可以大大地改善浆液性能。浆液中所加膨润土应当预先加水湿润,使其充分吸水膨胀。膨润土达到完全润胀的时间可达7h~24h。当参量较少时,也可采用干掺,但此时应当延长浆液的搅拌时间。日本资料表明:采用高速搅拌4min时,澎润程度可达93%;搅拌时间9min时,澎润程度可达97%

1988 年以后。我国在地基灌浆工程中开始采用稳定浆液,在水泥浆液中多掺入适量膨润土。

1.5 外加剂

在帷幕灌浆中掺入引气剂和塑化剂等表面活性材料,可以明显的改善浆液的扩散性和流动性。水泥浆液的扩散性好,其沉淀就慢,稳定性高,可以保持水泥颗粒在浆液中分布均匀;流动性好,能够保证浆液更容易进入到岩层缝隙中各个角落,增大浆液充填范围,保证缝隙填充密实。外加剂掺量要适当,否则将使水泥结石降低。常用的外加剂种类有:

一、速凝剂

速凝剂可以加速水泥水化作用的发生,缩短产生水化热时间,增进早期强度。在灌浆工程中,当需要水泥浆早期很快凝结时,可视具体情况,在浆液中掺加一定量的速凝剂。适宜的掺量,应通过试验确定。

在水泥浆中,一般常用的速凝剂有氯化钙、水玻璃(硅酸钠)等,其中以氯化钙使用的比较普遍。

1.氯化钙

氯化钙(CaCl2)是制碱工业的副产品,有干剂和含35%氯化钙溶液两种.根据氯化钙的使用实践证明,氯化钙宜在浓浆内使用,并应以水溶液状态加入。

在稀的水泥浆中,使用氯化钙起不到什么作用;在浓水泥浆中掺加氯化钙,虽可促进浆液的早凝、早强,但它会引起水泥结石中水灰比的提高,不利于结石的密实性和强度。氧化钙的掺量一般可为水泥重量的3%~5%。

2.水玻璃

工业上制造水玻璃(Na2O.nSiO2)最常用的方法是将石英砂与碳酸钠在高温下反应而得,其反应式为:

Na2CO3+nSiO2=Na2O.nSiO2+CO2↑

水玻璃的速凝性较氯化钙强,其掺量一般为水泥量的3%~4%。

二、减水剂

减水剂是一种亲水性表面活性的化学剂,其主要作用是可以改善浆体的流动性和分散性。《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(SL62-1994)中明确规定“拌制细水泥浆和稳定浆液应加入减水剂和采用高速搅拌机。”诸多浆液的室内试验资料和工地施工实践表明,减水剂对改善浆液性能确实起到了很好的作用 。在灌浆施工中常用的有萘系高效减水剂、木质素磺酸盐和聚羧酸类高效减水剂等。

三、稳定剂

经常用的是膨润土及其它高塑性粘土等,根据对浆液要求和需要,有时还常掺入其它一些外加剂。应注意的是所有外加剂凡能溶于水的均应以水溶液状态加入。

1.6 制浆用水

制浆的用水,其品质若符合拌制混凝土用水的要求即可,自来水及清洁不浊,且无显著酸性反应的天然水,均可作为制浆用水。

2 水泥灌浆浆液

基岩固结灌浆和帷幕灌浆均以水泥基浆液为主,当有特殊地质条件,例如断层、破碎带、微细裂隙等,若使用水泥浆液难以达到预期效果时,可采用化学灌浆材料作为补充,而且化学灌浆也多是在水泥灌浆基础上进行的。

2.1 水泥浆液的基本性能

在大坝地基处理灌浆施工中,浆液的选择非常重要,它直接关系到帷幕的防渗效果,关系到灌浆后地基岩石的力学性能和防渗性能、以及灌浆工程的造价。因此研究灌浆材料及其配浆工作一直是灌浆工程中的一个重要课题。通过多年来的试验研究和工程实践,在灌注浆液方面取得了很大成绩。

由于灌浆的目的和地基地质条件的不同,组成浆液的基本材料和浆液中各种材料的配合比例也有很大变化。一般情况下大坝岩石地基灌浆的浆液应具备下列性能:

