巖土注漿加固材料重點.ppt

10 巖土注漿加固材料,2019/6/30,2,10 巖土注漿加固材料,10.1 注漿材料概述 漿液的要求、注漿材料的組成、分類及其特點、使用范圍。 10.2 注漿漿液的基本性能參數 密度、濃度、PH值、粘度、膠凝時間、可注性和滲透性、毒性及腐蝕性、固結體。 10.3 無機系注漿材料 單液水泥漿、水泥粘土類漿液、水泥水玻璃類漿液、水玻璃類、高水速凝材料。 10.4 有機系注漿材料 丙稀酰胺類、木質素類、脲醛樹脂類、聚氨酯類、聚乙烯醇類、甲基丙烯酸甲酯類、丙烯酸鹽類。,2019/6/30,3,10.1 注漿材料概述,巖土注漿的實質： 是利用壓力將能固化的漿液通過鉆孔注入巖土體孔隙或裂隙中，從而使巖土體的物理與力學性能得到改善，也就是說漿液的注入和固化是被加固的巖土體力學性能改變的基礎。 因此，漿液材料的類型與特性對巖土體的加固效果起著關鍵性的作用。,2019/6/30,4,10.1 注漿材料概述,一般對理想漿液的要求是： 初始粘度低、流動性好，可注性強，能滲透到細小的裂隙或孔隙內。 凝膠時間可以在幾秒數小時范圍內任意調整，并能準確控制。 穩(wěn)定性好，在常溫、常壓下較長時間存放不改變其基本性質，存放不受溫度、濕度變化的影響。 無毒、無臭，不污染環(huán)境，對人體無害，屬非易燃和易爆品。 對注漿設備、管道、混凝土結構物等無腐蝕性，并易清洗。 固化時無收縮，固化后與巖土體和混凝土等有一定的粘結力。 結石體具有一定的抗壓、抗拉強度，抗?jié)B、抗沖刷及耐老化好。 材料來源豐富，價格便宜。 配制方便，操作簡單。 但已有漿液不可能同時滿足上述要求。一種漿液只能符合上述幾項要求，注漿施工時應根據具體情況選用。,2019/6/30,5,10.1 注漿材料概述,注漿工程中所用的材料： 由主劑（原材料）、溶劑（水或其它溶劑）及外加劑混合而成。 通常所說的注漿材料是指漿液中的主劑。注漿材料必須是能固化的材料，大體上可分為無機系和有機系兩大類。 無機系注漿材料：包括單液水泥類、水泥-水玻璃類、粘土類、水玻璃類、水泥粘土類等； 有機系注漿材料：包括丙稀酰胺類、木質素類、脲醛樹脂類、聚氨酯類、聚乙烯醇類、甲基丙烯酸甲酯類、丙烯酸鹽類等。 日常使用中，一般又將漿液分為水泥漿材和化學漿材。,2019/6/30,6,10.1 注漿材料概述,水泥漿材： 結石體強度高，造價低廉，材料來源豐富，配制方便，操作簡單。 但普通水泥顆粒較大，一般只能注入到直徑或寬度大于0.2 mm的孔隙或裂隙中。 化學漿材： 可注性好，漿液粘度低，能注入到細微裂隙中。 但化學漿液價格較貴，其應用范圍也受到一定的限制。,2019/6/30,7,10.1 注漿材料概述,國內外可用于各種注漿的漿材品種達百余種以上。 我國基本上擁有所有注漿材料，且研制了一些新的漿液品種。,2019/6/30,8,10.2 注漿漿液的基本性能參數,漿液性質對注漿工程來說是非常重要的，只有選擇性能合適的漿液才能達到實際注漿的目的。 如果漿液選擇不當，使?jié){液難以注入或漿液流失、強度很低，則達不到注漿目的。 因此必須了解漿液的基本性質： 漿液密度與重度 漿液濃度 漿液pH值 漿液粘度 漿液凝膠時間 漿液注入能力與滲透性 浸出液分析 漿液固結體性質,2019/6/30,9,10.2 注漿漿液的基本性能參數,漿液密度與重度 漿液的密度指漿液的質量與其體積的比值，即 漿液的重度為,2019/6/30,10,10.2 注漿漿液的基本性能參數,漿液的濃度 不同漿液濃度的表示方式不同。常用漿液濃度的表示方法有百分比濃度、水灰比、波美度等。 