水利水電工程施工手冊第1卷地基與基礎工程--02灌漿02材料漿液

1、第二節(jié)灌漿材料及漿液1灌漿材料水泥灌漿的主要材料是水泥和水，根據(jù)工程需要也可加入黏土、粉煤灰、膨潤土、砂等摻合料和外加劑。1.1水泥水泥的品種和技術性能水泥是一種粉末狀的水硬性無機膠凝材料。水泥的品種繁多，水利水電灌漿工程中使用最多的是普通硅酸鹽水泥，根據(jù)工程條件也可使用硅酸鹽水泥、礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和抗硫酸鹽水泥。它們的技術特性如表2-2-1、表2-2-2和表2-2-3。表2-2-1灌漿工程常用水泥水泥品種代號定義混合材料硅酸鹽水泥P. IP. n由硅酸鹽熟料、05%石灰 石或高爐礦渣、適量石膏磨細 制成的水硬性膠凝材料P. I型不摻混合料；P. n型在硅 酸鹽水泥粉磨時摻加不

2、超過水泥 質(zhì)量5%的石灰石或?；郀t礦渣 混合材料普通硅酸鹽水泥（簡稱普通水泥）P.O由硅酸鹽水泥熟料、6%15%的混合材料、適量石膏磨 細制成的水硬性膠凝材料活性混合材料最大摻量不得超過15% ,其中允許用不超過水泥質(zhì)量5%的窯灰或不超過水泥質(zhì)量10%的非活性材料來代替礦渣硅酸鹽水泥（簡稱礦渣水泥）P.S由硅酸鹽水泥熟料和粒狀高 爐礦渣，并加入適量石膏磨細 制成的水硬性膠結材料水泥中?；郀t礦渣摻加量按質(zhì)量百分比計為 20%70%。允許 用石灰石、窯灰、粉煤灰和火山灰 質(zhì)混合材料中的一種材料代替礦 渣，代替數(shù)量不得超過水泥質(zhì)量的 8%，代替后水泥中粒化高爐礦渣不 得少于20%火山灰質(zhì)硅酸鹽水

3、泥（簡稱火山灰水泥）p.p凡由硅酸鹽水泥熟料和火山 灰質(zhì)混合材料、適量石膏磨細 制成的水硬性膠凝材料水泥中火山灰質(zhì)混合材料摻量 按質(zhì)量百分比計為 20%50%粉煤灰硅酸鹽水 泥（簡稱粉煤灰 水泥）P.F凡由硅酸鹽水泥熟料和粉煤 灰、適量石膏磨細制成的水硬 性膠凝材料水泥中粉煤灰摻量按質(zhì)量百分比計為20%40%抗硫酸鹽硅酸鹽 水泥（簡稱抗硫 酸鹽水泥）P.MSRP.HSR凡以適當成分的硅酸鹽水泥 熟料，加入適量的石膏磨細制 成的具有抵抗硫酸根離子侵蝕 的水硬性膠凝材料P.MSR為中抗硫酸鹽水泥，具有 抵抗中等濃度硫酸根離子侵蝕的 能力；P.HSR為高抗硫酸鹽水泥， 具有抵抗較高濃度硫酸根離子侵

4、蝕的能力表2-2-2幾種水泥的技術要求水泥品種硅酸鹽水泥普通水泥礦渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥適用國家標準GB175GB175GB1344GB1344GB1344密度3.1 3.23.1 3.22.9 3.12.7 3.12.8 3.1細度比表面積300就/kg以上80 /I m篩余10%以下80 /I m篩余10%以下80卩m篩余10%以下80 /I m篩余10%以下凝結時間初凝(min)45以上45以上45以上45以上45以上終凝（h）6.5以上10以上10以上10以上10以上安定性（煮沸法）合格合格合格合格合格抗壓強度（MPa）見表2-2-3氧化鎂（%）5.0以下5.0以下5.0以下5.0

5、以下5.0以下三氧化硫（%）3.5以下3.5以下4.0以下3.5以下3.5以下不溶物（%）P.I 0.75 以下P.H 1.5以下燒失量（%）P. I 3.0以下P.H 3.5以下5.0以下總堿量不大于0.6%或由供需雙方商定表2-2-3水泥強度等級及強度指標強度等級硅酸鹽水泥普通水泥礦渣、火山灰水泥抗折強度（MPa）抗壓強度（MPa）抗折強度（MPa）抗壓強度（MPa）抗折強度（MPa）抗壓強度（MPa）3d28d3d28d3d28d3d28d3d28d3d28d32.52.55.511.032.52.55.511.032.532.5R3.55.516.032.53.55.515.032.5

6、42.53.56.517.042.53.56.516.042.53.56.516.042.542.5R4.06.521.042.54.06.521.042.54.06.519.042.552.54.07.022.052.54.07.022.052.54.07.021.052.552.5R5.07.026.052.55.07.026.052.54.57.023.052.562.55.08.028.062.562.5R5.58.032.062.5專用灌漿水泥水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范DL/T5148-2001規(guī)定，灌漿用水泥的品質(zhì)必須符合 GB175或采用的其它水泥的標準，同時要求帷幕灌漿和壩

