注漿材料分類及選擇

1、4注漿材料的分類及選定注漿材料的分類根據(jù)注漿材料的使用范圍和效果等因素可分為四大類：1水玻璃漿材。目前可以說特別是酸性和中性水復(fù)合型水玻璃、氣液反應(yīng)型水玻璃及水玻璃+水泥類等的使用率極高，其中以日本和東南亞各國及臺灣、香港等地區(qū)為最。2水泥類漿材：普通水泥、超細(xì)水泥、濕磨水泥、硅粉的使用在國際上也較為普遍。3高分子漿材。在日本一些國家除殊情況外一般不太使用，但在俄國和東歐一些國家依然使用。4水泥加膨潤土漿液。以法國為代表的歐洲國家都習(xí)慣于先注水泥、膨潤土其目的是充填大的空隙，使地層均質(zhì)，以防地下水造成的漿液流失和稀釋然后，注入膠結(jié)時間長且滲透速度慢的水玻璃漿液，構(gòu)成阻止顆粒間的滲透帷幕，使強(qiáng)度

2、有一定提高，必要時注入高分子漿材進(jìn)一步提高強(qiáng)度。注漿材料的選定注漿材料應(yīng)根據(jù)堵水要求、加固要求，以及是否作為永久性支護(hù)結(jié)構(gòu)等方面，并從無毒性、無污染這一角度綜合考慮進(jìn)行選擇。目前國內(nèi)外常用的注漿材料可基本分為水泥基漿液和非水泥基漿液。水泥基漿液是指以水泥為基本主要材料所配制的漿液。常用的有普通水泥單液漿、超細(xì)水泥MC單液漿以及特制硫鋁酸鹽水泥HSC漿等等。非水泥基漿液是指水泥基漿液以外的其它注漿材料，例如改性水玻璃、環(huán)氧樹脂等等。隧道所用的注漿材料應(yīng)滿足耐久性和環(huán)保的要求，水泥基漿材具有耐久性好、無毒無污染等優(yōu)點(diǎn)，因此注漿材料宜以水泥基漿材為主。4.2.1 普通水泥單液漿普通水泥中按比例加入一

3、定量的水及相應(yīng)的外加劑經(jīng)攪拌而成的漿液稱為普通水泥單液漿，其主要特點(diǎn)是結(jié)石體具有較高的抗壓、抗剪強(qiáng)度，能有效地提高地層的承載能力，且其抗?jié)B性能好，材料來源豐富，價格低廉，注漿工藝相對簡單；但由于其顆粒粒徑大，在致密的粘土和砂層及微小裂隙條件下滲透困難，而且其凝膠時間不易調(diào)節(jié)，注漿過程中漿液易流失，因此其應(yīng)用受到一定的限制。單液水泥漿的配比和結(jié)石體的主要性能如下表。單液水泥漿的配比和結(jié)石體的主要性能性能水灰比粘度S密度G/CM3凝膠時間H-MIN結(jié)石率%抗壓強(qiáng)度MPA初凝終凝3天7天14天28天0.5:11397-4112-36990.75:13310-4720-33971:11815-5625

4、-27851.5:11716-5235-47672:11617-0748-1556注：1、采用普通硅酸鹽水泥；2、測定資料均為平均值。通過觀察分析，我們發(fā)現(xiàn)普通水泥單液漿具有以下特點(diǎn)：顆粒粒徑大，可滲透注入m的裂隙和及平均粒徑1mm以上的砂子；凝膠時間長，具有較長的可注期；但凝膠時間不易調(diào)節(jié)，初凝時間長壓強(qiáng)度，但結(jié)實(shí)體收縮率較大。4.2.2 超細(xì)水泥MC單液漿超細(xì)水泥MC是指水泥中的最大顆粒不超過加工的水泥，能滲入細(xì)砂層和巖石的細(xì)小裂隙中其析水性、流動性都比普通水泥有顯著改善，膠結(jié)體具有較高的抗20pm,經(jīng)過特殊磨細(xì)超細(xì)水泥漿液性能穩(wěn)定,漿液結(jié)石體具有較高的強(qiáng)度性能水灰比結(jié)石率%凝膠時間H-M

5、IN抗分散性抗壓強(qiáng)度MPA初凝11天3天7天28天0.6:11002-104-05940.8:1924-206-50901:1855-307-3060注：抗分散性是指將一定重量的漿液倒入流速為的水中，注漿材料的留存率。不同配比的超細(xì)水泥漿的基本性能和耐久性。下表是不同配比的超細(xì)水泥漿的基本性能。通過實(shí)踐觀察分析，超細(xì)水泥單液漿具有以下特點(diǎn)：初凝和終凝時間比普通水泥有所縮短；周結(jié)體抗壓強(qiáng)度較高，具有早強(qiáng)、高強(qiáng)的特點(diǎn)；抗分散性較好；顆粒粒徑??；水灰比較大時，結(jié)實(shí)體略有收縮。普通水泥-水玻璃雙液漿普通水泥-水玻璃雙液漿具有材料來源廣、價格適宜、凝膠時間可控等優(yōu)點(diǎn)，但由于其膠結(jié)體后期強(qiáng)度低，耐久性差，

6、受水長期浸泡容易分解，不適合長期堵水和加固圍巖。不同配比的漿液特性見下表。不同配比的漿液特性W:CC:S水玻璃濃度凝膠時間抗壓強(qiáng)度MPABE1天3天7天28天0.6:1301:10.8:1301:11:1301:11.5:1301:1水泥與水玻璃進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，有一個強(qiáng)度比較高配比，在此配比下反應(yīng)充分，結(jié)石體強(qiáng)度較高。試驗(yàn)結(jié)果如下列圖，其曲線代表了水玻璃波美度在3045之間，在不同水灰比下的綜合曲線之趨勢。試驗(yàn)條件：水泥為R普通硅酸鹽水泥，測試溫度為23。Co2015105M301水灰比為0.6：1時，波美度為3045時強(qiáng)度線水灰比為0.8：1時，波美度為3045時廣強(qiáng)度線水灰比為1：1時，波美

7、度為3045時強(qiáng)度線水玻璃體積比水泥漿00.30,40.50.6.7(X80.91.0水泥漿與水玻璃漿體積比對漿液28天強(qiáng)度影響從上圖中可以看出，在相同的水灰比條件下，當(dāng)水玻璃漿：水泥漿的體積比為0.8時，結(jié)石體強(qiáng)度較高，止匕外，在水泥-水玻璃配比一定的條件下，水灰比減小，結(jié)石體強(qiáng)度提高。通過試驗(yàn)觀察分析，普通水泥-水玻璃雙液漿具有以下特點(diǎn)：凝膠時間短且容易控制，具有早強(qiáng)的特點(diǎn)；漿液配制容易，可注性較好；膠結(jié)體后期強(qiáng)度低，耐久性差，受水長期浸泡容易分解；膠結(jié)體收縮率大。特制硫鋁酸鹽水泥HSC單液漿特制硫鋁酸鹽水泥HSC主要由特制硫鋁酸鹽熟料、石膏、硅粉、減水絮凝劑等組成。HSC漿具有良好的抗分

8、散性和早強(qiáng)、高強(qiáng)的性能，并且具有微膨脹性，膠結(jié)后，能有效封堵出水通路，堵水效果較好。表3-7列出了不同配比下的漿液特性。不同配比漿液性能性能水誦"、結(jié)石率%凝膠時間H-MIN抗分散性%抗壓強(qiáng)度MPA初凝11天3天7天28天0.8:11000-551-13981:11001-001-20961.2:11001-302-00901.5:1982-002-3085注：HSC即分散型硫鋁酸鹽超細(xì)水泥。通過實(shí)踐觀察分析，HSC具有以下特點(diǎn)：抗分散性好；抗壓強(qiáng)度高，具有早強(qiáng)、高強(qiáng)的特點(diǎn)；結(jié)實(shí)率高，并具有微膨脹性。水灰比大時，抗分散性能有所下降；凝膠時間太短時，可注性和可操作性變差。4.2.5GR

9、M特種水泥GRM是一種凝膠時間可調(diào)的超早強(qiáng)自流平水泥基灌漿料，具顯著特點(diǎn)是具有超早強(qiáng)、高強(qiáng)、微膨脹性和密實(shí)、可灌性好的特性，且使用簡單，可灌性好，無需振搗。其相應(yīng)的性能如下表GRMi漿材料性能項(xiàng)目凝膠時間MIN抗壓強(qiáng)度MPA抗折強(qiáng)度MPA外加齊哈量。初凝終凝1H1D3D7D1H1D3D7D帷幕注漿4258超前加固3036堵水1617注：水灰比均為，試驗(yàn)溫度為2022C。通過試驗(yàn)觀察分析，GRM灌漿料的具有以下特點(diǎn)：抗壓強(qiáng)度很高，具有超早強(qiáng)、高強(qiáng)的特點(diǎn)；結(jié)實(shí)體具有微膨脹性；漿液具有自密實(shí)、自流平的特性；需通過控制外加劑的摻量來控制凝膠時間，施工操作較復(fù)雜。通過現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果分析和應(yīng)用情況，我們對這

10、五種注漿材料得出以下初步結(jié)論。普通水泥可注性好，注漿時能夠得到較大的注漿量和注漿加固范圍。結(jié)實(shí)體強(qiáng)度高，能有效地提高地層的承載能力。但普通水泥單液漿抗分散性能差，易被地下水稀釋，影響其強(qiáng)度和堵水性能，且由于其收縮率較大，因而不宜在水壓高、流速大、對堵水要求很高的條件下采用。由于普通水泥顆粒粒徑大，在致密的粘土及微小裂隙條件下滲透困難，僅能滲透注入的裂隙。普通水泥的優(yōu)勢在于料源廣，價格低，結(jié)實(shí)體強(qiáng)度高。普通水泥適用于水量小、水壓低、裂隙寬或砂層顆粒直徑大等地質(zhì)條件，常用于節(jié)理、裂隙發(fā)育的地層及中粗砂、砂礫石地層的注漿。超細(xì)水泥固結(jié)體抗壓、抗剪強(qiáng)度較高，具有早強(qiáng)、高強(qiáng)的特點(diǎn)，能得到好的注漿加固效果

11、；超細(xì)水泥顆粒粒徑小，可灌性強(qiáng)，滲透注漿時能注入寬度大于的裂縫，能得到較好的堵水和加固效果。但超細(xì)水泥單液漿終凝時間仍較長，受地下水稀釋影響，對其凝膠性能會產(chǎn)生影響，因而在水壓高、流速大條件下會有一定的漿液損失；另外，當(dāng)水灰比較大時，漿液略有收縮。在價格上超細(xì)水泥要高于普通水泥。超細(xì)水泥適宜于巖石的細(xì)小裂隙或致密的粘土層等地層。HSC即特制硫鋁酸鹽超細(xì)水泥，具有較好的抗分散性，能有效地控制注漿區(qū)域，適宜在高水壓、水流速大的條件下注漿施工；HSC漿具有早強(qiáng)、高強(qiáng)、高抗?jié)B、流動度大的特點(diǎn)，能有效提高地層的承載能力；其漿液結(jié)實(shí)體具有微膨脹性，膠結(jié)后，能有效地封堵住各種出水通路，注漿后堵水效果顯著。但

12、考慮到水灰比大時，其抗分散性能有所下降；而凝膠時間太短時，可注性和可操作性又會變差；所以施工時水灰比通常取1：1。另外，HSC價格較普通水泥要高。HSC適宜于富含水且有一定水壓的破碎巖層、出水管地道層等。普通水泥-水玻璃雙液漿可注性較好，可滲透注入裂隙為m以上的巖體;其凝膠時間短且容易控制，具有早強(qiáng)的特點(diǎn)，普通水泥-水玻璃雙液漿配制容易，使用方便，價格中等。但其膠結(jié)體后期強(qiáng)度低，受水長期浸泡容易分解；且膠結(jié)體耐久性差，收縮率大，對長期堵水和加固圍巖不利。普通水泥-水玻璃雙液漿適用于臨時堵水、控制注漿加固范圍以及止?jié){墻滲漏時的快速封堵。GRM即超早強(qiáng)自流平水泥基灌漿料是一種凝膠時間可調(diào)的水硬性新

13、型灌漿材料，具顯著特點(diǎn)是具有超早強(qiáng)、高強(qiáng)、微膨脹性和自密實(shí)、自流平的特性，但其抗分散性一般，施工時需通過控制外加劑摻量調(diào)整凝膠時間，現(xiàn)場操作較復(fù)雜，且價格偏高。GRM主要適用于鐵路基床、路基路面的搶修補(bǔ)強(qiáng)，快速錨固、基礎(chǔ)灌漿加固工程。關(guān)于對注漿材料選取的建議注漿材料的選取主要應(yīng)根據(jù)漿液的可行性、可注性、環(huán)保及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合分析，另外，還應(yīng)結(jié)合其地質(zhì)特征和注漿加固方案要求，從堵水性、耐久性耐腐蝕性和工藝可操作性綜合考慮進(jìn)行注漿材料選擇。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)初步結(jié)論，綜合以上特性進(jìn)行比較分析，并結(jié)合相關(guān)地質(zhì)條件，建議隧道注漿以普通水泥-水玻璃雙液漿、超細(xì)水泥-水玻璃雙液漿、HSC單液漿為主要漿材，普通水泥單液漿和超細(xì)水泥單液漿為輔助漿材；對于隧道的涌泥坍塌地段的全斷面超前預(yù)注漿，注漿材料以超細(xì)水泥-水玻璃雙液漿或HSC單液漿為主，超細(xì)水泥單液漿為輔；對于隧道的涌泥坍塌地段的徑向注漿或補(bǔ)充注漿，注漿材料以水泥-水玻璃雙液漿為主，普通水泥單液漿為輔。各類漿液的水灰比、體積比及凝膠時間范圍如下表所示，各注漿材料具體配合比應(yīng)在后面的現(xiàn)場試驗(yàn)和推廣應(yīng)用中不斷優(yōu)化和完善，并最終確定下來。各類漿液水灰比、體積比及凝膠時