一般漿液濃度可用百分比濃度來表示，表達式為 （溶質質量/漿液質量）100 水泥漿液可用水灰比來反映漿液濃度，表達式為 水泥漿液水灰比與密度有以下關系 而水玻璃濃度可用波美度Be表示,2019/6/30,11,10.2 注漿漿液的基本性能參數,測定漿液密度時，最好在該漿液的所有成分混合后，形成凝膠之前測定完畢。 若凝膠時間太短，可對甲、乙液分別測定，然后按其在配方中用量多少來計算密度。 由于漿液配方的改變，有些漿液密度可能會有一個變化范圍，這時需測出最大和最小值。,2019/6/30,12,10.2 注漿漿液的基本性能參數,漿液pH值 漿液酸堿度用pH值表示。漿液pH值等于漿液中氫離子濃度（摩爾濃度）的負對數值，即 pH-lgH+ 為測定pH值所使用的試劑稱為pH值指示劑，指示劑在pH值超過一定值范圍時發(fā)生變色。 而為測定pH值使用的試紙稱pH試紙，在紙上染有指示劑的顏色。,2019/6/30,13,10.2 注漿漿液的基本性能參數,漿液的粘度 粘度是度量流體粘滯性大小的物理量。漿液粘度是指漿液所有成分混合后的初始粘度。 對理想漿液的粘度要求： 初期粘度低，一旦凝膠則粘度急劇增大。 漿液粘度的大小直接影響漿液的擴散半徑，同時也決定著注漿壓力、流量等參數的確定，從而影響到注漿效果。 測定漿液粘度可采用斯托默旋轉式粘度計等。 水泥漿的粘度通常用時間秒(s)表示，而一般液體的粘度用帕秒（Pas）表示。,2019/6/30,14,表10-2 幾種常用注漿材料的粘度及測定方法,2019/6/30,15,10.2 注漿漿液的基本性能參數,漿液凝膠時間 一般是指在一定溫度下，從參加反應的全部成分混合時起，到漿液失去流動性止所經過的時間，可分為初凝時間和終凝時間。 凝膠時間除與參加反應的成分有關外，還受漿液配比、濃度、催化劑、溶劑、水的pH值以及溫度的影響。 為了得到較理想的漿液擴散半徑和較好的注漿效果，凝膠時間應能準確地調節(jié)和控制。,2019/6/30,16,10.2 注漿漿液的基本性能參數,測定漿液的凝膠時間方法有：粘度計法和倒杯法。 粘度計法：適用于凝膠時間大于3 min的溶液型材料。 倒杯法：適用于各種材料，凝膠時間從瞬時至幾十分鐘都能使用。 測定方法是：首先用量簡量取A液（主液）與B液（固化劑），分別置入燒杯中，然后把A液倒入裝有B液的燒杯中，立即把A、B混合液再倒入A液的燒杯中，重復交替混合A、B液，直至漿液不再流動時或漿液呈現粘稠狀為止，所經過時間即為凝膠時間。 水泥漿液的凝膠時間又可稱為凝結時間。由于水泥漿液的水化反應緩慢，其凝結時間較長，可用試錐稠度儀測定。,2019/6/30,17,表10-3 幾種注漿漿液凝膠（凝結）時間,2019/6/30,18,10.2 注漿漿液的基本性能參數,漿液的注入能力與滲透性 漿液注入能力是指：漿液注入裂隙或土體的難易程度。 水泥類顆粒性漿材的注入能力主要由漿液的流動性、穩(wěn)定性和顆粒粒徑等因素決定；化學漿液則主要由漿液的流動性決定。 漿液的滲透性（可注性）是指：漿液在一定的裂隙或土體中的滲透性能，它不僅依賴于漿液的注入能力，而且與所處理巖土的裂隙或孔隙尺寸有關。滲透性好，漿液在一定壓力下的擴散距離就大。 固結體滲透系數是指：漿液固化后結石體透水性的高低，固結體的滲透系數越小，防滲性能越好。,2019/6/30,19,表10-4 常用注漿材料的滲透性,2019/6/30,20,表10-5 常用注漿材料固結體的滲透系數,2019/6/30,21,10.2 注漿漿液的基本性能參數,浸出液分析 有些化學漿液或其固結體的浸出液具有毒性或腐蝕性，用這類漿液注漿將會產生環(huán)境和地下水的污染，從而引起污染和公害，這關系到注漿材料的取舍問題，因此，應進行這方面的試驗。 試驗時，將尺寸相同但配方不同的兩個試樣分別放入500 ml清水中，浸泡3 d、7 d、28 d后測定其有害離子含量。