1.水泥浆液中水泥颗粒应具有一定细度,便于充填基岩中微细裂隙,通常的说法是,颗粒细度应为裂隙宽度的1/3~1/5,方能有效的充填,例如水泥粒径为80μm 时,能灌入0.24~0.40mm 宽度的岩体裂隙。

2.浆液应具有较好的稳定性,析水率低,因为固体颗粒过早析水沉积,将会影响浆液继续灌注。

3.浆液需具有良好的流动性,粘度不宜过大,以有利于灌注施工和增大浆液的扩散范围。

4.浆液填满岩体裂隙硬化形成结石后,应致密、均一,并具有良好的防渗性能、必要的强度和粘结力。帷幕灌浆水泥结石在长时期高水头作用下,应能保持稳定,不产生溶蚀和破坏,耐久性强,28 天强度宜达到5~10MPa;固结灌浆水泥结石应能满足地基安全承载和稳定的要求。

水泥和水混合经搅拌而制成的浆液称为水泥浆。有时为了改进浆液性能,同时向浆液中加入少量外加剂。水泥浆具有胶结性能好,结石强度高,也便于施工,是大坝地基岩石灌浆工程中最普遍采用的一种浆液。

适于灌注水泥浆的岩体的条件

(1)岩体的裂隙宽度大于0.2mm

(2)岩体的单位吸水量大于0.01L/(minmm)或透水率大于1lu

(3)一般灌浆规范或文献中规定地下水流速不大于600m/d,但实践经验认为地下水流速不大于80100m/d,才可灌注水泥浆,超过此值,需考虑在浆液中掺加速凝剂。

(4) 地下水的化学成分不妨碍水泥浆的凝结和硬化。

2.2 浆液的性能试验

灌浆施工前,或在灌浆试验阶段,应根据灌浆的目的和受灌岩层的地质条件,对水泥浆液进行各项必要的有关试验,以了解浆液的性能,便于正确地操作,达到灌浆的目的。由于材料品种、技术设备条件的不同,已有的同类浆液性能试验成果虽然可以参照使用,但最好根据灌浆工程的具体情况做些必要的或是校验性的试验。

1 浆液的水灰比

配制水泥浆时,依照水和水泥质量在浆液中的比例配制,称为水灰比,以此来表示水泥浆液的浓度。我国各灌浆工程都采用质量比,帷幕灌浆使用范围一般多为水:水泥=510.5:1,固结灌浆多为2:10.5:1。英、美等国多采用体积比,近年来也有改用质量比。

在整个灌浆过程中,随着地质条件的变化和灌浆压力的更替,水泥浆液的水灰比(即浆液浓度)也是经常需要调整的,以确保水泥颗粒进入到相应的孔隙和裂缝中。

2 水泥浆密度

水泥浆密度是表示水泥浆浓度的又一种方法。所以水泥浆密度与水灰比有着直接的关系。在灌浆过程中,要检验或了解已制成水泥浆的水灰比的实际情况,可以通过测定浆液密度来完成。

测量水泥浆密度浆液密度与浆液所用浆材的配比直接相关,只要知道浆材配比,使用绝对容积的原理,就可以计算出浆液密度。浆液密度宜使用比重秤测定,因其简单易行,测值较准。浆液密度也可采用波美比重计测定,但其测值欠准,尤其不适于在浓度大的浆液中测试。

3 水泥浆析水率

析水现象是由于浆液中固体颗粒的沉积而引起的,沉积后所析出的水的体积(V1)与浆液体积(V)的比值,即,称为析水率。

水泥浆的析水率与浆液的浓度、水泥颗粒细度以及水泥品种等因素有关,同样水泥品种,同样水灰比的情况下,水泥颗粒愈细,析水率愈小。

常用的试验方法为,取200mL 水泥浆,盛于直径相同有刻度的玻璃量筒内(例如直径为3.5cm 高度为25cm),用塞子塞紧加以摇荡或在量筒内使用长棍快速搅拌,使浆液混合均匀。然后将量筒静放在试验台上,水泥颗粒开始下沉,清水厚度自上向下逐渐增加,每隔一定时间,读记清水厚度一次,一直继续到清水高度呈稳定状态停止。稳定标准一般是连续三个析水值的读数相同或者有微小差距。这个析水的全过程时间称为析水时间。

