超细水泥-水玻璃双液浆

Answer 1

超细水泥具有颗粒细，可注入性好的优点，超细水泥在我国坝基工程裂缝处理施工中已多有采用。采用超细水泥替代普通水泥，配制超细水泥-水玻璃双液浆，能达到砂类地层“注浆堵水、固结砂层”的目的。超细水泥-水玻璃双液浆简称MC-S浆。

（1）原材料

1）超细水泥（简称MC）：浙江金华华夏灌浆材料厂20μm超细水泥。

2）水玻璃（简称S）：广州人民化工厂51Be′，模数M＝2.5。

3）缓凝剂：工业品，磷酸氢二钠，分子式为Na₂HPO₄。

（2）浆液配制

超细水泥-水玻璃双液浆和普通水泥-水玻璃双液浆配制相同，即首先配制超细水泥浆和水玻璃浆两种单液浆，然后将两种单液浆混和即可。

（3）主要性能指标

1）凝胶时间。超细水泥-水玻璃双液浆的凝胶时间主要受超细水泥浆水灰比、水玻璃浓度、超细水泥浆和水玻璃体积比、缓凝剂掺量（缓凝剂掺量指占超细水泥的重量百分比），以及温度的影响。采用不同的配比条件配制浆液，测试浆液凝胶时间。测试结果见表3-12、3-13、3-14。

表3-12 超细水泥-水玻璃双液浆凝胶时间

备注：1.试验温度为20℃；2.水玻璃浓度为35Be′。

表3-13 水玻璃浓度对浆液凝胶时间影响

备注：1.试验温度为20℃；2.MC∶S＝1∶1、W∶MC＝1∶1、缓凝剂掺量为1%。

表3-14 温度对浆液凝胶时间影响

备注：W∶MC＝1∶1、MC∶S＝1∶1、缓凝剂掺量为1%、水玻璃浓度为35Be′。

根据试验数据绘制浆液凝胶时间同超细水泥浆水灰比、水玻璃浓度、超细水泥浆和水玻璃体积比、缓凝剂掺量，以及温度的关系曲线，见图3-15、3-16、3-17、3-18、3-19。

根据图3-15～图3-19可以得出如下结论：

①随着超细水泥浆水灰比的增大，浆液的凝胶时间增长。②随着超细水泥浆和水玻璃体积比的增大，浆液的凝胶时间缩短。③随着缓凝剂掺量的增加，浆液的凝胶时间增长。④水玻璃浓度同浆液凝胶时间成线形增长关系。⑤随着温度的升高，浆液的凝胶时间缩短。一般温度每升高10℃，浆液的凝胶时间缩短1～2倍。

图3-15 水灰比对凝胶时间影响曲线

图3-16 水泥浆与水玻璃体积比对凝胶时间影响曲线

图3-17 缓凝剂掺量对凝胶时间影响曲线

图3-18 水玻璃浓度对凝胶时间影响曲线

图3-19 温度对凝胶时间影响曲线

2）抗压强度。采用不同的超细水泥浆水灰比，超细水泥浆和水玻璃体积比，以及缓凝剂掺量配制浆液，测试浆液结石体抗压强度，测试结果见表3-15。

根据试验数据，绘制浆液抗压强度同超细水泥浆水灰比、超细水泥浆和水玻璃体积比，以及缓凝剂掺量的关系曲线，见图3-20、3-21、3-22。

表3-15 超细水泥-水玻璃双液浆抗压强度

注：1.水玻璃浓度为35Be′；2.试验温度为20℃。

图3-20 水灰比对抗压强度影响曲线

图3-21 水泥浆与水玻璃体积比对抗压强度影响曲线

图3-22 缓凝剂掺量对抗压强度影响曲线

根据图3-20～图3-22可以得出如下结论：

①随着超细水泥浆水灰比增大，浆液抗压强度减小。特别在水灰比为1∶1～2∶1 之间，水灰比对浆液的抗压强度影响极大。当水灰比大于2∶1时，浆液的抗压强度较小，且抗压强度比较接近。

②随着超细水泥浆和水玻璃体积比的增大，浆液抗压强度减小（W∶MC ＝1∶1 ，缓凝剂掺量1%时除外）。

③随着缓凝剂掺量增加，浆液抗压强度减小。特别在水灰比为1∶1时，浆液抗压强度急剧减小。结合水灰比对抗压强度影响曲线和缓凝剂掺量对抗压强度影响曲线来看，缓凝剂掺量不宜大于2%，否则，对浆液抗压强度损失较大。

3）黏度。采用NDJ-1 型旋转黏度计在室温20℃时测试配比为W∶MC＝2∶1、MC∶S＝1∶1、缓凝剂掺量1%浆液的黏度。根据测试结果，绘制浆液的凝胶化曲线，见图3-23。

由超细水泥-水玻璃双液浆凝胶化曲线可以看出，浆液初始黏度低，只有1.2cp，浆液在70%时间前黏度大体变化不大，渗透性能较好，在随后的时间里，黏度随时间有明显的突变而产生固结。此种变化曲线对注浆堵水十分有利。

图3-23 超细水泥-水玻璃双液浆凝胶化曲线

4）浆液可注性。模拟注浆条件，采用W∶MC＝3∶1、MC∶S＝1∶1、水玻璃浓度35Be′、缓凝剂掺量1%的配比进行浆液的可注性试验，注浆压力分别为0.2MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa。注浆结束后开挖观察，浆液在注浆压力为0.2MPa时均匀渗透，渗透距离为3cm；在注浆压力为0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa 时产生层流脉状劈裂，渗透距离分别为3.5cm、8cm、15cm。绘制注浆压力和渗透距离关系曲线，如图3-24。

图3-24 注浆压力和渗透距离关系曲线

由注浆压力和渗透距离关系曲线可以看出：在注浆压力为0.4～0.6MPa条件下，产生脉状劈裂扩散，注浆压力和渗透距离成正比。试验结果符合悬浊液渗透理论公式。根据试验结果和理论公式，可以看出：在适当提高注浆压力情况下，浆液扩散能力会得到提高。

（4）浆液优缺点

1）优点。①可注性最好，在粉细砂层中能得到较细的劈裂脉。②凝胶时间可控，可达到控域注浆目的。③早期强度较高，利于注浆后就立即进行开挖施工。

2）缺点。①抗压、抗剪强度较低，易被高压水破坏。②单价较高。

（5）适用范围

适用于动水粉细砂层的注浆堵水及加固。