,2019/6/30,22,10.2 注漿漿液的基本性能參數,漿液固結體的性質 水泥類漿液凝結后的固結體稱為結石體，化學漿液膠凝后形成的固結體稱為凝膠體。 漿液結石（凝膠）率及析水率 漿液結石（凝膠）體積與漿液體積之比稱為結石（凝膠）率，即 對于懸濁漿液，漿液靜止24 h后，析出水的體積與原漿液體積之比稱為漿液的自由析水率，即,2019/6/30,23,10.2 注漿漿液的基本性能參數,漿液固結體的強度 對水泥類懸濁漿液，可用純漿液固結體試件進行強度試驗，而對化學漿液則常在實驗室內用標準砂注漿制成凝膠體試件，然后再進行強度試驗。 強度試驗包括：抗壓強度、抗折或抗剪強度和抗拉強度試驗。 抗擠出強度：是化學漿液凝膠體承受水頭壓力的能力。,2019/6/30,24,10.2 注漿漿液的基本性能參數,試驗裝置是由幾根外徑和長度都相同而內徑不同的厚壁玻璃管和耐壓保護裝置組成。 首先將玻璃管內充滿漿液，待漿液凝結后測定凝膠體在管中的長度；然后將玻璃管裝入耐高壓保護裝置中加壓，每加壓0.1 MPa，穩(wěn)定10 min，直至管中固結體被擠出為止；擠出的最小壓力為該漿液在這種直徑和長度條件下的抗擠出強度。 試驗規(guī)定要對不同直徑結石體進行100、200、300 mm三種長度試驗，以此獲得結石體長度、直徑和抗擠出強度間的一般規(guī)律。,2019/6/30,25,10.2 注漿漿液的基本性能參數,漿液固結體的耐久性 漿液固結體在地下水物理和化學作用下，某些組分的溶出、老化等現象，可使固結體性能降低或喪失。 當固結體所處環(huán)境發(fā)生變化，如地下水升降、基坑開挖暴露等，可使固結體發(fā)生崩解風化。 耐久性試驗的試件：應在密封干、濕、干濕循環(huán)以及壓力滲透條件下養(yǎng)護后進行測定，它反映了最常見的不理想的條件。,2019/6/30,26,10.3 無機系注漿材料,10.3.1 單液水泥類漿液 10.3.2 水泥粘土類漿液 10.3.3 水泥-水玻璃類漿液 10.3.4 水玻璃類漿液 10.3.5 高水速凝材料,2019/6/30,27,10.3.1 單液水泥類漿液,單液水泥類漿液：是指以水泥為主，添加一定量附加劑，用水調制而成，采用單液方式注入巖土層的漿液。 注漿工程中最常用的是普通硅酸鹽水泥，也采用礦渣水泥、火山灰水泥等，但通常要求水灰比不大于1.0。 由于純水泥漿隨水灰比的增大，漿液的粘度、密度、結石率、抗壓強度等均出現明顯地下降，且純水泥漿易沉淀析水、穩(wěn)定性差、凝結時間較長，在地下水流速較大條件下漿液易受水的沖刷和稀釋。因此，為了改善水泥漿性質，常在水泥漿中摻入各種附加劑 。 附加劑能改善水泥漿液的性能，包括：速凝劑、早強劑、塑化劑、懸浮劑、加氣劑、流動劑、減水劑等。,2019/6/30,28,表10-6 純水泥漿液的基本性能,注：1.采用42.5級普通硅酸鹽水泥；2.測定數據為平均值。,2019/6/30,29,10.3.1 單液水泥類漿液,摻入膨潤土或高塑性粘土、析水率5的水泥漿液常稱為穩(wěn)定漿液。 根據注漿工程需要，可在水泥漿中摻入細粒砂、粘性土、粉煤灰、水玻璃等摻合料。摻入摻合料的水泥漿液常稱為混合漿液。 對塑性屈服強度大于20 Pa的混合漿液則稱為膏狀漿液。 制漿材料一般采用重量稱量。 現場制漿時，要求加料準確，并注意加料順序，即先往攪拌機中放入規(guī)定量的水，然后再加入水泥攪拌均勻后再加入附加劑。 漿液的攪拌時間：使用普通攪拌機時不少于3 min，使用高速攪拌機時不少于3 s，攪拌時間大于4 h的漿液應廢棄。 任何季節(jié)注漿漿液的溫度應保持在540之間。,2019/6/30,30,10.3.1 單液水泥類漿液,單一水泥漿優(yōu)點： 材料來源豐富、價格低廉、結石體強度高、抗?jié)B性能好、單一注入方式、工藝簡單、操作方便等，是應用最多的一種材料。 