最好是同时做几组平行试验,以其平均值作为试验成果。试验工作宜在常温20℃左右的情况下进行。

大量析水率试验资料表明,稀的浆液的析水率可达80%90%以上,1:1 浓度的浆液的析水率约为35%左右,说明灌浆过程中所灌入岩层裂隙或孔洞中的稀浆,其中大部分的水是要析出去的,仅有少部分的水是与水泥起化学作用而凝结成结石。

上述的析水率试验是在试验室内做的,与实际灌浆时浆液的析水率有所不同。在实际灌浆过程中,浆液一般是在相当大的压力作用下灌入岩层裂隙中去的,由于这种压力作用,全析水时间就会缩短,也要多挤出去一部分水,因而结石更密实,强度也会增高。

4 水泥浆流动性

水泥浆液流动性与浆液所用的水灰比直接相关,水灰比愈大,稠度愈小,流动性表现为愈大。水泥的品种、细度、浆温等因素对浆液流动性也有一定影响。

水泥浆液流动性经常用粘度来表示,其单位以“秒”(s)计。采用标准漏斗或马什(Marsh)漏斗测定。两种漏斗的规格尺寸见图2-1 和图2-2。

图2-1 标准漏斗粘度计和量筒图(长度单位:mm)

① 漏斗;②细管;③量杯的上部,容积500mL ④—量杯的下部,容积200mL


图2-2 马什(Marsh)漏斗(图中长度单位:mm)

① ;②细管;③将浆液倒入漏斗内1.5L 后,液面高度

1) 标准漏斗即以前称之为1006 型泥浆粘度计。

测试方法:用清水将漏斗和量杯冲洗干净,在漏斗上面设置过滤网,用以除掉浆液中的杂质。用手紧堵漏斗下部细管的管口。先用量杯将其下部200mL 浆液通过过滤网注入漏斗内,继之将其上部500mL 浆液注入。而后将量杯放在漏斗下,让500mL 容积向上。手指离开漏斗细管下口,同时开动秒表,记下漏斗内流出500mL 浆液所历经的时间,这个时间就代表浆液的流动性,以秒数表示。

用标准漏斗测得清水流出的时间一般应为15s,如测出时间不是15s,则测出值可用下式予以校正:

η1D=15∶S

η1=15D/S

    式中:

η1—校正值;

D—实测浆液流动性值;

S—实测水的流动性值。

2) 马什漏斗

国内约在1990 年以后开始应用,近期应用比较普遍。测试方法:测试程序与标准漏斗相同,仅是将浆液倒入漏斗内1.5L,测记其流出1L 所需的时间。

实践经验认为:浆液粘度使用标准漏斗测试流动性值小于40s,以25~35s 为好;使用马什漏斗测试值小于50s,应以28~38s 为好。

5.水泥浆搅拌时间

表1-1给出了浆液搅拌时间与结石情况示例。

表1-1 结石凝结情况与搅拌时间的关系

 

水泥种类

标号

水灰

搅拌时间

(hmin)

气温

()

结石凝

结情况

      

普通硅  盐水 

400

81

100

200

300

400

 

凝固

凝固 

微凝

不凝

 

普通硅  盐水 

400

101

100

200

300

400

32

32

32

32

凝固

凝固

微凝

不凝

 

混合水泥

400

101

100

200

300

400

3538

3538

3538

3538

凝固

凝固

微凝

不凝

结石良好

结石较好,稍有脱开现象。

结石较差,脱模后,试件自行坏掉,

表面发裂,四天后仍有水排出,不凝固。

 

由该表不难看出,稀浆搅拌时间超过4h后,浆液就失去凝固性质。也有的试验表明结石强度与搅拌时间直接相关,当搅拌时间为60min时,水泥结石强度最高;当搅拌时间超过2h后,结石强度开始下降;当搅拌时间超过4h,则结石强度急剧下降,显然这一特性是与水泥的初、终凝时间有密切关系,因此,在灌浆过程中,为保持水泥浆呈均匀状态,必须连续搅拌,拌制的水泥浆液必须尽快用完。

我国灌浆规范(SL6294)规定:浆液搅拌时间,使用普通搅拌机时,应不少于3min;使用高速搅拌机时,宜不少于30s。浆液自制备时间起至用完时间不得大于4h。为保证浆液质量,凡是搅拌超过4h,一般均宜视为废浆,不能再作灌注浆液。