7、體接縫灌漿所用水泥 的細度宜為通過 80卩m方孔篩的篩余量不大于 5%。這就是說，當進行帷幕灌漿和壩體 接縫灌漿時，如有可能采用的水泥應當比GB175、GB1344所要求的細度標準更高一些，通過80卩m方孔篩篩余由10%以下提高到5%以下。實踐證明一般的水泥廠家可以達到 這一要求。灌漿規(guī)范還提出，在特殊地質(zhì)條件下或有特殊要求時，可使用干磨細水泥漿液、超細水泥漿液和濕磨水泥漿液。對于接縫灌漿當縫面張開度小于0.5mm時，可使用細度為通過71卩m方孔篩篩余量小于 2%的水泥漿液或細水泥漿液。為此，國內(nèi)一些單位開發(fā) 研制了多種細水泥漿液，這些水泥的主要技術性能如表2-2-4,顆粒級配曲線如圖 2-2

8、-1。表2-2-4幾種細水泥技術性能水泥 名稱生產(chǎn)方式細度主要特點工程實例研究或生產(chǎn) 單位改性細水泥在普通水泥中加 入灌漿劑，使用 棒磨機共同磨 細。當使用量較 大時，可在工地 設廠加工600 800 m2/kg 之間，顆粒尺寸d50 為6卩m 10卩m,d9o=28.42 卩 m，小于30 g m顆粒的累計為95.78%制漿工藝與 普通水泥漿 一樣，生產(chǎn) 能力強。價 格較高、貯 存不便河北大黑汀水庫壩基灌漿工程（花崗片麻巖）等中國建筑材料研究院超細水泥在水泥廠加工生產(chǎn)比表面積大于800m2/kg、d50 在 3 gm5g m之間細度高、有 微膨脹性、 早強。價格 高、貯存不 便小浪底地下洞室

9、混 凝土裂縫漏水處 理；長江三峽導流 明渠和永久船閘基 礎固結灌漿等上海洋涇水泥廠濕磨水泥使用盤磨機在現(xiàn) 場加工，隨磨隨 用dmax<40 卩 m , d50=9.36 卩 m ,小于 30卩m顆粒的累計為92.2%需配置專用 濕磨機，可 隨用隨磨， 價格較低長江三峽二期工程 帷幕灌漿（花崗 巖）；江西萬安水利 樞紐基巖帷幕灌漿（粉細砂巖）長江科學院濕磨水泥使用微粉磨機在 現(xiàn)場加工，隨磨 隨用比表面積 600800 m2/kg 之間， d90=20 卩 m , d50=8.1 卩 m同上云南漁洞水庫壩基 帷幕灌漿（玄武 巖）；黃河小浪底二 號洞F1斷層補強灌 漿（斷層泥、角礫）中國水利水

10、電基礎工程局科研所益供HI幗唱苦1心£袴J_r圖2-2-1三種水泥顆粒級配曲線1-超細水泥；2-改性水泥；3-普通硅酸鹽水泥1.2水凡符合國家標準的飲用水、潔凈的江河湖水，均可用于攪制水泥漿。當使用不明情況的地面和地下水制漿時，應當進行水質(zhì)檢驗，其所含礦物質(zhì)不宜大于DL/T5144-2001水工混凝土施工規(guī)范中對拌制水工混凝土用水的要求（表2-2-5），同時應進行水泥凝結時間和水泥漿結石抗壓強度的試驗，要求使用這種水拌制的水泥漿與使用潔凈水的試樣的初、終凝時間差不得大于30min，水泥砂漿28d的抗壓強度與使用潔凈水的試樣相比不低于90%。表225拌和與養(yǎng)護混凝土用水的指標要求項目單

11、位鋼筋混凝土素混凝土pH值> 4> 4不溶物mg/L<2000< 5000可溶物mg/L<5000<10000氯化物（以Cl計）mg/L<1200< 35002-硫酸鹽（以SO4 計）mg/L<2700< 27001.3黏土、膨潤土1.3.1 黏土黏土是高分散性材料，試驗分析表明，水泥和黏土粗粒部分的含量差不多，但細粒部分卻是黏土占優(yōu)勢。表2-2-6是幾個灌漿工程中所用黏土和水泥的顆粒含量的資料。表2-2-6水泥和黏土細粒部分的含量材料各種尺寸顆粒的含量（%)< 40 卩 m< 20 卩 m< 10 卩 m水泥72.

12、552.531.0黏土76.367.555.3灌漿漿液中加入黏土的目的是：（1）黏土中含有大量的比水泥顆粒更細小的微細顆粒，能灌注到地層的微小裂隙和孔隙中。（2 ）當?shù)貙游鼭{量非常大時，替代部分水泥，降低漿液成本。（3）黏土中的膠體顆粒能大大提高漿液的穩(wěn)定性。在水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范中對黏土的質(zhì)量要求是塑性指數(shù)不宜小于14,黏粒（粒徑小于 0.005mm）含量不宜低于 25%，含砂量不宜大于 5%，有機物含量 不宜大于3%。一般說來，塑性指數(shù)和黏粒含量大一些更好，含砂量大了則應當除砂。膨潤土膨潤土是以蒙脫石為主要礦物成分的黏土，膨潤土中的黏粒含量比普通黏土高得多，它可以作為摻合料或外加