單一水泥漿缺點： 由于水泥是顆粒性材料，可注性較差，難以注入中細砂、粉砂層和細小的裂隙巖層； 凝固時間長，容易流失，造成漿液浪費，易沉淀析出、強度增長慢、結石率低、穩(wěn)定性較差等缺點，所以應用范圍有一定局限性。 國內外在改善水泥漿性能方面做了大量工作，其中超細水泥的出現擴大了水泥漿應用范圍、提高了水泥漿性能。,2019/6/30,31,10.3.1 單液水泥類漿液,超細水泥：由極細的水泥漿顆粒組成，其平均粒徑為4m，最大粒徑約10m，比表面積在8000 cm2/g以上。 超細水泥漿液具有很好的可注性，能注入滲透系數為10-310-4 cm/s的細砂，其可注性與化學漿液相似，而對地下水和環(huán)境無污染。 應用途徑：（1）超細水泥的直接應用必須加外加劑 （2）水泥漿液與外加劑的再加工濕式球磨,2019/6/30,32,SMGC1250（D90）超細水泥： 以球形顆粒為主，可有效封堵小于10 m以下縫隙，粒徑最小可達1.5 m，比表面積達1500 m2/kg。 水泥細化后，比表面積增加，水化反應進行的更徹底，抗壓和抗?jié)B強度得到顯著提高。 具有較強的穩(wěn)定性，良好的防氣竄性能和較強的防漏堵漏能力。 流動性好，可灌性好，后期不收縮。 在細微裂隙灌漿可以取得很好的灌漿效果。,2019/6/30,33,10.3.2 水泥粘土類漿液,粘土粒徑極小（0.005 mm），而比表面積較大，遇水具有膠體化學特性。 粘土礦物的特征是其原子呈層狀排列，不同的排列形式組成了不同的粘土礦物， 最常見的是高嶺石、伊利石、蒙脫石。 在水泥漿中，經常加入一定量的粘土，有時粘土摻量比水泥用量還要多，故稱為水泥粘土類漿液。 粘土分散性高，親水性好，因而漿液沉淀析水性較小，穩(wěn)定性較高。 水泥粘土漿：濃度一般按水泥、粘土、水的質量比表示，粘土顆粒密度通常取為2.75 t/m3。,2019/6/30,34,表10-8 粘土用量對漿液性能的影響,2019/6/30,35,10.3.2 水泥粘土類漿液,從上表可以看出： 水泥漿摻入粘土后可使?jié){液結石率提高； 還可改善水泥分層離析程度，從而改善漿液的可注性； 但摻入粘土過多，會使結石體抗壓強度降低，凝結時間延長。 作為加固注漿時，粘土摻量不宜過多，一般摻量為515。 在水泥粘土類漿液中，也可以加入一些水玻璃、速凝劑等附加劑以改善漿液性能。,2019/6/30,36,10.3.3 水泥-水玻璃類漿液,水泥水玻璃漿液：亦稱CS漿液，以水泥和水玻璃為主劑，兩者按一定比例采用雙液方式注入，必要時加入速凝劑或緩凝劑等。 特點：克服了單液水泥漿的凝結時間長且不能控制、結石率低等缺點，提高了水泥注漿的效果，擴大了水泥注漿的適用范圍。 用途：可用于防滲和加固注漿，在地下水流速較大的地層中采用這種混合型漿液可達到快速堵漏的目的。,2019/6/30,37,（1）水玻璃,水玻璃是氧化鈉（Na2O）與無水二氧化硅（SiO2）以各種比例結合的化合物，其分子式為Na2OnSiO2。 水泥漿中加入水玻璃有兩個作用，是作為速凝劑使用，摻量較少，一般約占水泥重量的35；另一個作用是作為主材料使用，摻量較多。 注漿用水玻璃對其模數和濃度有一定的要求。模數M是描述水玻璃性能的一個重要參數，其定義為 水玻璃模數的大小對注漿影響很大。 模數小，二氧化硅含量低，凝結時間長，結石體強度低； 模數大，二氧化硅含量高，凝結時間短，結石體強度高。 模數過大過小都不利。要求水玻璃的模數在2.43.4較合適。,2019/6/30,38,（1）水玻璃,水玻璃濃度以波美度Be表示。波美度與密度有如下關系 水玻璃出廠濃度一般為5056 Be，而注漿使用的范圍為3045Be，其濃度變換可用下式計算：,2019/6/30,39,（2）水泥-水玻璃漿液的性能,根據工程的實際需要，這類漿液一般用于加固和堵水注漿。 