岩土注浆加固材料

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1、10 岩土注浆加固材料,2019/11/9,2,10 岩土注浆加固材料,10.1 注浆材料概述 浆液的要求、注浆材料的组成、分类及其特点、使用范围。 10.2 注浆浆液的基本性能参数 密度、浓度、PH值、粘度、胶凝时间、可注性和渗透性、毒性及腐蚀性、固结体。 10.3 无机系注浆材料 单液水泥浆、水泥粘土类浆液、水泥水玻璃类浆液、水玻璃类、高水速凝材料。 10.4 有机系注浆材料 丙稀酰胺类、木质素类、脲醛树脂类、聚氨酯类、聚乙烯醇类、甲基丙烯酸甲酯类、丙烯酸盐类。,2019/11/9,3,10.1 注浆材料概述,岩土注浆的实质： 是利用压力将能固化的浆液通过钻孔注入岩土体孔隙或裂隙中，从而使

2、岩土体的物理与力学性能得到改善，也就是说浆液的注入和固化是被加固的岩土体力学性能改变的基础。 因此，浆液材料的类型与特性对岩土体的加固效果起着关键性的作用。,2019/11/9,4,10.1 注浆材料概述,一般对理想浆液的要求是： 初始粘度低、流动性好，可注性强，能渗透到细小的裂隙或孔隙内。 凝胶时间可以在几秒数小时范围内任意调整，并能准确控制。 稳定性好，在常温、常压下较长时间存放不改变其基本性质，存放不受温度、湿度变化的影响。 无毒、无臭，不污染环境，对人体无害，属非易燃和易爆品。 对注浆设备、管道、混凝土结构物等无腐蚀性，并易清洗。 固化时无收缩，固化后与岩土体和混凝土等有一定的粘结力。

3、 结石体具有一定的抗压、抗拉强度，抗渗、抗冲刷及耐老化好。 材料来源丰富，价格便宜。 配制方便，操作简单。 但已有浆液不可能同时满足上述要求。一种浆液只能符合上述几项要求，注浆施工时应根据具体情况选用。,2019/11/9,5,10.1 注浆材料概述,注浆工程中所用的材料： 由主剂（原材料）、溶剂（水或其它溶剂）及外加剂混合而成。 通常所说的注浆材料是指浆液中的主剂。注浆材料必须是能固化的材料，大体上可分为无机系和有机系两大类。 无机系注浆材料：包括单液水泥类、水泥-水玻璃类、粘土类、水玻璃类、水泥粘土类等； 有机系注浆材料：包括丙稀酰胺类、木质素类、脲醛树脂类、聚氨酯类、聚乙烯醇类、甲基丙烯

4、酸甲酯类、丙烯酸盐类等。 日常使用中，一般又将浆液分为水泥浆材和化学浆材。,2019/11/9,6,10.1 注浆材料概述,水泥浆材： 结石体强度高，造价低廉，材料来源丰富，配制方便，操作简单。 但普通水泥颗粒较大，一般只能注入到直径或宽度大于0.2 mm的孔隙或裂隙中。 化学浆材： 可注性好，浆液粘度低，能注入到细微裂隙中。 但化学浆液价格较贵，其应用范围也受到一定的限制。,2019/11/9,7,10.1 注浆材料概述,国内外可用于各种注浆的浆材品种达百余种以上。 我国基本上拥有所有注浆材料，且研制了一些新的浆液品种。,2019/11/9,8,10.2 注浆浆液的基本性能参数,浆液性质对注

5、浆工程来说是非常重要的，只有选择性能合适的浆液才能达到实际注浆的目的。 如果浆液选择不当，使浆液难以注入或浆液流失、强度很低，则达不到注浆目的。 因此必须了解浆液的基本性质： 浆液密度与重度 浆液浓度 浆液pH值 浆液粘度 浆液凝胶时间 浆液注入能力与渗透性 浸出液分析 浆液固结体性质,2019/11/9,9,10.2 注浆浆液的基本性能参数,浆液密度与重度 浆液的密度指浆液的质量与其体积的比值，即 浆液的重度为,2019/11/9,10,10.2 注浆浆液的基本性能参数,浆液的浓度 不同浆液浓度的表示方式不同。常用浆液浓度的表示方法有百分比浓度、水灰比、波美度等。 一般浆液浓度可用百分比浓度