13、劑用于水泥漿中。作為摻合料加入水泥漿的比例通常大于水泥 重量的5%，它在漿液中起的作用與加入黏土所起的作用是相同的。膨潤土作為穩(wěn)定劑 加入水泥漿液的比例通常為水泥重量的1%5%。它的作用主要是提高漿液的穩(wěn)定性，在配制穩(wěn)定漿液時它是必不可少的漿液成分。膨潤土的性能指標詳見本書第六章，作為 穩(wěn)定劑使用的膨潤土宜為I級土或n級土；作為摻和料使用時，各級膨潤土均可。1.4粉煤灰水泥漿液中摻入粉煤灰的主要作用在于節(jié)約水泥、降低成本。此外由于粉煤灰成份 中含有約70%90%活性氧化物（SiO2和AI2O3等），它們能與水泥水化析出的部分氫氧 化鈣發(fā)生二次反應而生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等較穩(wěn)定的低鈣水化物

14、，從而能使?jié){ 液結石的后期強度增長和抗侵蝕耐久性提高。粉煤灰取代水泥的用量要通過試驗來確定，通常摻粉煤灰量是水泥重量的30%40%。粉煤灰的質(zhì)量標準應符合水工混凝土摻用粉煤灰技術規(guī)范DL/5055-1996的要求（表 2-2-7）。表2-2-7粉煤灰品質(zhì)指標和等級序號指標等級I級n級山級1細度（45卩m方孔篩篩余）< 12< 20< 452燒失量< 5< 8< 153需水量比< 95< 105<1154三氧化硫含量< 3< 3< 3根據(jù)工程需要，帷幕灌漿和固結灌漿應采用I級或n粉煤灰，川級粉煤灰可用在回 填灌漿中。1.5砂

15、在水泥漿液中摻入砂，拌制成砂漿主要是用于回填大的空腔或灌注大裂隙、溶洞時 使用。以砂漿代替純水泥漿一可以節(jié)約水泥，二可以提高漿液結石強度。水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范DL/T5148-2001規(guī)定灌漿用砂應為質(zhì)地堅硬的天然砂或人工砂，粒徑不宜大于2.5mm，細度模數(shù)不宜大于 2.0, SO3含量不宜大于1% （以重量計），含泥量不宜大于 3%，有機物含量不宜大于 3%。有條件時應盡量使用天然的細砂或中細砂，其磨圓度好，配制的砂漿和易性、可泵性好。1.6外加劑水泥漿液通常不需要加入外加劑。但有特殊需要時可通過摻入外加劑調(diào)節(jié)水泥漿液 的性質(zhì)，以適應不同的地質(zhì)條件和工程要求。外加劑種類繁多，水泥漿

16、中用得較多的如 表2-2-8。外加劑的品質(zhì)要求可參照DL/T5100-1999水工混凝土外加劑技術規(guī)程的規(guī)定。外加劑品種的選用和摻入量應通過試驗確定。表2-2-8水泥漿的外加劑及摻量名稱試劑用量% （占水泥重）說明速凝劑氯化鈣12縮短凝結時間硅酸鈉0.5 3鋁酸鈉緩凝劑木質(zhì)磺酸鈣0.2 0.5延長凝結時間增加流動性酒精酸0.1 0.5磷酸氫二鈉0.5 2磷酸氫二銨增塑劑木質(zhì)磺酸鈣0.2 0.3降低黏度UNF-50.5 1.0膨脹劑鋁粉0.005 0.02約膨脹1.5%CEA810約膨脹0.0250.1%UEA812膨脹率0.010.035%AEA810膨脹率0.0030.056%穩(wěn)定齊U膨潤土

17、13增加黏度和穩(wěn)定性灌漿劑灌漿劑12增塑、微膨脹2漿液的性能灌漿漿液是一種固液兩相的流體，有著復雜的流體性質(zhì)。其中直接影響漿液的可灌 性、漿液結石的性質(zhì)，從而決定灌漿效果特性主要有水灰比、密度、析水率、黏度、屈 服強度和凝結時間等。在一般情況下，純水泥漿可不進行室內(nèi)漿液試驗。但摻加有摻合 料和外加劑的水泥系混合漿液應進行必要的室內(nèi)漿液性能試驗，必要時還應進行漿液結 石性能試驗。在施工現(xiàn)場一般應進行漿液密度、溫度、漏斗黏度和析水率的檢測和控制。2.1水灰比和密度漿液中水與水泥含量的比值稱為漿液水灰比，我國多采用質(zhì)量比，美國和歐洲國家也采用體積比。漿液的密度是指單位體積的漿液的質(zhì)量，單位g/cm3

18、。已知漿液的水灰比，求漿液密度：(2-2-1)卩 cX (W+1)=c X w +1已知漿液的密度，求漿液的水灰比： C_1w =(2-2-2) c X(i 1)式中 c水泥的表觀密度，g/cm3;3漿液密度，g/cm ；w漿液水灰比。各種水灰比漿液的密度見表2-2-9。表2-2-9水泥漿液密度與水灰比關系對照表水灰比10:18:16:15:14:13:12:1漿液密度1.0651.0821.1071.1271.1561.2041.292水灰比1.5:11:10.8:10.7:10.6:10.5:10.4:1漿液密度1.3721.5131.6051.6631.7351.8251.939注：水泥

19、的表觀密度為3.1g/cm3漿液密度的測定方法見本書第七章。2.2析水率和結石率漿液的析水率是指漿液在靜止狀態(tài)下由于水泥顆粒的沉淀作用而析出水的比率。析水率的大小是漿液穩(wěn)定性的標志。析水率的測定方法：(1) 取1000mL攪拌均勻的水泥漿，注入有刻度的玻璃量筒內(nèi)，蓋上玻璃板；(2) 每隔12min讀記上部清水與下部沉淀液之間刻度一次，直至達到穩(wěn)定標準為 止;(3) 穩(wěn)定標準：連續(xù)三個讀數(shù)完全相同；(4) 析水率計算：析水率 =析出清水體積(ml) /1000 ( mL),以百分數(shù)表示。(5) 注意事項：一般應做二次平行試驗，以平均值作為試驗成果。漿液的水灰比越小，析水率越小，析水時間越長，但大

20、多數(shù)漿液在2h內(nèi)達到沉降穩(wěn)定(圖 2-2-2)。眾.fl圖2-2-2幾種水泥漿的析水量與析水時間關系圖漿液析水后凝結形成的結石的體積占原漿液的體積的百分數(shù)，稱為結石率。顯然，結石率=1 析水率。漿液的析水率、結石率與水灰比的關系如圖2-2-3。各種水灰比的漿液的析水率見表2-2-12。圖2-2-3水泥漿液的析水率、結石率與水灰比的關系(425#普硅水泥)1-析水率；2-結石率2.3漏斗黏度、塑性黏度和屈服強度漏斗黏度、塑性黏度n和屈服強度t （屈服值、動切力）都是表征水泥漿液的流動與變形性質(zhì)的重要指標，它們的物理意義及測試方法詳見本書第七章2.1。采用標準漏斗和馬氏漏斗測得的黏度數(shù)值不同，標準

21、漏斗清水黏度為15s，馬氏漏斗清水黏度為26s。我國以前多用標準漏斗，現(xiàn)在二者都有應用。習慣上簡稱黏度時，通指 標準漏斗黏度，否則應當指明為馬氏漏斗黏度，避免混淆。水灰比是影響漿液塑性黏度和屈服強度的重要因素，水灰比越小，塑性黏度和屈服強度越大（圖2-2-4）。表2-2-10為不同水灰比水泥漿液的塑性黏度、屈服強度和漏斗黏 度示例。水泥的細度對水泥的黏度也有顯著影響，表2-2-11為不同細度的水泥和不同水灰比的漿液的塑性黏度、屈服強度示例。圖2-2-4漿液的塑性黏度和屈服強度與水灰比的關系表2-2-10純水泥漿液的塑性黏度和屈服強度示例水灰比W塑性黏度mPa.s屈服強度Pa漏斗黏度s水灰比W塑

22、性黏度mPa.s屈服強度Pa漏斗黏度s0.34033842.02.5116.30.490673.01.80.7015.80.53723605.01.40.5315.40.62012298.01.30.450.71372410.01.20.4315.20.8952220.01.10.391.06218.8水1.00151.53.61.3716.8不同水灰比 漿液的 流變參數(shù)0. 50. 81. 02. 03. 05. 0塑性黏度 mPa.s屈服強度Pa塑性黏度mPa.s屈服強度Pa塑性黏度mPa.s屈服強度Pa塑性黏度mPa.s屈服強度Pa塑性黏度mPa.s屈服強度Pa塑性黏度mPa.s屈服強度

23、Pa水泥細度2cm /g347536.066.09.68.84.75.62.62.11.82.21.51.3448767.0128.012.520.011.69.43.82.62.51.21.90.7521378.0136.049.049.615.613.53.84.43.63.42.21.9有時候，使用的漿液很濃，水灰比小于0.5:1，漏斗黏度值很大，甚至漿液很難從漏斗中流出，在這種情況下常常使用“流動度”的指標衡量漿液的流動性能，單位為cm。流動度的測量方法見本書第十章第四節(jié)242。2.4漿液的凝結時間凝結時間一般是指在一定溫度下，從參加反應的全部組分混合時起，直到凝結體形成的一段時間，單

24、位為h或min。初凝時間是指漿液從加水攪拌起，到開始失去塑性的時間；終凝時間是指漿液從加水攪拌起，至完全失去塑性的時間。漿液凝結時間的測定使用凝結時間測定儀，其方法為：（1）在凝結時間測定儀上裝好測針，調(diào)整儀器，使測針接觸底座玻璃板上的玻 璃板時，指針對準標尺零點；（2）把圓模放在玻璃板上，將攪拌均勻的漿體注滿圓模（必要時加套模），待漿體沉降后，吸去上層析水，刮平表面，放入標準養(yǎng)護箱內(nèi)養(yǎng)護；（3）根據(jù)不同漿體凝結快慢，確定測定時間間隔，一般開始每隔13h測定一次。當快接近初凝時每 5min測試一次，接近終凝時每15min測試一次；（4）測定前，將充滿漿體的圓模，移到凝結時間測定儀底座上，移動金

25、屬測桿，使測針與漿體表面接觸，然后松開測桿的緊固螺絲，使其自由下落，記錄標尺的刻度；（5） 從加水攪拌至測針沉入試樣中，距玻璃板0.51.0mm時的時間，為初凝時間；從加水攪拌至測針沉入試樣不大于1.0mm時的時間，為終凝時間。漿液的凝結時間受多種因素的影響。漿液的水灰比越大，水泥的顆粒越粗（比表面 積越小），凝結時間越長；灌漿壓力越大，環(huán)境溫度越高，凝結時間越短。同一種水泥漿液的凝結時間受水灰比的影響很大，表2-2-12為不同水灰比的漿液在自由沉降條件下的凝結時間示例。表2-2-12水泥漿液的凝結時間示例水灰比漿液密度（g/cm3）漿液析水率（%）析水后漿體密度（g/cm3）凝結時間（h:m

26、in ）初凝終凝0.4:11.951.81.976:558:070.6:11.7413.71.868:369:190.8:11.5928.11.839:2410:301:11.5236.71.859:4711:222:11.3055.01.6210:1011:594:11.1674.01.6210:4514:046:11.1682.31.6313:0516:258:11.0886.41.6618:1421:13注：使用425#硅酸鹽水泥，初凝3:27,終凝4:23;凝結時間自析水達到穩(wěn)定時開始。除上述之外，鉆孔固壁泥漿一些性能指標（詳見第七章）也常常在灌漿漿液試驗中 使用。3漿液結石的性能3.

27、1漿液結石的主要性能灌漿工程對水泥漿液結石性能的要求主要有密度、抗壓強度、彈性模量和滲透系數(shù)，在有的情況下還要求抗拉和粘結強度。各項性能指標可采用水工混凝土試驗規(guī)程DL/T5150-2001中砂漿的試驗方法進行測試。漿液結石的密度、力學強度和滲透性能與水灰比有密切關系。漿液結石的密度與漿液水灰比的關系如圖 2-2-5，不同水灰比的漿液結石的力學性能和滲透系數(shù)見表2-2-13和表 2-2-14。1. I _:M I _!匕 J _ 一I I_l.4 0.60*81235 6 10聲怔水探比圖2-2-5水泥漿液結石的密度與漿液水灰比的關系（425#普硅水泥）1-結石濕密度；2-結石干密度表2-2-

28、13不同水灰比的水泥漿液結石的力學性能示例水灰比抗壓強度（MPa）彈性模量（GPa）劈裂抗拉強度（MPa）粘結強度（MPa）0.4 : 151.314.53.731.110.6 : 132.212.02.970.850.8 : 127.56.62.410.731： 120.46.82.570.692： 114.13.71.800.654： 115.41.236： 114.61.038： 1760.83注：使用水泥品亍種同表 2-2-12，試件齡期28d，試驗方法按水工混凝土試驗規(guī)程SD105-82。表2-2-14不同水灰比的水泥漿液結石的力學性能和滲透系數(shù)示例水灰比抗壓強度（MPa）彈性模量（

29、GPa）劈裂抗拉強度（MPa）抗?jié)B等級滲透系數(shù)（cm/s）0.4: 184.7162.40> W104 X 10-110.5: 146.0151.65> W107 X 10-110.6: 145.1121.50W102X 10-100.8 : 126.0101.40W64 X 10-91.0: 118.78.31.02W42 X 10-71.5: 16.85.80.64W23 X 10-4注：使用525#普硅水泥，摻高效減水劑，試件齡期28d,試驗方法按水工混凝土試驗規(guī)程SD105-823.4壓濾作用對漿液結石性能的影響實驗證明水泥水化所需水分僅相當于水泥重量的25%左右，而灌漿施

30、工所使用的水泥漿液中的水分遠大于此，其中的大部分只起著改善漿液的流動性，方便漿液輸送的作 用。在實際灌漿過程中，當漿液充滿巖石裂隙后繼續(xù)施加壓力進行注漿，漿液中的多余 水分就會在灌漿壓力作用下排出，然后凝固形成水泥結石，這種作用就是壓濾作用。表 2-2-15為采用模擬壓濾作用的“壓力濾水成型儀”成型的水泥漿液結石試件進行試驗得 到的結果，從表中可以看出：表2-2-15水泥漿液壓濾試驗成果示例水泥 種 類編號水灰比漿液密度(g/cm水泥漿液經(jīng)壓濾后，由于多余水分的排出，漿液結石的密度比自由沉降漿液結石有很大的增加。漿液水灰比越大，壓濾后漿液結石的密度增加越大。 壓濾成型試件的早期抗壓強度大大提高

31、，7d抗壓強度約為28d抗壓強度的70%。 同一個水泥品種，不同水灰比的漿液， 在560min的壓濾時間和 0.3、0.7MPa 兩種壓濾壓力作用下，所得漿液結石密度和抗壓強度相差不大。)壓濾壓力(MPa)壓濾 時間(min)結石密度(g/cm 3)漿液結石抗壓強度(MPa7d28d普 硅 水 泥YP-151.0850.3252.05314.0824.56YP-221.2350.3252.17316.3031.33YP-321.2700.352.16011.8421.53YP-421.2700.3152.21314.5626.15YP-521.2750.3352.12019.0034.73YP