6.水泥浆凝结时间

水泥浆的凝结程度分初凝与终凝两种,从浆液配制成起到产生初凝现象所历经的时间,称为浆液初凝时间;到达产生终凝现象所历经的时间称为终凝时间。

为了适应灌浆施工的要求,水泥与水混合制成浆液后,既不能凝结太快,也不能凝结太慢。凝结太快,则等不到浆液扩散到要求的范围或尚未填满裂隙,就失去流动性,使继续灌注成为不可能,这在不同程度上将会影响灌浆质量。凝结太慢,不但在凝结前,浆液有被地下水流冲走的危险,影响灌浆质量,而且待凝需要一些时间,也会影响灌浆工程进度。因此,为了取得良好的灌浆质量和加快施工进度,要求初凝时间长一些,而终凝时间短一些。如果需要缩短凝结时间,使浆液速凝时,可在浆液中掺加速凝剂。

各种配合比的水泥浆的初、终凝时间的测定,可参照国家标准GB/T1346-1989 中规定的方法进行。

7. 水泥浆结石强度

水泥浆结石强度与水泥的标号、浆液的浓度以及搅拌时间等因素有关。结石强度也是反映灌浆质量的重要指标。对帷幕灌浆来讲,要求结石密实性强,基本不透水,耐久性好;对固结灌浆,则还要求更高的抗压强度和粘结强度。有试验表明,在模拟灌浆条件下,当灌浆压力为0.3MPa,水灰比为0.8的浆液结石,28d的抗压强度也可达到30MPa以上。对于帷幕灌浆要求结石密实性高,基本不透水,耐久性要好;对于固结灌浆则要求结石具有更高的抗压强度和粘结强度。

水泥浆结石强度室内试验可参照有关混凝土强度试验的方法进行。

8. 结石的孔隙率和密度

(1)水泥结石的孔隙率:水泥结石的孔隙率与浆液的水灰比、龄期及养护条件有关。孔隙率是随着水灰比的增加而显著上升,在水中养护的情况下,结石孔隙率比空气中养护的要小。

(2)水泥结石的密度:水泥结石的密度与孔隙率有关,它是随着浆液水灰比的减少而

增大。根据室内试验得出,当水灰比在0.41.0 之间变化时,水泥结石密度则在1.13

1.95g/cm3 的范围内变化。

由此看出,为增大结石的密度,即提高结石的密实性和强度,最好少用稀的浆液。但在裂隙细微、采用一般细度的水泥材料,若使用较稀的浆液灌注,宜尽可能采用较大的压力,使灌入裂隙中较稀的浆液多挤出一些水,降低其水灰比,从而降低结石的孔隙率,增加结石的密度。

3 细水泥浆液和磨细水泥浆液

常用的水泥颗粒较粗,一般用于灌注宽度大于0.15mm~0.25mm的裂隙,近年来研制成功的超细水泥,其最大粒径Dmax12μm,平均粒径D503μm~6μm,比表面积在8000m2/g以上,经分散剂处理后能够灌注渗透系数为10-3cm/s~10-4cm/s的细砂或微小的岩基裂隙,其可灌性与化学浆液类似,而其强度更高,是一种值得推广的灌浆材料。

4 稳定浆液

稳定浆液系指2 小时内析水率小于4%或5%的浆液。达到此指标的浆液类别很多,例如高标号的普通硅酸盐水泥,当水灰比为0.5 时,或一般普通硅酸盐水泥,水灰为1、0.8、0.6掺入适量的膨润土时,或改性磨细水泥水灰比为1 时,以及流动性较小的水泥粘土浆等在2小时内析水率均小于5%。

采用稳定浆液进行灌注的主要优点是:

(1)稳定浆液析水少,不会因灌浆后由于浆液中多余水分的析出逸走而留下来较多的末能填满的空隙,有利于将受灌岩体中的空隙充满填实;

(2)稳定浆液结石的结构密实,力学强度高,抗溶蚀能力强,与缝隙两壁的粘附力也较高;

(3)相对来说,使用稳定浆液灌浆,可减小表面抬动,也可避免不必要的大量的吸浆,节约浆材;