對于堵水，特別是水壓較大、流速較快或填充大裂隙時，要求漿液的凝結時間短，且具有一定的抗壓強度。 對于加固地基，則要求漿液具有足夠的抗壓強度。 現分別討論如下： 凝膠時間 抗壓強度 漿液配制 水泥-水玻璃漿液特點,2019/6/30,40,（2）水泥-水玻璃漿液的性能,凝膠時間 水玻璃能顯著加快水泥凝膠時間。 凝膠時間隨水玻璃濃度、水泥漿的濃度（水灰比）、水玻璃與水泥漿的體積比等因素的變化而變化。 一般情況下，水玻璃濃度減小，凝膠時間縮短，并呈直線關系；水灰比越小，水泥與水玻璃之間的反應越快，凝膠時間越短。 總的說來：水泥漿越濃，反應越快；水玻璃越稀，反應越快。,2019/6/30,41,（2）水泥-水玻璃漿液的性能,抗壓強度 決定水泥-水玻璃漿液抗壓強度的主要因素是水泥漿濃度（水灰比）。 其它條件一定時，水泥漿越濃其抗壓強度越高。 水泥漿與水玻璃濃度對抗壓強度的影響見表10-9。,2019/6/30,42,表10-9 水泥漿與水玻璃濃度對漿液結石體抗壓強度的影響,2019/6/30,43,（2）水泥-水玻璃漿液的性能,水泥漿濃度較大時，隨著水玻璃濃度的增加，抗壓強度提高； 水泥漿濃度較小時，隨著水玻璃濃度的增加，抗壓強度降低。 但當水泥漿濃度處于中間狀態(tài)時，則其抗壓強度變化不大。 水泥漿與水玻璃體積比對結石體抗壓強度有一定的影響。 當水泥漿與水玻璃體積比在10.40.6時，其抗壓強度最高，說明水泥漿與水玻璃有一個適當的配合比，在這個配合比的范圍內，反應進行得最完全，強度也就最高。 實際上，濃水泥漿需要濃水玻璃；稀水泥漿需要稀水玻璃，水玻璃過量對其抗壓強度將產生不良影響。,2019/6/30,44,（2）水泥-水玻璃漿液的性能,綜合考慮凝膠時間、抗壓強度、施工及造價等因素，水泥-水玻璃漿液的常用配方為： 水泥為42.5或52.5級普通硅酸鹽水泥 水灰比為0.8111 水泥漿與水玻璃的體積比為1（0.50.8） 水玻璃模數為2.43.4，濃度為（3540）Be。,2019/6/30,45,（2）水泥-水玻璃漿液的性能,漿液的配制 水泥-水玻璃漿液的組成及配制方法見表10-10。 但使用緩凝劑時，應注意加料順序、攪拌和放置時間。 加料順序為：水緩凝劑水泥，攪拌時間應不少于5 min，放置時間不宜超過30 min。,2019/6/30,46,（2）水泥-水玻璃漿液的性能,水泥-水玻璃漿液的特點 水泥-水玻璃漿液的凝膠時間可控制在幾秒至幾十分鐘范圍內； 結石體抗壓強度較高，可達1020 MPa； 結石率可達100； 結石體滲透系數為10-3 cm/s；可用于裂隙為0.2 mm以上的巖體或粒徑為1.0 mm以上的砂層； 材料來源豐富，價格較低； 對環(huán)境及地下水無毒性污染，但有NaOH溶出，對皮膚有腐蝕性； 結石體易粉化，有堿溶出，化學結構不夠穩(wěn)定。,2019/6/30,47,表10-10 水泥-水玻璃漿液組成及配方,2019/6/30,48,10.3.4 水玻璃類漿液,水玻璃類漿液： 是以水玻璃為主劑，加入膠凝劑，反應后生成凝膠。 因其材料來源廣、價格便宜，對環(huán)境無害而被廣泛采用。 它可用于單一漿液灌注，也可作為水泥注漿的速凝劑使用。 用水玻璃作主劑時，可根據工程需要采用不同的固化劑，其凝膠時間及性能可通過不同的配方試驗確定。,2019/6/30,49,10.3.4 水玻璃類漿液,幾種性能較好的水玻璃類漿液。 （1）水玻璃-氯化鈣漿液 （2）水玻璃-鋁酸鈉漿液 （3）水玻璃-氟硅酸漿液 （4）水玻璃-乙二醛漿液 （5）酸性水玻璃漿液,2019/6/30,50,10.3.4 水玻璃類漿液,（1）水玻璃-氯化鈣漿液 水玻璃、氯化鈣兩種漿液在土體中相遇時發(fā)生反應可生成二氧化硅膠體，與土顆粒一起形成整體，起到防滲和加固的作用。 