32、-611.4600.3252.17322.0039.33YP-70.51.8000.3252.24040.1366.00磨 細 水 泥YM-121.290.7602.02765.3377.00YM-211.500.7602.04064.8084.00YM-311.550.7401.86735.2077.07YM-411.490.7202.08029.4752.13YM-50.81.590.7602.06793.0797.00YM-60.61.720.7602.05392.67112.003.5漿液結石的膨脹性能自由沉降形成的純水泥漿液結石，凝固后具有微量的收縮，這對灌漿效果是不利的因素。通過在

33、漿液中加入膨脹劑可以使?jié){液結石具有微膨脹性能，圖2-2-6為水灰比0.8：1的水泥漿分別加入不同量的UEA膨脹劑后，結石體膨脹率的發(fā)展情況。a-szj-i'c圖2-2-6水泥漿液結石的膨脹試驗3.6漿液結石的耐久性水泥漿液結石在水的長期作用下會產(chǎn)生溶蝕，其中的氫氧化鈣成分會被逐漸地溶淋損失。圖2-2-7為兩種自由沉降的水泥漿液結石碎塊在0.150.2MPa靜水壓力下進行的Ca+溶出試驗。從圖中可以看出，加有膨潤土的水泥漿有更好的抗侵蝕性，由此可見，在水泥漿液中加入膨潤土或黏土有利于提高漿液結石的耐久性。圖2-2-7水泥漿液結石的溶蝕試驗1-0.8:1水泥漿；2-加有2%膨潤土的0.8:

34、1水泥漿4漿液的制備4.1漿液的拌制拌制漿液的材料應當進行稱量，稱量方法有重量法和體積法。一般情況下，水泥、 膨潤土粉、細砂和粉煤灰等干料應采用重量稱量法；水、黏土漿和外加劑溶液可采用體 積稱量法。不論何種方法稱量誤差均應小于 5%。拌制漿液時，應根據(jù)拌制材料的成分和形態(tài)，確定向攪拌機內(nèi)加料的次序。配置水 泥基漿液時，應先加水，而后加入水泥，基本攪拌均勻后再加入膨潤土粉和其它摻和料， 細砂、外加劑等最后加入。配制水泥黏土漿所使用的黏土分為干料和黏土泥漿兩種。采用預先拌制好的黏土原 漿制漿時，可先向攪拌桶加入適量的水，再加入計量的水泥，攪拌成水泥漿，而后再放 入已測知密度的黏土原漿以及適量的水，

35、就可制成符合配比要求的水泥黏土漿。使用黏土干料制漿時，土料應制成粉末(如商品膨潤土那樣)，將其加入水中攪拌成漿。商品膨潤土可以直接使用干粉制漿，但最好應先水化溶脹24h以上，然后以膨潤土漿或膨潤土膏的形式使用。拌制水泥黏土漿所需用的水泥、黏土原漿和水量，可預先計算好列成表，便于配制 漿液時查用，關于計算方法見2-2-4式2-2-7式。漿液需用的攪拌時間，應根據(jù)漿液的種類和攪拌機性能而定，其基本原則是在達到 充分攪拌、混合均勻和高度分散的前提下時間最短，并便于施工。應當盡量使用高速攪 拌機制漿。使用高速攪拌制漿有許多優(yōu)點：(1) 縮短攪拌時間，提高施工效率；(2) 提高漿液質(zhì)量，與普通攪拌機制漿

36、相比較，高速攪拌機拌制的漿液水泥的細顆 粒增加，膠體率提高，析水率減小，穩(wěn)定性提高。表2-2-16為采用高速和低速兩種方式攪拌的水泥漿析水率比較結果。表2-2-16攪拌速度對漿液質(zhì)量的影響攪拌機轉(zhuǎn)速(r/min)不同攪拌時間(min)的漿液析水率(%)24681011017.817.817.417.016.528107.66.16.05.04.1注：使用525#普硅水泥，0.8: 1漿液20min以后，漿液但是過度攪拌的漿液質(zhì)量也會下降。試驗資料表明，當高速攪拌凝結時間延長，結石強度開始下降；慢速攪拌60min以后，漿液凝結時間延長，結石強度開始下降。因此制漿宜使用高速攪拌機，但儲漿不宜高速攪

37、拌，儲漿攪拌機的攪拌軸轉(zhuǎn)速宜為2060r/min。4.2漿液的配比與材料用量漿液配合比為組成漿液的各種材料含量的質(zhì)量比，常取水泥的份數(shù)為1,水和其他材料則是相對水泥的倍數(shù)，如水：水泥 =2 : 1、水泥：黏土：水=1 : 3: 5。在各類灌漿工程 中所用的水泥漿配合比一般為 5: 10.5: 1 （或50.5） o漿液用料的計算方法V配制配比為水泥：黏土：砂：水 =x : y： z： k的水泥黏土砂漿，所需各種材料用量的計算式為：Wc= x 一V(2-2-4)We=y x/ 1 c+y/ 1 e+z/ 1 s+k/ 1 wV(2-2-5)X (I c+y/ e+z/ (I s+k/ (I wW

38、s= z(2-2-6)x/c+y/e+z/s+k/wVWw= k(2-2-7)x/ 1 c+y/ 1 e+z/ 1 s+k/ 1 w式中Wc水泥的質(zhì)量，kg;We 黏土的質(zhì)量，kg;Ws 砂子的質(zhì)量，kg ;Ww -水的質(zhì)量，kg;1 c-一水泥的密度，3g/cm ;1 e-黏土的密度，3g/cm ;1 s砂子的密度，3g/cm ;1 w-水的密度，3g/cm ;V -漿液體積，Lo當上式中y=0、z=0、k=0時，便成為純水泥漿的用料計算公式;當上式中z=0、k=0時，便成為水泥黏土漿的用料計算公式。422水泥漿濃度變換時加料的計算水泥漿由稀變濃，需向原來的稀漿中加入的水泥數(shù)量為：卩 c(k

39、i-k2)V Wc= (2-2-8 )K2(1+k i c)水泥漿由濃變稀，需向原來的濃漿中加入水的數(shù)量為：卩 c(k2-ki)V Ww= (2-2-9 )1+kic式中 Wc 應加入的水泥量，kg； Ww應加入的水量，kg;V 原來漿液的體積，L;ki 原來漿液中水占的比例(水泥所占比例為1);k2 需配制的漿液中水占的比例(水泥所占比例為1);3卩c水泥的密度， g/cm。如果把上式中的水泥密度換成黏土密度，就變成了黏土漿濃度變換的計算公式。為使用簡便，可將各種配漿材料用量計算成表，如配制100L水泥漿用料量見表2-2-17，以供參考。表2-2-17配制水泥漿用料量表 (制漿量100L，水

40、泥密度取3.1g/cm3)水灰比水體積(L)水泥重量(kg)水灰比水體積(L)水泥重量(kg)5:194.018.81:175.075.04:192.423.10.8:170.688.63:190.030.00.6:164.2107.02:186.043.00.5:160.0120.01.5:181.254.50.4:154.0137.05幾種漿液的特性和適用范圍5.1純水泥漿液純水泥漿具有結石強度高、抗?jié)B性能好、工藝簡單、操作方便、材料來源豐富、價 格較低等優(yōu)點，是應用最廣泛的一種灌漿材料。由于水泥漿液是一種顆粒材料的懸濁液, 其最大粒徑約為80卩m因此灌注純水泥漿時應具備如下條件：（1）

41、受灌巖層的裂隙寬度應大于0.2mm；或者透水率大于1Lu。（2） 對于砂礫石地層，其可灌比值應大于15,或滲透系數(shù)大于1X 10-3cm/s。（3） 地層中地下水流速不大于100m/d ；當大于此值時需考慮在漿液中摻加速凝劑。（4）地下水的化學成份不妨礙水泥漿的凝結和硬化。5.2水泥黏土漿水泥黏土漿的特點符合要求的黏土材料具有顆粒細、分散性好、拌制的漿液穩(wěn)定性好、一般可就地取 材、價格低廉等優(yōu)點，但黏土不能發(fā)生水硬性化學反應，不能形成具有足夠強度的漿液 結石體。水泥黏土漿液則兼有水泥和黏土的優(yōu)點，穩(wěn)定性好，可灌性比純水泥漿液提高， 防滲能力強，而價格較低。水泥黏土漿主要應用于砂礫石防滲帷幕的灌

42、漿，國外也有應 用于隧洞的回填灌漿的。水泥黏土漿的性能水泥黏土漿中，含水量越多或黏土越少，則析水率越大，穩(wěn)定性越差。漿液的濃度越大，水固（固體材料，即水泥與黏土干料）比越小，結石的強度越高（圖 2-2-8 ）。水泥黏土漿的滲透系數(shù)一般為10-710'11cm/so水泥黏土漿的配合比，通?？刹捎盟嗾几闪希ㄋ嗉羽ね粒┑?0%40%。臨時性、低水頭的防滲工程， 黏土摻量的比例可大一些， 但也不宜少于20%o水固比一般為3: 11 : 1o當采用上述范圍的配比時， 水泥黏土漿液的密度為 1.20- 1.48g/cm3,黏度18s 37s，穩(wěn)定性V 0.02，析水率v 2%o1Vk72水祀為

43、干$木寵并于圖2-2-8不同水固比的水泥黏土漿液結石強度示例黏土質(zhì)量的優(yōu)劣是影響水泥黏土漿液質(zhì)量的最重要的因素。最好采用鈉質(zhì)黏土。當采用鈣土時，可加入碳酸鈉2%4%，或氫氧化鈉1%2%,或磷酸鈉0.4% (均按黏土重量計)改善性能。在水泥黏土漿中加入其他外加劑也可以調(diào)節(jié)改善漿液性能。5.3水泥砂漿水泥砂漿具有流動度小、灌漿范圍易于控制、結石強度高，砂子為當?shù)夭牧嫌欣诮档驮靸r等優(yōu)點。水泥砂漿通常應用在大溶洞、空腔、寬大裂縫的灌漿和隧洞回填灌漿中。灌漿用的水泥砂漿應具備如下技術性能：(1) 在一定時間內(nèi)保持穩(wěn)定狀態(tài)，不離析沉淀；(2) 具有一定的流動度，便于在管道中輸送和使?jié){液能在巖層裂隙中擴散