(4)灌注时间相对较短。

我国水利水电工程较早地使用稳定浆液进行灌浆的是在1990 年新疆自治区克孜尔水库右坝肩倾倒体的固结灌浆。当时对灌浆浆液的提出要求为:(1)析水率小于5% ;(2)28 天龄期抗压强度大于10MPa;( 3)标准漏斗测试流动性控制在25~30s。

采用稳定浆液灌浆,浆液多为一个比级,操作简单,灌浆时间短,进度快,有些工程常喜采用。另外在采用灌浆强度法GIN 法灌浆时,也是采用一个比级的稳定浆液。唯应注意的是稳定浆液的抗剪强度和塑性粘度均较同水灰比的水泥浆大,实践经验表明,有的工程由于地质条件或其他一些因素的关系,开灌时采用稳定浆液,吸浆量不大,但改用水灰比为2:1或1:1 的纯水泥浆灌注,吸浆量却较大,故在施工工艺上采用先灌注水灰比2:1 或1∶1的纯水泥浆,检验注入率情况,而后再灌注稳定浆液的技术措施。

5 水泥—水玻璃浆液

在水泥浆液中加入水玻璃,有两种作用。一种是将水玻璃作为速凝剂加入浆液中,促使浆液很快凝结;另一种是作为浆液中的组成成分,将水泥浆液和水玻璃溶液按照一定比例,使用双液灌浆施工方法,进行灌浆。前者水玻璃的用量少,在水泥浆液中加入一般多为水泥重量的3~5%;后者用量较多,其具体用量根据灌注对象的情况和要求浆液应具有的性能而定。本节中论述的水泥—水玻璃浆液系指后者。

水泥—水玻璃浆液具有许多优点,例如:凝结时间短,可以从几秒钟到几十分钟,并且可以有效而比较准确的控制,结石率高,可达95%以上;有一定的强度,最适于在漏水量大的孔段中使用。

水泥与水拌和成水泥浆液后,由于水解和水化作用,产生活性很强的氢氧化钙。水玻璃与氢氧化钙起作用,生成具有一定强度的凝胶体——水化硅酸钙,其反应式如下:

Ca(OH)2+Na2O·nSiO2+mH2O→CaO·nSiO2+mH2O+2NaOH

随着反应的继续进行,凝胶体越来越多,强度也越来越高。

水泥—水玻璃浆液具有下述特性,在使用时应予注意,即:在水灰比(W :C)已经固定的水泥浆液中加入水玻璃,最初,浆液凝结时间随着加入水玻璃量的增加而逐渐缩短,当超过一定的比例值以后,则浆液凝结时间随着加入水玻璃量的增加,转变为逐渐加长。凝结时间最短时的水玻璃占水泥浆液体积的百分数称之为“凝结转点比值”。该比值的大小因使用水泥的品种、水泥浆液的浓度、水玻璃的模数、水玻璃溶液的浓度不同而异,无一定值,主要应通过试验而定,一般多在l0~20%之间。在凝结转点比值状况下,凝结时间最短。

水泥—水玻璃浆液基本性能:

1.凝胶时间

(1)其它条件相同时,水灰比愈小,即水泥浆浓度增加,则凝胶时间愈短。

(2)其它条件相同时,水玻璃浓度在3045 波美度范围内时,水玻璃浓度减小,凝结时间缩短。

(3)其它条件相同时,水泥浆与水玻璃的体积比在1:0.3~1:1 范围内,水玻璃用量较少,凝胶时间较短。

2.抗压强度

(1)水泥浆浓度越大,抗压强度越高.

(2)水玻璃浓度的改变,对抗压强度的影响无一定规律,经仔细研究似有以下倾向:当水泥浆浓度大时(例如水:水泥=0.5:1),水玻璃浓度增加,抗压强度也增加;当水泥浆浓度小时(例如水:水泥=1.5:1),水玻璃浓度增加,抗压强度反而降低,故在这种情况下,使用低浓度的水玻璃可能要好一些。

综合各地灌浆施工经验,可得出这样的认识:水泥—水玻璃浆液的适宜配方为:水玻璃模数2.4~2.8,浓度30~45 波美度;可采用42.5 级普通硅酸盐水泥;水泥浆的水灰比0.8:1~1:1;水泥浆与水玻璃的体积比1:0.6~1:0.8。如果在漏水量大或流速大的孔段中灌浆,需要急速凝胶的,除采用浓度大的水泥浆外(水:水泥=1:1),水泥浆—水玻璃的体积比值宜采用较小值,例如0.25,0.3 或0.4,但也需通过试验确定。