6、来表示，表达式为 （溶质质量/浆液质量）100 水泥浆液可用水灰比来反映浆液浓度，表达式为 水泥浆液水灰比与密度有以下关系 而水玻璃浓度可用波美度Be表示,2019/11/9,11,10.2 注浆浆液的基本性能参数,测定浆液密度时，最好在该浆液的所有成分混合后，形成凝胶之前测定完毕。 若凝胶时间太短，可对甲、乙液分别测定，然后按其在配方中用量多少来计算密度。 由于浆液配方的改变，有些浆液密度可能会有一个变化范围，这时需测出最大和最小值。,2019/11/9,12,10.2 注浆浆液的基本性能参数,浆液pH值 浆液酸碱度用pH值表示。浆液pH值等于浆液中氢离子浓度（摩尔浓度）的负对数值，即 pH

7、-lgH+ 为测定pH值所使用的试剂称为pH值指示剂，指示剂在pH值超过一定值范围时发生变色。 而为测定pH值使用的试纸称pH试纸，在纸上染有指示剂的颜色。,2019/11/9,13,10.2 注浆浆液的基本性能参数,浆液的粘度 粘度是度量流体粘滞性大小的物理量。浆液粘度是指浆液所有成分混合后的初始粘度。 对理想浆液的粘度要求： 初期粘度低，一旦凝胶则粘度急剧增大。 浆液粘度的大小直接影响浆液的扩散半径，同时也决定着注浆压力、流量等参数的确定，从而影响到注浆效果。 测定浆液粘度可采用斯托默旋转式粘度计等。 水泥浆的粘度通常用时间秒(s)表示，而一般液体的粘度用帕秒（Pas）表示。,2019/1

8、1/9,14,表10-2 几种常用注浆材料的粘度及测定方法,2019/11/9,15,10.2 注浆浆液的基本性能参数,浆液凝胶时间 一般是指在一定温度下，从参加反应的全部成分混合时起，到浆液失去流动性止所经过的时间，可分为初凝时间和终凝时间。 凝胶时间除与参加反应的成分有关外，还受浆液配比、浓度、催化剂、溶剂、水的pH值以及温度的影响。 为了得到较理想的浆液扩散半径和较好的注浆效果，凝胶时间应能准确地调节和控制。,2019/11/9,16,10.2 注浆浆液的基本性能参数,测定浆液的凝胶时间方法有：粘度计法和倒杯法。 粘度计法：适用于凝胶时间大于3 min的溶液型材料。 倒杯法：适用于各种材

9、料，凝胶时间从瞬时至几十分钟都能使用。 测定方法是：首先用量简量取A液（主液）与B液（固化剂），分别置入烧杯中，然后把A液倒入装有B液的烧杯中，立即把A、B混合液再倒入A液的烧杯中，重复交替混合A、B液，直至浆液不再流动时或浆液呈现粘稠状为止，所经过时间即为凝胶时间。 水泥浆液的凝胶时间又可称为凝结时间。由于水泥浆液的水化反应缓慢，其凝结时间较长，可用试锥稠度仪测定。,2019/11/9,17,表10-3 几种注浆浆液凝胶（凝结）时间,2019/11/9,18,10.2 注浆浆液的基本性能参数,浆液的注入能力与渗透性 浆液注入能力是指：浆液注入裂隙或土体的难易程度。 水泥类颗粒性浆材的注入能力

10、主要由浆液的流动性、稳定性和颗粒粒径等因素决定；化学浆液则主要由浆液的流动性决定。 浆液的渗透性（可注性）是指：浆液在一定的裂隙或土体中的渗透性能，它不仅依赖于浆液的注入能力，而且与所处理岩土的裂隙或孔隙尺寸有关。渗透性好，浆液在一定压力下的扩散距离就大。 固结体渗透系数是指：浆液固化后结石体透水性的高低，固结体的渗透系数越小，防渗性能越好。,2019/11/9,19,表10-4 常用注浆材料的渗透性,2019/11/9,20,表10-5 常用注浆材料固结体的渗透系数,2019/11/9,21,10.2 注浆浆液的基本性能参数,浸出液分析 有些化学浆液或其固结体的浸出液具有毒性或腐蚀性，用这类

11、浆液注浆将会产生环境和地下水的污染，从而引起污染和公害，这关系到注浆材料的取舍问题，因此，应进行这方面的试验。 试验时，将尺寸相同但配方不同的两个试样分别放入500 ml清水中，浸泡3 d、7 d、28 d后测定其有害离子含量。,2019/11/9,22,10.2 注浆浆液的基本性能参数,浆液固结体的性质 水泥类浆液凝结后的固结体称为结石体，化学浆液胶凝后形成的固结体称为凝胶体。 浆液结石（凝胶）率及析水率 浆液结石（凝胶）体积与浆液体积之比称为结石（凝胶）率，即 对于悬浊浆液，浆液静止24 h后，析出水的体积与原浆液体积之比称为浆液的自由析水率，即,2019/11/9,23,10.2 注浆浆

12、液的基本性能参数,浆液固结体的强度 对水泥类悬浊浆液，可用纯浆液固结体试件进行强度试验，而对化学浆液则常在实验室内用标准砂注浆制成凝胶体试件，然后再进行强度试验。 强度试验包括：抗压强度、抗折或抗剪强度和抗拉强度试验。 抗挤出强度：是化学浆液凝胶体承受水头压力的能力。,2019/11/9,24,10.2 注浆浆液的基本性能参数,试验装置是由几根外径和长度都相同而内径不同的厚壁玻璃管和耐压保护装置组成。 首先将玻璃管内充满浆液，待浆液凝结后测定凝胶体在管中的长度；然后将玻璃管装入耐高压保护装置中加压，每加压0.1 MPa，稳定10 min，直至管中固结体被挤出为止；挤出的最小压力为该浆液在这种直

13、径和长度条件下的抗挤出强度。 试验规定要对不同直径结石体进行100、200、300 mm三种长度试验，以此获得结石体长度、直径和抗挤出强度间的一般规律。,2019/11/9,25,10.2 注浆浆液的基本性能参数,浆液固结体的耐久性 浆液固结体在地下水物理和化学作用下，某些组分的溶出、老化等现象，可使固结体性能降低或丧失。 当固结体所处环境发生变化，如地下水升降、基坑开挖暴露等，可使固结体发生崩解风化。 耐久性试验的试件：应在密封干、湿、干湿循环以及压力渗透条件下养护后进行测定，它反映了最常见的不理想的条件。,2019/11/9,26,10.3 无机系注浆材料,10.3.1 单液水泥类浆液 1

14、0.3.2 水泥粘土类浆液 10.3.3 水泥-水玻璃类浆液 10.3.4 水玻璃类浆液 10.3.5 高水速凝材料,2019/11/9,27,10.3.1 单液水泥类浆液,单液水泥类浆液：是指以水泥为主，添加一定量附加剂，用水调制而成，采用单液方式注入岩土层的浆液。 注浆工程中最常用的是普通硅酸盐水泥，也采用矿渣水泥、火山灰水泥等，但通常要求水灰比不大于1.0。 由于纯水泥浆随水灰比的增大，浆液的粘度、密度、结石率、抗压强度等均出现明显地下降，且纯水泥浆易沉淀析水、稳定性差、凝结时间较长，在地下水流速较大条件下浆液易受水的冲刷和稀释。因此，为了改善水泥浆性质，常在水泥浆中掺入各种附加剂 。

15、附加剂能改善水泥浆液的性能，包括：速凝剂、早强剂、塑化剂、悬浮剂、加气剂、流动剂、减水剂等。,2019/11/9,28,表10-6 纯水泥浆液的基本性能,注：1.采用42.5级普通硅酸盐水泥；2.测定数据为平均值。,2019/11/9,29,10.3.1 单液水泥类浆液,掺入膨润土或高塑性粘土、析水率5的水泥浆液常称为稳定浆液。 根据注浆工程需要，可在水泥浆中掺入细粒砂、粘性土、粉煤灰、水玻璃等掺合料。掺入掺合料的水泥浆液常称为混合浆液。 对塑性屈服强度大于20 Pa的混合浆液则称为膏状浆液。 制浆材料一般采用重量称量。 现场制浆时，要求加料准确，并注意加料顺序，即先往搅拌机中放入规定量的水，

16、然后再加入水泥搅拌均匀后再加入附加剂。 浆液的搅拌时间：使用普通搅拌机时不少于3 min，使用高速搅拌机时不少于3 s，搅拌时间大于4 h的浆液应废弃。 任何季节注浆浆液的温度应保持在540之间。,2019/11/9,30,10.3.1 单液水泥类浆液,单一水泥浆优点： 材料来源丰富、价格低廉、结石体强度高、抗渗性能好、单一注入方式、工艺简单、操作方便等，是应用最多的一种材料。 单一水泥浆缺点： 由于水泥是颗粒性材料，可注性较差，难以注入中细砂、粉砂层和细小的裂隙岩层； 凝固时间长，容易流失，造成浆液浪费，易沉淀析出、强度增长慢、结石率低、稳定性较差等缺点，所以应用范围有一定局限性。 国内外在改善水泥浆性能方面做了大量工作，其中超细水泥的出现扩大了水泥浆应用范围、提高了水泥浆性能。,2019/11/9,31,10.3.1 单液水泥类浆液,超细水泥：由极细的水泥浆颗粒组成，其平均粒径为4m，最大粒径约10m，比表面积在8000 cm2/g以上。 超细水泥浆液具有很好的可注性，能注入渗透