44、一定范圍；(3) 結石強度滿足需要，收縮性要小。由于單純的水泥砂漿易于析水沉淀，因此在配制水泥砂漿時，通常都要摻加膨潤土或黏土，膨潤土用量可為水泥重量的3%5%。表2-2-18為幾組不同配比的水泥砂漿試驗成果，可供參考。表2-2-18灌漿用水泥砂漿配比示例序號膨潤 土摻量(%)灰砂比水 灰 比漿液性能漿液結石性能密度g/cm3馬氏 黏度(s)流動 度(cm)析 水 率(%)凝結時間(h:min)結石 密度(g/cm )抗壓強度(MPa)滲透系數(shù)(cm/s)彈性 模量 (MPa)初凝終凝7d28d141 : 0.50.61.8725925.554:38 fi:421.94816.225.22.6

45、 X 1O-105350241 : 0.75 ().71.9214627.036:10 7':381.93915.725.34.3 X 1O-104334341 : 0.75 ().81.8223934.051.93113.823.1441 : 10.71.9375427.231.99514.720.7541 : 10.81.8774231.931.95712.318.91.6 X 10-114002651 : 0.75 ().71.9124527.326:20 7':201.95615.224.2751 : 0.75 ().81.8374030.051.89613.018.1

46、5.9 X 1O-103593851 : 10.81.8675028.336:27 9):501.9199.914.85.4水泥水玻璃漿水泥水玻璃漿液是以水泥漿液和水玻璃溶液按一定比例混合配制成的漿液。這種漿液不僅具有水泥漿的優(yōu)點，而且兼有化學漿液的一些特點，例如它的凝膠時間可以從幾秒鐘到幾十分鐘任意調(diào)節(jié)，灌后結石率可達100%，可灌性比純水泥漿明顯提高。它除在 基巖裂隙的較大含水層中使用以外，還能在砂層中灌注，廣泛應用于礦井、隧道、地下 建筑的堵水注漿和地基加固工程中。水泥水玻璃漿液的性質(zhì)取決于其配制成分的性質(zhì)：水泥漿的水灰比、水玻璃溶液的 模數(shù)和濃度，以及二者的比例。當在一定水灰比的水泥漿

47、液中加入水玻璃時，最初水泥水玻璃漿液的凝結時間隨著 加入水玻璃量的增加而逐漸縮短，但當超過一定的比例以后，漿液的凝結時間隨著加入 水玻璃量的增加，轉(zhuǎn)變?yōu)橹饾u加長（圖2-2-9）。對應于凝結時間最短的那一點的水玻璃占水泥漿液體積的百分數(shù)稱之為“凝結轉(zhuǎn)點比值”。該比值的大小因使用水泥的品種、水泥漿液的水灰比、水玻璃的模數(shù)、水玻璃溶液的濃度不同而異，多變化在10%20%的范圍內(nèi)，具體應通過試驗確定。3 H/010£030 4Q 5C 50 FQ 旳加人的水競味瞎禱占水泥歐礦體劭的百葉執(zhí)（輸圖2-2-9漿液中水玻璃含量與凝結時間定性關系圖因此，水泥水玻璃漿液分兩種，一種是水玻璃作為速凝劑使用

48、，水玻璃溶液的摻入 量一般在水泥漿體積的 0.5%3%之間（正確地說，這種漿液應當稱為摻加了外加劑的水 泥漿，而不應稱作水泥水玻璃漿液），反映在圖2-2-8中即處于“凝結轉(zhuǎn)點比值”的左側。 另一種是水玻璃和水泥同作為漿液的主要材料，水玻璃溶液的摻入量一般在水泥漿體積 的25%60%之間，反映在圖2-2-8中即處于“凝結轉(zhuǎn)點比值”的右側。后者通常歸屬于 化學灌漿。試驗資料表明，水泥水玻璃漿液的凝膠時間有一定的規(guī)律性：（1）水玻璃模數(shù)大時，SiO2含量高，凝結時間快，結石強度高；水玻璃模數(shù)小時， SiO2含量低，凝結時間相對變慢結石強度較低。（2 ）其他條件相同時，隨水泥漿濃度的增加，膠凝時間縮短

49、;（3 ）其他條件相同時，水玻璃濃度為3050° Be'時，水玻璃濃度減小，凝結時間縮短；（4）其他條件相同時，水泥漿與水玻璃的體積比在1： 0.31:1范圍內(nèi)，水玻璃用量較少，凝膠時間較短。水泥水玻璃漿液的配比選定后，如果凝膠時間顯得過短不能滿足施工要求時，可考慮在上述漿液中加入緩凝劑，使?jié){液的凝膠時間變長。緩凝劑通常采用磷酸氫二鈉或磷酸氫二銨，其作用是抑制水泥與水玻璃的反應， 使兩者開始反應時間推遲 1045min。緩 凝劑用量的經(jīng)驗數(shù)據(jù)按水泥重量的 2.5%3%選定。這個用量既可增長凝膠時間， 也能確 保固結強度不顯著下降。有資料顯示，磷酸氫二銨的緩凝效果優(yōu)于磷酸氫二鈉。通常水泥水玻璃漿液中的水泥漿的水灰比為0.5: 11:1,水玻璃溶液濃度多為 3045°Be '水泥選用普通硅酸