在室内曾用42.5 号普通硅酸盐水泥,水灰比为0.6:1 的水泥浆,水玻璃浓度为40波美度,水泥浆与水玻璃体积比为10.3 两种浆液混合好,不到1min 即行凝胶。

青海南门峡水库,坝基为中厚层结晶灰岩和鲕状灰岩,溶洞和溶蚀裂隙比较发育,在灌注F62 断层时,涌水量达60L/s,用水泥浆灌注效果很差,后用水泥—水玻璃浆液灌注(水泥浆水灰比为1:1,水玻璃浓度为45 波美度,水泥与水玻璃体积比为1:0.3),效果很好。共用水泥近9t,水玻璃近2t

我国煤炭、冶金部门在其所属厂矿进行灌浆工作中,采用水泥—水玻璃浆液的较多,而在水利水电工程大坝基础处理灌浆工作中采用的却较少,鉴于这种浆液有较多的优点,特别是适用于漏水量大的岩层,建议今后在灌浆工作中可考虑采用。

6 水泥砂浆和水泥粘土砂浆

6.1水泥砂浆

在具有宽大裂隙、溶洞、地下水流速很大以及耗浆量很大的岩层中灌浆时,常采用水泥砂浆灌注。灌注水泥砂浆的优点有:浆液流动度较小,不易流失,结石强度高,粘结力强,耐久性和抗渗性好,砂料可就地取材,节约水泥。

配制水泥砂浆时,浆液中水与水泥之比值(水:水泥)宜等于1 或小于1,否则在水泥浆中加入的砂很易沉淀。例如有的工程采用的配比为水泥:砂:水=1:0.6:1。有的工程采用1:0.5:1。若采用较大的水灰比值,为了防止和减少砂粒沉淀,宜于掺加膨润土,用量可为水泥重量的5%以下,并应通过试验确定。

作为灌注浆液的水泥砂浆应具备的技术性能如下:

(1) 适合于受灌岩层的地质条件和灌注施工的凝结时间。

(2) 在一定时间内保持稳定状态,不离析沉淀。

(3) 具有一定的流动性,使浆液在岩层裂隙中能够扩散至一定范围。

(4) 结石强度应满足要求。

(5) 结石的收缩性要小。

为了了解水泥砂浆的基本性能,可做流动性、析水率、凝结时间和强度等项试验。试验方法可参照混凝土工程中的有关砂浆试验方法进行。必要时间再考虑进行流变参数试验。

水泥砂浆是比较不够稳定的一种浆液,在灌注过程中总会产生一定程度的分离现象。为了改善砂浆的性能,可在砂浆中掺人一些塑化剂、膨润土或粉煤灰,对提高浆液的稳定性和流动性均有好处。

6.2水泥粘土砂浆

水泥粘土砂浆具有比较良好的稳定性、抗渗性,也有一定的强度。这种浆液在受压时比水泥粘土浆的脱水速度快,因此,此种浆液可以用于静水头压力较大情况下的大洞穴的充填灌浆。

水泥、粘土和砂这三种材料在浆液中各有其主要作用:水泥起固结强度作用,粘土起促进浆液的稳定作用,砂起填充裂隙空洞的作用。

拌制水泥粘土砂浆时,宜先配制成水泥粘土浆,而后加入砂。

7 水泥粉煤灰浆液

粉煤灰可以作为一种掺合料,在水泥浆液中掺入进行灌注。其主要优点为:节约水泥,降低造价,抗溶出性侵蚀能力强。由于粉煤灰密度小,拌制成水泥粉煤灰浆时,易产生分离现象,故在加料顺序和制浆措施方面应予特别注意。有人建议在贮存罐中就先将水泥与粉煤灰按制浆配比混合在一起,而后输出再与水混合搅拌成浆,可以减少分离。东风水电站帷幕灌浆试验认为:在低水胶比W/(C+F≤0.7 时,若粉煤灰(F)和水泥(C)混合均匀,不会发生分离。