這種漿液主要用于地基加固或無粘性土的堵水。 加固每立方米土體所需漿液視土體孔隙率而定。加固后地基承載力： 砂土為15003000 kPa 粉砂約為500 kPa 粘性土約為800 kPa,2019/6/30,51,10.3.4 水玻璃類漿液,注漿方法 水玻璃-氯化鈣漿液可用一根管交替注人，但在換液前必須清洗管路； 也可用雙管注入，即一根管注入水玻璃，另一根管注入氯化鈣漿液，使兩種漿液在地基中相遇而起化學反應形成凝膠。 另可為兩根注漿管通直流電，該法稱為電動硅化法，可以提高漿液的擴散能力。 因兩種漿液在相遇時的瞬間可產生化學反應，凝膠時間不好控制，因此，注漿效果受操作技術及施工經驗影響較大。,2019/6/30,52,10.3.4 水玻璃類漿液,水玻璃-鋁酸鈉漿液 水玻璃與鋁酸鈉在地基中反應而生成的凝膠物硅膠和硅酸鋁鹽可以膠結土顆粒。 其反應方程式為 3Na2OSiO2+2NaAlO2Al(SiO3)2+4Na2O 主要用于堵水或加固地基。 改變水玻璃模數、濃度、鋁酸鈉含鋁量可調節(jié)凝膠時間。 水玻璃模數越高，凝膠時間越短；濃度越低，凝膠時間越短；鋁酸鹽含鋁量增加，凝膠時間縮短。 高濃度漿液強度雖高，若被地下水稀釋，其凝膠時間反而縮短。,2019/6/30,53,10.3.4 水玻璃類漿液,水玻璃-氟硅酸漿液 氟硅酸（H2SiF6）水溶液無色、呈強酸性、能侵蝕玻璃，需保存于塑料容器中。 漿液的凝膠時間主要受水玻璃、氟硅酸用量的多少影響。水玻璃濃度降低，或水玻璃用量減小均使凝膠時間縮短。 固結體抗壓強度隨水玻璃濃度的增加而增加，隨氟硅酸用量的增加而增加。 這種漿液配方簡單、操作方便，使用時，水玻璃與氟硅酸兩者可等體積注入，氟硅酸不足部分可加水補充。,2019/6/30,54,10.3.4 水玻璃類漿液,水玻璃-乙二醛漿液 這是一種性能良好的水玻璃漿液，但其成本較高，且受來源的限制，因而使用上受到了影響。,2019/6/30,55,表10-11 水玻璃類漿液的組成、性能及主要用途,2019/6/30,56,10.3.4 水玻璃類漿液,膠凝劑的品種較多，有些膠凝劑與水玻璃的反應速度很快，如氯化鈣、磷酸和硫酸鋁等，它們和主劑必須在不同的注漿管或不同的時間內分別注入，所以稱雙液注漿法； 另一些膠凝劑如鹽酸、碳酸氫鈉和鋁酸鈉等與水玻璃的反應速度較慢，因而主劑與膠凝劑能在注漿前預先混合注入同一鉆孔中，所以稱為單液注漿法。 雙液法中兩種化學劑的反應幾乎是立即發(fā)生，而單液法中漿液的凝膠時間較長，粘度增長速度較慢，故單液法的有效擴散半徑比雙液法大，但單液法的凝膠強度一般比雙液法低。 為克服單液法的這一缺點，近年來用有機物作為膠凝劑的研究和應用得到迅速發(fā)展，這些有機劑包括乙二醛、醋酸乙酯、甲酰胺等。,2019/6/30,57,10.3.4 水玻璃類漿液,酸性水玻璃漿液 通常所用水玻璃為強堿性材料，其凝膠體有堿溶出、脫水收縮和腐蝕現象，這影響了它的耐久性，而且對環(huán)境有一定的污染。而酸性水玻璃可在中性或酸性條件下凝膠，且凝膠體沒有堿溶出。 酸性水玻璃的制備有酸化法和離子交換法兩類。 因離子交換法操作比較困難，工程中一般不采用，酸化法又分直接法和間接法兩種，前者是把酸性材料直接用作水玻璃的膠凝劑，后者是用酸性材料先把水玻璃酸化，然后再用堿性膠凝劑使之在弱酸性或中性范圍內發(fā)生膠凝。 在酸化過程中，必須保持pH值不大于2，因為這時它的穩(wěn)定性最高，不易自凝。,2019/6/30,58,10.3.4 水玻璃類漿液,為使水玻璃漿液在土體中溶出降低到最低限度，減小污染，增加固結體的耐久性，除了上述酸性水玻璃漿液外，還可通過降低水玻璃溶液中的Na2O含量得到高模數的酸性水玻璃。 由于在脫鈉過程中已經逐步產生了硅膠，所以實際上已完全改變了原水玻璃的特性，這種漿液可在中性或微酸性范圍內凝膠；又因為生成水溶性鹽的鈉離子大部分已被脫去，這就減少了它在土體中的溶出，相應地增加了固結體的耐久性，降低了污染的程度。該漿液的主要性能如下： 粘度：5 mPa.s； 凝膠時間：從瞬時至30 min內任意調整； 固砂體抗壓強度：0.390.59 MPa； 耐久性試驗：固砂體在水中浸泡其強度不降低。,2019/6/30,59,10.3.4 水玻璃類漿液,水玻璃類漿液除了上述幾種漿液外，還有水玻璃-磷酸類、水玻璃草酸硫酸鋁類、水玻璃-二氧化碳類、水玻璃-有機膠凝劑類等。 由于水玻璃來源豐富，價格較低，污染較小，加之各種固化劑的不斷出現，使水玻璃類漿液性能不斷改進。 但在應用水玻璃時應注意以下幾點： 1）漿液凝膠后能釋放出一定量的自由鈉離子，它雖無毒，但對地下水有污染； 2）由于硅膠具有粘塑性質，注漿后承受長期荷載時，其強度有所降低，因此，當用水玻璃類漿液加固砂土時，應充分考慮加固體的蠕變特性； 3）酸性水玻璃漿液在含水量較高的土質中使用時，pH值容易受到地下水稀釋的影響，其結果是較難把握準確的凝膠時間。,2019/6/30,60,10.3.5 高水速凝材料,高水速凝材料是選用鋁礬土、石灰和石膏為主要原料，配以多種無機原料和附加劑，經磨細、均化等工藝配制成甲、乙兩種粉料的水硬性膠結材料。是一種具有獨特性能的新型材料，其主要技術特征如下： 由甲乙兩種固體粉料組成。 具有高含水性，其水和固體粉料體積比高達6.7:1.09.0:1.0，重量水固比（即水灰比）為2.2:12.57:1。 具有可注性。甲乙兩種固體粉料與水攪拌制成的甲乙兩種漿液，單獨放置可達24小時以上不凝固、不結底，流動性好，適應于遠距離輸送。 具有速凝性。甲乙兩種漿液混合后30分鐘之內即可凝結成固體。 強度性能。甲乙兩種材料漿液混合后開始凝固，1h抗壓強度達0.51.0 MPa，2h強度達2.0 MPa，一天達4.0 MPa，7天以后達5.0 MPa以上。 無毒、無害、無腐蝕。 酸堿性：甲料的pH為910，為弱堿性；乙料的pH為1112，為堿性。 高水材料所形成的結石體早期破壞后還具有重結晶恢復強度的特性。,2019/6/30,61,10.3.5 高水速凝材料,由于高水速凝材料具有高水、速凝、可注性好等特殊性能，因此，高水速凝材料不僅在采礦工程中的巷道支護、釆空區(qū)充填、壁后充填支護、錨噴支護等工程中得到廣泛使用，而且在地下工程與地基的加固、注漿堵漏及建筑、水利、公路等工程領域也有廣泛的應用前景。,粉煤灰高水膠結固化劑： 用于礦山井下沿空留巷、充填開采； 初凝時間可按照要求進行調整； 28天單向抗壓強度可達到20 MPa左右。,2019/6/30,62,2019/6/30,63,表10-12 高水速凝材料力學性能試驗結果,注：試件養(yǎng)護溫度為20,2019/6/30,64,10.4 有機系注漿材料,有機系注漿材料的品種很多，包括丙烯酰胺類、木質素類、聚氨脂類、脲醛樹脂類、不飽和聚脂類、熱瀝青類、環(huán)氧樹脂類等。 10.4.1 丙烯酰胺類漿液 10.4.2 木質素類漿液 10.4.3 聚氨酯類漿液* 10.4.4 脲醛樹脂類漿液* 10.4.5 其它有機類注漿材料 （1）環(huán)氧樹脂類漿液* （2）糠醛樹脂類漿液 （3）甲凝漿液 （4）丙強漿液 （5）聚酯樹脂類漿液*,2019/6/30,65,10.4.1 丙烯酰胺類漿液,丙烯酰胺類漿液，國內簡稱丙凝漿液，也稱為MG646、ZH-656或TKH946，國外稱為AM-9或日本-SS。 它是以有機化合物丙烯酰胺為主劑，配合其它藥劑而制成的漿液。 其粘滯性與水接近，且凝結前維持基本不變，以水溶液狀態(tài)注入土中，發(fā)生聚合反應后形成具有彈性的、不溶于水的聚合物。,2019/6/30,66,表10-13 丙凝漿液的組成、配方及性能,注：甲、乙液等體積注入；配方其余部分為水；MBAM應選用溫水溶解，后加入AAM。,2019/6/30,67,10.4.1 丙烯酰胺類漿液,1980年美國研制成AC-400漿材，以10丙烯酸鹽水溶液為主劑，毒性比丙烯酰胺漿液低。 1982年中國水科院研制成AC-MS，其毒性僅為上述漿材1左右。 丙烯酰胺類漿液及凝膠體的特點有以下幾方面： 漿液粘度小，與水接近，常溫標準濃度下為1.210-3Pa.s，具有良好可注性。 凝膠時間可準確地控制在幾秒至幾十分鐘之間，且凝膠是在瞬間發(fā)生并在幾分鐘之內就達到其極限強度，聚合體體積為漿液體積的100。 凝膠體抗?jié)B性好，其滲透系數為10-910-10cm/s。 凝膠體抗壓強度較低，約0.20.6 MPa，一般不受配方影響，在較大裂隙內的凝膠體易被擠出，因此，僅適用于防滲注漿。 丙凝漿液及凝膠體耐久性較差，且具有一定的毒性，對神經系統(tǒng)有毒害，對空氣和地下水有污染。 丙烯酰胺漿液價格較貴，材料來源也較少。 丙凝漿液與鐵質易起化學作用，具腐蝕性，凡漿液所流經的部件均宜采用不與漿液發(fā)生化學作用的材料制成。,2019/6/30,68,10.4.2 木質素類漿液,木質素類漿液：是以紙漿廢液為主劑，加入一定量固化劑所組成的漿液。為了加快凝膠速度和提高結石體抗壓強度，往往加入促進劑。 木質素類漿液包括鉻木素和硫木素兩種漿液。 鉻木素漿液的固化劑是重鉻酸鈉，由于重鉻酸鈉的毒性較大（飲水中允許含量0.05mg/L），因此，這種漿材難以大規(guī)模使用。 硫木素漿液是在鉻木素漿液的基礎上發(fā)展起來的，是采用過硫酸銨完全代替重鉻酸鈉，使之成為低毒、無毒的木質素漿液，這是一種很有發(fā)展前途的注漿材料。 硫木素漿液配方及主要性能見表10-14。 （杜嘉鴻，王和. 無毒漿材硫木素配方的研究. 有色金屬(礦山部分)，1978/03）,2019/6/30,69,表10-14 硫木素漿液配方及主要性能,2019/6/30,70,10.4.3 聚氨酯類漿液,聚氨酯類漿液： 采用多異氰酸酯和聚醚樹脂等作為主要原材料，加入各種外加劑配制而成。 漿液注入地層后與水發(fā)生反應生成聚氨酯泡沫體，起加固地基和防滲堵水作用。 它可分為： 非水溶性聚氨酯漿液（簡稱PM） 水溶性聚氨酯漿液（簡稱SPM）,2019/6/30,71,10.4.3 聚氨酯類漿液,（1）非水溶性聚氨酯類漿液 非水溶性聚氨酯類漿液（PM）只溶于有機溶劑，PM型漿液的配方變化較大。其預聚體（把主劑先合成為聚氨酯的低聚物）制備方法有熱法和冷法兩種： 熱法是將所需藥品按一定比例稱重后，放入搪瓷捅內攪拌并加熱，待反應開始后停止加熱，保持溫度在100左右，反應1h即可。 冷法是將所需藥品按一定比例稱量后，放入塑料桶內搖勻，將蓋蓋緊，如溫度過高須用冷水冷卻。 熱法適用于做大量預聚體，冷法適用于做小量預聚體。 預聚體制成后，在注漿前加入發(fā)泡靈和丙酮，攪拌均勻，臨注漿時再加入三乙胺。 現在預聚體己有批量生產。,2019/6/30,72,表10-15 PM型漿液組成及主要性能,2019/6/30,73,10.4.3 聚氨酯類漿液,（2）水溶性聚氨酯類漿液 水溶性聚氨酯（SPM）與非水溶性聚氨酯（PM）的主要區(qū)別在聚醚。PM漿液所用的聚醚是環(huán)氧丙烷聚合物，而SPM漿液所用的聚醚是環(huán)氧乙烷聚合物，后者具有親水性。 水溶性聚氨酯也采用預聚體法，即將聚醚（固體）加熱溶化，而后與甲苯二異氰酸酯按一定比例混合格勻，在80條件下