无机系列注浆材料与有机系列注浆材料

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1、第二章 注浆材料(cilio)第一节 概况(gikung)第二节 无机系列(xli)注浆材料 第三节 有机系列注浆材料 第四节 注浆材料的性能及 其测试方法第一页，共61页。第一节 概况(gikung)一、注浆材料(cilio)及特点（一）注浆材料(cilio)以改良地基为目的，在地基中注入的材料称为注称材料。注浆过程中发生由液相到固相再转变成结石体的结果，因此，凡是一种液体在一定条件下可以变成固体的物质，一般来讲都可以当作注浆材料。第二页，共61页。注浆材料(cilio)的组成1。原材料 原材料包括主剂和助剂，助剂可根据(gnj)它在浆液中的作用，分为固化剂，催化剂，速凝剂、缓凝剂和悬浮剂等

2、。2。浆液(jingy)它是原材料用水或其他溶剂混合后所配制的液体，也是注浆时所用的材料。3。结石体 它是浆液经过一定的化学或物理反应之后形成的固体，用一充填、堵塞地层中的裂隙或孔隙，达到堵水或加固有目的。第三页，共61页。原材料变为结石(jish)体的过程原材料浆液(jingy)结石(jish)体溶剂第四页，共61页。（二）对注浆材料的一般(ybn)要求（1）浆液(jingy)粘度低、流动性好、可注性好，能够进入细小 隙缝和粉细砂层；（2）浆液凝固时间能够在几秒至几小时内任意调节，并 能准确(zhnqu)地控制；（3）浆液的稳定性好，常温、常压下较长时间存放不改 变其基本性质，不发生强烈的化

3、学反应；（4）浆液无毒、无臭，不污染环境，对人体无害，属非 易燃、易爆物品；（5）浆液对注浆设备、管路、混凝土建筑物及橡胶制品 无腐蚀性，并且容易清洗；第五页，共61页。（二）对注浆材料(cilio)的一般要求（6）浆液(jingy)固化时，无收缩现象，固化后有一定粘结 性，能牢固地与岩石、混凝土及砂子等粘结。（7）浆液(jingy)结石率高，结石体有一定的抗压强度和抗 拉强度，不龟裂，抗渗性好。（8）结石体耐老化性能好，能长期耐酸、碱、盐、生物细菌等腐蚀，并且不受温度、湿度的影响；（9）注浆材料的粒度越细，注浆效果越好，但 浆液成本也就越高；（10）浆液配制方便，操作容易 掌握，原材料来 源

4、丰富，价格便宜，能够大规模使用。第六页，共61页。二、注浆材料(cilio)的分类 1。按状态可分为(fn wi)真溶液、悬浮液和乳化液；2。按工艺性质可分单浆液和双浆液；3。按颗粒分粒状浆液和化学浆液；4。按主剂性质分无机系列和有机系列。第七页，共61页。按主剂性质(xngzh)分无机系列和有机系列 单液水泥类浆液 水泥粘土类浆液 无机系列 可控域粘土固化浆液 水泥水玻璃类浆液 水玻璃类浆液注浆材料 丙稀酰胺类浆液 质素(zh s)类浆液 有机系列 脲醛树酯类浆液 聚氨酯类浆液 其他有机类浆液第八页，共61页。第二节 无机(wj)系列注浆材料一、单液水泥(shun)类浆液 以水泥为主包括添加

5、一定量的附加剂，用水配制(pizh)成浆液，采用单液方式注入，这样的浆液称为单液水泥浆。所谓附加剂，系指水泥的速凝剂、早强剂、塑化剂、悬浮剂等。第九页，共61页。（一）水泥浆的基本(jbn)性能 1纯水泥浆的基本(jbn)性能 纯水泥浆是指不包括附加(fji)剂，只有水泥和水调制而成的浆液。从试验结果可以看出，随着水灰比的增大，水泥浆的粘度、密度、结石率、抗压强度等都有十分明显的降低，初凝、终凝进间逐渐延长。第十页，共61页。2单液水泥浆的中附加(fji)剂的作用 1）水泥(shun)的速凝剂 能够缩短水泥凝固时间的化学(huxu)药剂。在一般情况下，单液水泥浆还是采用古老的办法，即是在水泥浆

6、中加入占水泥重量5%以下氯化钙或占水泥重量3%以下的水玻璃，其性能如表所示：2）水泥的速凝早强剂 为了控制水泥浆的扩散范围，缩短注浆工程的时间和提高注浆堵水效果，加入速凝早强剂起到很好的效果。一般水泥的速凝早强剂是复合附加剂。第十一页，共61页。2单液水泥浆的中附加(fji)剂的作用3）水泥(shun)的分散剂和悬浮剂 因单液水泥浆易沉淀析水，为了使水的泥颗粒能较长时间悬浮于水中，就需要加入悬浮剂。为了降低水泥浆的粘度，提高浆液的流动性，增加(zngji)浆液的可注性，往往加入分散剂。4）水泥的基他附加剂 往往在水泥浆中加入其他的一些附加剂，如缓凝剂、流动剂、加气剂、膨胀剂、防析水剂等。第十二

7、页，共61页。（二）单液水泥浆的配制(pizh)配制水泥浆时，力求加料(ji lio)严格准确，顺序一定要在加水后，在搅拌的情况下方能加入水泥，以免搅拌机卡住，待搅拌均匀后，再加入附加剂。第十三页，共61页。（三）单液水泥浆的特点(tdin)1）水泥用为注浆材料，来源(liyun)丰富，价格低廉 2）浆液结石体强度(qingd)高，抗渗性能好；3）采用单液方式注入，工艺及设备简单，操作方便；4）由于水泥是颗粒材料，可注性差，难以注入中细 粉砂层及裂隙岩层；5）水泥浆液初、终凝时间长，不能准确控制，容易 流失，结石率低。第十四页，共61页。二、水泥(shun)粘土类浆液 在单液水泥浆液(jing

8、y)中，加入一定量的粘土，粘土的加入量有时比水泥的量还多，称为水泥粘土类浆液(jingy)。1。水泥粘土(zhn t)类浆液的配制 配制水泥粘土类浆液时，其搅拌时间不应该超过半小时，如果再延长搅拌时间，会使结构强度下降，塑性强度降低。第十五页，共61页。2。水泥(shun)粘土类浆液的特点（1）水泥粘土(zhn t)类浆液较单液水泥浆液成本低，流动性好，抗渗性强，结石率高；（2）水泥粘土类浆液其抗压强度因配方不同 有所差异，一般情况(qngkung)下为510MPa,相 比单液水泥浆有所下降，只适用于充填 注浆。（3）浆液材料来源丰富，价格低廉。（4）浆液无毒性，对地下水和环境无污染。第十六页

9、，共61页。三、可控域粘土(zhn t)固化浆液 可控域粘土固化浆液(jingy)是以粘土为主剂加入一定量的添加固化剂而成的浆液(jingy)，由于对粘土的要求低，一般都是就地取材，因此具有浆液(jingy)成本低、应用范围大等特点。第十七页，共61页。可控域粘土固化浆液(jingy)的特点（1）浆液以粘土(zhn t)为主要成分，占80%85%，浆液 成本低，相当于水泥浆液的1/3左右；（2）浆液(jingy)具有高分散性和高可控流变性，且其结 石体不收缩，困而，浆液(jingy)可轻易地渗入岩石 功土层的细微裂隙孔隙中，加上其结石不收 缩，堵水率可达90%以上；（3）浆液可泵性好，扩散半径

10、可控。（4）浆液具有抗水稀释性、流变可控制等特点。（5）浆液结石本塑性强度高化学稳定性好。第十八页，共61页。四、水泥(shun)-水玻璃类浆液 称CS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(jir)附加剂所形成的注浆材料。（一）水泥(shun)水玻璃浆液的性能 水泥 水玻璃浆液的性能一般注重浆液的凝胶时间和抗压强度这两种性能 第十九页，共61页。第二十页，共61页。第二十一页，共61页。第二十二页，共61页。凝胶时间(shjin)和抗压强度 1）凝胶时间是指水泥浆与水玻璃相混合时起 至浆液不能流动为止的这段时间，凝固(nngg)时 间可以从几秒种到几十分钟

11、内准确控制，影响因素有水泥品种、水泥浆浓度、水玻 璃浓度、水泥浆与水玻璃体积比及浆液湿 度等 2）抗压强度 水泥水玻璃浆液结石体、抗压 强度较高，强度较高，并且增长速度(zn chn s d)很快，影响水泥水玻璃浆液的抗压强度因素主 要有水泥浆浓度、水玻璃浓度、水泥浆与 水玻璃体积比等。第二十三页，共61页。水泥(shun)品种对凝胶时间的影响第二十四页，共61页。水玻璃浓度对凝胶时间(shjin)的影响第二十五页，共61页。温度(wnd)对凝胶时间的影响第二十六页，共61页。（二）水泥水玻璃浆液(jingy)的特点（1）浆液可控性好，凝胶时间可准确(zhnqu)控制在几秒 至几十分钟的范围内

12、；（2）浆液结石(jish)体强度高，可达10.020.2MPa；（3）浆液的结石率高，可达100%；（4）结石的渗透系数小，为10-3cm/s；（5）该浆液适宜于0.2mm以上的裂隙。（6）材料来源丰富，价格便宜；第二十七页，共61页。五、水玻璃类浆液(jingy)水玻璃类浆液是指水玻璃在固化剂作用(zuyng)下产生凝胶的一种注浆材料。水玻璃类浆液(jingy)有很多种：（一）水玻璃氯化钙浆液 水玻璃与氯化钙两种液体在地下土壤中相遇，立即发生化学反应，生成二氧化硅胶体，交将土包围起来凝成整体，不仅起到防渗作用，更主要的起到加固作用。第二十八页，共61页。水玻璃类浆液(jingy)第二十九页

13、，共61页。水玻璃类浆液(jingy)第三十页，共61页。五、水玻璃类浆液(jingy)（二）水玻璃铝酸钠浆液(jingy)水玻璃与铝酸钠反应，生成凝胶物质硅胶及硅酸铝盐，胶结(jioji)砂和土壤，起到加固和堵水作用。（三）水玻璃硅氟酸浆液 水玻璃和硅氟酸两种药液一经相遇便产生絮状觉淀物，在性能上是一种比较好的水玻璃浆液。（四）其他类水玻璃浆液（1）水玻璃磷酸类（2）水玻璃草酸硫酸铝类（3）水玻璃二氧化碳类（4）水玻璃有机胶凝剂类 第三十一页，共61页。第三节 有机(yuj)系列注浆材料一、丙烯酰胺类浆液(jingy)丙烯酰胺类浆液(jingy)（简称丙凝浆液(jingy)），是以有机化合物

14、丙烯酰胺为主剂，配合其他交联剂、促进剂和引发剂等材料而制成的液体，其以水溶液状态注入地层，在地层中发生聚合反应而形成具有弹性、不溶于水的聚合体。第三十二页，共61页。（一）丙烯酰胺类浆液(jingy)的性能 丙烯酰胺类浆液要求双液系统注入，主剂、交联剂、还原剂（或强还原剂）及缓凝聚剂溶解在水中单独存放(cnfng)，简称甲液；氧化剂也溶解在水中单独存放(cnfng)简称乙液。性能主要是指其凝胶时间和抗压强度，而它的抗压强度一般来讲是比较低的，凝胶时间则可以控制(kngzh)在几秒到几个小时之间，影响凝胶时间的有：温度、硫酸亚铁、pH值、铁氰化钾及水中离子等影响因素。第三十三页，共61页。温度对

15、凝胶时间(shjin)的影响第三十四页，共61页。硫酸亚铁(li sun y ti)对凝胶时间的影响第三十五页，共61页。第三十六页，共61页。第三十七页，共61页。（二）丙烯酰胺类浆液(jingy)的特点（1）浆液(jingy)粘度小（2）凝胶时间可以准确地控制(kngzh)在几秒 至几十分钟的范围内（3）凝胶体抗渗性能好，渗透系数为 10-910-10cm/s（4）凝胶体抗压强度低第三十八页，共61页。二、木质素类浆液(jingy)木质素类浆液是以纸浆废液为主剂，加入(jir)一定量的固化剂所组成的浆液。目前(mqin)木质素类浆液包括：1。铬木质素浆液2。硫木质素浆液板 第三十九页，共6

16、1页。铬木质素浆液(jingy)铬木质素浆液是一种双液系统注入的注浆材料，浆液由三部分(b fen)组成，甲液是亚硫酸钙纸浆废液（简称废液），乙液包括固化剂和促进剂，固化剂目前国内外均采用重铬酸钠，促进剂有三氯化铁、硫酸铝、硫酸铜、氯化侗等。铬木质素浆液根据促进剂不同(b tn)可分为：（1）纸浆废液重铬酸钠浆液（2）纸浆废液三氯化铁重铬酸钠浆液（3）纸浆废液铝盐及铜盐重铬酸钠浆液（4）硼砂铬木质素浆液第四十页，共61页。铬木质素浆液(jingy)的特点（1）浆液的粘度(zhn d)较小，可灌性好，渗透系数为 10-310-4cm/s的基础均可适于灌浆。（2）防渗性能(xngnng)好，其渗透

17、系数达10-710-8cm/s。（3）浆液的胶凝时间可在几秒钟至数十分钟范围内调节。（4）新老凝胶体之间的胶结较好，结石体的强度 达0.40.9MPa。（5）原材料来原广，价格低廉。第四十一页，共61页。（二）硫木质素浆液(jingy)由于重铬酸钠是一种剧毒药品(yopn)，以过硫酸铵完全代替重铬酸钠，成为无毒的硫木质素浆液。硫木质素浆液(jingy)的特点：（1）浆液粘度与铬木质素相似，可灌性能好。（2）胶凝时间随浆液中木质素、氯化铁等含量的增 加而缩短，一般可在几十秒至几十分钟之间控制。（3）凝胶体不溶于水、酸及碱溶液中，化学性能较稳定。（4）结石体搞压强度在0.5MPa。第四十二页，共6

18、1页。三、脲醛树脂类浆液(jingy)脲醛树脂是由脲素和甲醛缩合而成的一种高分子聚合物，固化前是一种水溶性树脂，用水配制成水溶液，这种溶液在酸性条件下，在常温、常压下就能迅速固化，并且具有(jyu)一定的强度，因此，它可作为浆材料使用。脲醛树脂类浆液根据工艺(gngy)可分为三类：（1）脲醛树脂浆液（2）脲素甲醛浆液（3）改性脲醛树指浆液 第四十三页，共61页。（1）脲醛树脂浆液(jingy)市售固体含量为55%左右的脲醛树脂为主剂，注浆时加水稀释至40%，然后加入酸或强酸弱碱盐作固化剂，该浆液的特点：材料严源丰富，价格便宜；浆液结石体的强度较高，达40890MPa，但较脆；浆液粘度较大(ji

19、o d)，并且在酸性条件下，对设备有腐蚀性;凝胶体抗渗性差。第四十四页，共61页。（2）脲素甲醛(ji qun)浆液 直接用脲素和甲醛作注浆材料的甲液，固化剂作乙液的一种浆液，脲素甲醛浆液有以下特点(tdin)：浆液的流动性好，粘度低；解决了浆液长期存放的问题；材料来源广泛，成本下降。第四十五页，共61页。（3）改性脲醛树指浆液(jingy)质脆易碎，抗渗性差，与岩石胶结力不强，并有收缩现象，有效期短等，脲醛树脂(shzh)生产过程中，加入一种或几种能参与反应的化合物或在脲醛树脂(shzh)浆液中加入另一种浆材料混合使用，以取长补短，改性脲醛树脂(shzh)的特点是：浆液结石体可度大，胶结力强

20、，固砂强度可达10.0MPa；浆液粘度低，为25MPaS；浆液凝脱贫时间可控范围宽；凝胶及春固砂体耐久性好，可抗5%浓度的强酸、强 碱和盐的腐蚀；材料来源丰富，成本较低。第四十六页，共61页。四、聚氯酯类浆液(jingy)聚氯酯类浆淮是一种防渗堵漏能力较强、固结强度高的注浆材料，浆液中含有未反应的异氰酸基团，遇水发生化学反应(huxu fnyng)，交联生成不溶于水的聚全体，因此能达到防渗、堵漏和固的目的。聚氨酯类浆液(jingy)可分为:水溶性和非水溶性浆液(jingy)两大类，第四十七页，共61页。非水溶性浆液(jingy)非水溶性聚氨酯是由多异氰酸酯和多羟基化合物聚合而成。当该浆液制备时

21、可分为“一步法”和“二步法”两种。“一步法”就是在灌浆时，将主剂的组成分和外加剂直接一次混合成浆液。“二步法”又称预聚法，是把主剂先合成为聚氨酯的低聚物（预聚体），然后再把预聚体和外加剂按需要配成浆液，这样可以(ky)缓和反应，减少放热，便于控制胶凝时间。第四十八页，共61页。非水溶性浆液(jingy)的特点（1）浆液(jingy)是非水溶液性的，遇水开始反应，因此 不易被地下水冲稀或冲失；（2）浆液(jingy)遇水反应时民泡膨胀，进行二次渗透，扩散均匀，注浆交果好；（3）结石体抗压强度高；（4）采用单液系统注浆，工艺设备简单。第四十九页，共61页。水溶性聚氨酯浆液(jingy)水溶性聚氨酯

22、浆液由预聚体和其他外加剂所组成。预聚体体也是由聚醚树脂和多异氰酸酯反应(fnyng)而成，外加剂与非水溶性聚氨酯所用的基本相同。该浆液的特点：（1）浆液能均匀地分散或溶解在大量水中，凝胶后形 成包有水的弹性体；（2）结石(jish)体的抗渗性能好，一般在10-610-8cm/s之间；（3）浆液的凝胶时间同经根据催化剂或缓凝剂的用量 在数秒到数十分钟之间调节。第五十页，共61页。五、其他(qt)有机类浆液（一）糠醛树脂浆液(jingy)糠醛树脂浆液的特点：（1）糠醛是非水溶性油式液体，微溶于水，加表面活性 剂便产生稳定的乳浊液，在酸性催化剂作用下，与 脲发生反应生成(shn chn)数脂状固体。

23、（2）浆液粘度低，可注性好；（3）浆液原材料来源丰富，价格便宜；（4）浆液固化时间长，不能准确控制，是一个很大的缺 点；（5）糠醛有刺激性气味。第五十一页，共61页。（二）环氧权脂浆液(jingy)环氧树脂浆液的特点：（1）浆液粘结力强，其结石体强度高，收缩小；（2）浆液可在室温固化，其化学(huxu)稳定性好；（3）浆液的缺点主要是粘度偏大，固化时间长。（三）丙烯酸盐浆液(jingy)丙烯酸盐浆液的特点：（1）浆液的粘度底，可注性好（2）浆液的凝胶时间可控制在几秒到几个小时的范围内。（3）浆液化学稳定性好第五十二页，共61页。（四）甲凝浆液(jingy)甲凝浆液的特点 (1)浆液粘度低，可注

24、性好；（2）浆液固化后，其结石体抗压强度及抗拉 强度高；（3）该浆液有水的条件下难以聚合，粘结力 大大下降，所以适用(shyng)于混凝土干细裂缝 的补强注浆。第五十三页，共61页。第四节 注浆材料(cilio)的性能及其测试方法一、密度(md)与相对密度(md)浆液或聚合体的密度是指单位体积的浆液或聚合体所具有的质量(zhling)，密度的单位是g/cm3，计算公式如下：=W/V式中：为密度（g/cm3）；W为物体质量（g）；V为物体体积（cm3）第五十四页，共61页。一、密度(md)与相对密度(md)相对密度是指浆液或聚合体在空气(kngq)中的质量与同体积4。C的蒸馏水在空气(kngq)

25、中的质量之比值。密度与相对密度的关系：式中：为浆液或聚合体在t。C的密度，r为浆液或聚合体在t。C的相对密度；为水在4。C时的密度。水 rtt水第五十五页，共61页。二、粘度(zhn d)粘度是度量流体粘滞性大小的物理量，一般都是指所有组成混合后的初始粘度，粘度大小直接影响(yngxing)浆液的扩散半径，同时决定着注浆的压力，流量等参数的确定，粘度越小，扩散半径越大，越有利于注浆。三、PH值溶液的酸碱度常用(chn yn)PH 值表示。第五十六页，共61页。四、凝胶时间(shjin)凝胶时间一般是指从参加反应的全部组分混合时起直到(zhdo)凝胶发生、浆液不再流动为止的一段时间。由于浆液不同

26、，其凝胶过程所发生的现象也不相同，不同的方法测定凝胶时间：（一）单液水泥浆 可采用圆锥稠度仪来测定(cdng)水泥浆的初凝和终凝时间，并将初凝时间作为凝胶时间。第五十七页，共61页。（二）聚氨酯浆液(jingy)凝胶过程中体积膨胀 先将浆液加入(jir)到特制的容器中，待加入(jir)水后，迅速搅拌，并马上插入玻璃管，浆液开始反应，发泡膨胀直至浆液在下班管内停止上升为止的一段时间为凝胶时间。（三）其他(qt)浆液 记当刚配制好浆液时的时间t0，将浆液连同试管放入与被灌体温度相同的水浴中，每隔25min用玻璃棒试插入浆液中，测试浆液是否凝固，当420mm的玻璃棒自重不能插到浆液底部时，认为已经凝

27、固，记录时间t4。t4t0 可认为是浆液的凝固或凝胶时间。第五十八页，共61页。五、结石(jish)率 浆液体积与结石体体积之比称为结石率（），其表达式为：=V2/V1测定方法：用一支(y zh)50mL的碱式滴定管，注入约30mL浆液至某一刻度，记下读数（V1），待浆液凝固后，再观察体积有无变化，记下数读（V2），即可求得结石率。第五十九页，共61页。六、抗压强度(kn y qin d)抗压强度是指在试件施加压缩(y su)载荷至破坏（脆性材料）或产生屈服现象（非脆性材料）时，原单位横截面上所承受的载荷。七、渗透性（一）渗透(shntu)能力 称可注性，系指对受注地层浆液注入的难易程度，作为注浆材料，要求其渗透能力越强越好。第六十页，共61页。（二）渗透系数 渗透系数是表示土壤(trng)或岩石透水性大小的指标，渗透系数越小，抗渗透性越高，水越难以通过，作为堵水材料。八、粘结(zhn ji)强度 粘结强度是指灌浆材料在补藻体的缝隙中聚合(jh)后，聚合(jh)体与被灌全的粘结能力。作为补强或加固用的灌浆材料，要求聚合(jh)体有较高的粘结强度，以恢复被灌体的整体性和提高被灌体的承载能力。粘结强度的测定方法是用水泥砂浆“8”字形试件粘结试验。第六十一页，共61页。