粉煤灰质量必须严格控制。主要有三项,一是细度应小于同时使用水泥的细度;二是烧失量宜小于或等于5%(SL62-1994《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》中规定宜小于8%);三是SO3含量宜小于3%。

为了改善水泥粉煤灰浆的性能,在拌制浆液时还必须加入适量的外加剂为高效减水剂等。并应采用高速搅拌机。本书编者认为水泥粉煤灰浆比较适合用于卵砾石层和堆石体灌注,也可作为补强灌浆或基岩注入量大的孔段灌注之用。若作为基岩中帷幕灌浆使用的浆液,尚需慎重。

8 水泥粘土浆液

水泥粘土浆是由水泥和粘土两种材料与水混合搅拌后形成的浆液。粘土具有细度高、分散性强、制成的浆液稳定性高、可就地取材等优点,但纯粘土浆结石强度太低,抗渗压和抗冲的性能很弱。水泥的优点是强度高,但浆液的稳定性差。水泥和粘土混合制浆,在很大程度上可以相互弥补缺点,构成良好的灌注浆液。

水泥粘土浆稳定性好,具有一定的触变性能和胶凝强度,弹性模量不高,防渗能力强,造价较低,适合于多孔介质中灌注,故主要是应用在灌注砂砾(卵)石地层。国内外大坝砂砾(卵)石地基防渗帷幕几乎都是采用水泥粘土浆进行灌注的。

我国自20 世纪60 年代以后,由于砼防渗墙技术发展很快,且在地基防渗处理方面卓有成效,故当大坝地基砂砾(卵)石层厚度小于40m,或稍再深一些地基防渗处理多喜采用混凝土防渗墙施工方案,而很少应用灌浆方案。

1 浆液成分的组合比例

水泥与粘土的比例,帷幕灌浆施工要求结石强度高一些和凝结时间快一些的工程,

粘土掺量可少一些,例如为水泥重量40%、60%;反之,则可多一些,例如水泥:粘土可为1:11:21:3 甚至1:4。对临时性低水头的防渗工程,可采用掺粘土量大的配比。

水与干料的比例(水固比),也就是水:(水泥+粘土),一般多采用3:1~1:1(重量比)。例如2001 年施工的重庆市黔江区小南海天然坝体(因地表山崩堵塞溪流而构成的天然大坝)防渗灌浆,就是采用了水泥粘土浆,根据不同的部位,采用了水泥:粘土=1:041:0.6两种比例,灌浆时水固比采用3:12:11:1 三个比级。灌浆效果良好。

2 浆液的配制

配制水泥粘土浆所用粘土分为粘土干料(指经过烘干后加工磨细的粘土)和粘土原浆两种。使用粘土干料制浆,仅将各种材料按规定的配比、程序,直接混合并经搅拌制成水泥粘土浆,比较简便、易行。采用粘土原浆制浆,应先将粘土在水中充分浸泡后,拌制成密度比较大的“粘土原浆”,测试其密度。制浆时先向搅拌桶(上桶)内加入适量的水,再加入计量好的水泥,搅拌成水泥浆,而后再放入已测知密度的粘土原浆若干升(根据需要配制的粘土量计算出粘土原浆的体积),再按照预制浆液的体积补加适量的水,就可制成符合配比要求的水泥粘土浆了。

3 浆液性能试验

灌浆用水泥粘土浆的性能的试验,主要项目仍为密度、析水率、流动性、流变参数、凝结时、抗压强度等,试验方法参考普通水泥浆。

2.9 制浆设备

浆液拌制常采用搅拌机进行,其转速应搅拌浆液的类型相匹配,拌合能力应与灌浆泵的排浆量相适应,保证连续出浆。同时要求所拌出的浆液均匀稳定。一般应选用高速搅拌机,其转速在1200r/min以上,新安江大坝复灌时采用了的搅拌机转速大1440r/min。也有的工程采用胶体磨制浆,其转速可达300r/min以上,浆液质量良好。如果在现场直接加工磨细水泥浆液,可采用湿磨机。

 

    

       湿磨机                   自动制浆系统

版权所有 买球入口【中国】责任有限公司 蜀ICP备17020901号-1 Copyright 2008-2016 ALL Rights Reserved 今网科技 成都网站建设: