水泥水玻璃注漿的化學原理

1、1 水泥 水 玻 璃 注 漿 的 化學 原 理 水泥 與 水 玻 璃 的 主 要 化學 反 應(yīng) 為 : Ca(OH)2+NaO ?nSiO2+mH2O Ca? nSiO2?mH2O+NaOH(1)水泥本身的凝結(jié)和硬化主要是水泥水化析出凝膠 性 的 膠 體 物 質(zhì) 所 引 起 的 , 在 硅 酸 三 鈣 的 水 化 過 程 中 產(chǎn) 生 氫 氧 化 鈣 :3CaO ?SiO2+nH2O=2CaO ? SiO2?(n-1)H2O+Ca(OH)2(2) 在混合液中水泥與水玻璃的反應(yīng)快,水泥本身的水解化學反應(yīng)要慢得多。根據(jù)這一原理做了水泥水玻璃不同配比下的凝膠實驗。實驗結(jié)果見表 1。實驗中根據(jù)現(xiàn)場工程實

2、際情況 ,采用了固定水灰比 ,只改變水玻璃漿液濃度及水泥漿液與水玻璃漿比例的方法。2 實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析 根據(jù)表 1 中的數(shù)據(jù)做出不同水泥漿與水玻璃體積比下的凝膠曲線。 從圖 1 及表 1 可以看出 , 水泥 2 水玻璃在不同濃度 (39 814Be ) 下的漿體初凝時間變化不是很大 , 從 3s 到 91s 變化 ; 終凝時間從 21s 變化到 19500s 相差 4 個數(shù)量級 , 這個變化是非常大的。過長的終凝時間 , 注漿時跑漿漏漿是非常嚴重的 , 并且施工效果也不好 , 這說明 : 過稀的水玻璃的濃度達不到加速水泥固結(jié)的目的 ; 水玻璃濃度的變化對水泥的初凝速度影響不大 ; 在一定水玻

3、璃濃度范圍內(nèi), 水泥的凝膠時間變化不大; 水泥凝膠時間的總趨勢是隨著水玻璃濃度變小而增大。 工程中的注漿體主要部分是人工充填的散體結(jié)構(gòu) , 如果終凝時間過長會造成材料浪費 , 并且達不到注漿的效果。但是散體注漿又要求一定的擴散半徑 , 在玲瓏金礦巷道加固工程要求擴散半徑大于 1m小于 10m。所以注漿中既要保證擴散半徑又要不能擴散太遠 , 這就要求水泥漿的初凝和終凝之間有一段合適的時間差。在圖 1 中表現(xiàn)出不斷變稀的水玻璃濃度下, 水泥漿終凝的時間拐點后是直線增大的 , 因此太稀濃度水玻璃不是工程所需要的 , 因而沒繼續(xù)做更稀水玻璃濃度下的水泥凝膠實驗。從圖 2(a) 中可以看出 , 水泥漿與

4、水玻璃體積比為 11情況下 , 水泥漿的終凝曲線在一定范圍內(nèi)變 化較小 , 在濃度為 9Be時出現(xiàn)較大的拐點。初凝是 一條比較平直的曲線。同樣 , 從圖 2(b) 、 (c) 可見 , 在水泥漿與水玻璃體積比分別為 10175 和 10150 情況下 , 在水玻璃濃度分別為 11Be和 13Be時終凝曲線出現(xiàn)變化較大的拐點 , 突然急劇上升 , 而初凝是一條較平直的曲線。從圖 2(d) 可見 , 水泥漿的終凝是曲線呈 U 型變化 , 在水玻璃濃度為 16Be時出現(xiàn)較大斜率 , 波動后直線上升 , 而且速度變化數(shù)量級差別巨大 , 而初凝仍是一條平直的曲線。 從以上分析可以看出 , 在不同的水泥漿

5、與水玻璃體積比下 , 漿液的初凝時間變化不大 , 呈水平直線 , 而水泥的終凝時間是變化很大的 , 在不同體積比下都會出現(xiàn)一個拐點呈直線上升趨勢。 在滿足質(zhì)量情況下 , 從經(jīng)濟角度看 , 在拐點位置附近選擇注漿配比對施工是最經(jīng)濟、最有利的根據(jù)以上分析及要求 , 綜合考慮 , 取水灰比為 11, 水玻璃濃度為 16Be, 水泥漿與水玻璃體積比 為 10125, 是最佳的。其原因如下 : (1) 在水玻璃濃度為16Be時是水泥終凝時間變化曲線的一個拐點 , 并且不同的水泥與水玻璃體積比下 , 此濃度下的初凝與終凝的時間差都比較理想。 (2) 該濃度下可以彌補施工中工人在現(xiàn)場稀釋水泥漿的誤差 , 水泥漿稍濃或稍稀都不會使水泥漿的凝膠差 ( 初凝與終凝的時間差 ) 變化很大。 (3) 該濃度條件下水玻璃凝膠差正合適 , 初凝 3s,終凝 300s, 這樣水泥的擴散半徑可以很好地控制 在一定范圍內(nèi) , 而不至過小或過大 ; 并且可操作性好 , 在施工進程中 , 機器一旦出現(xiàn)故障 , 有足夠的時間清洗輸漿設(shè)備 , 而不至于損壞機器和高壓輸漿管。 通過玲瓏金礦 255 塌陷巷道治理工程證明 , 所采用注漿參數(shù)是最優(yōu)的選擇。3確定合理參數(shù)在實際工程中選擇注漿參數(shù)有