第二章---注浆材料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 注浆材料,第一节 概况,第二节 无机系列注浆材料,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,第一节 概况,一、注浆材料及特点,（一）注浆材料,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。,注浆材料的组成,1。原材料,原材料包括主剂和助剂，助剂可根据它在,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。浆液,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。,原材料变为结石体的过程,原材料,浆液,结石体,溶剂,（二）对注浆材料的一般要求,（1）浆液粘度低、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；,（二）对注浆材料的一般要求,（6）浆液固化时，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,源丰富，价格便宜，能够大规模使用。,二、注浆材料的分类,1。按状态可分为真溶液、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。,按主剂性质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,第二节 无机系列注浆材料,一、单液水泥类浆液,以水泥为主包括添加一定量的附加,剂，用水配制成浆液，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。,（一）水泥浆的基本性能,1纯水泥浆的基本性能,纯水泥浆是指不包括附加剂，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。,2单液水泥浆的中附加剂的作用,1）水泥的速凝剂,能够缩短水泥凝固时间的化学药剂。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。,2单液水泥浆的中附加剂的作用,3）水泥的分散剂和悬浮剂,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。,（二）单液水泥浆的配制,配制水泥浆时，力求加料严格准确，,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。,（三）单液水泥浆的特点,1）水泥用为注浆材料，来源丰富，价格低廉,2）浆液结石体强度高，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。,二、水泥粘土类浆液,在单液水泥浆液中，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。,1。水泥粘土类浆液的配制,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。,2。水泥粘土类浆液的特点,（1）水泥粘土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。,三、可控域粘土固化浆液,可控域粘土固化浆液是以粘土,为主剂加入一定量的添加固化剂而,成的浆液，由于对粘土的要求低，,一般都是就地取材，因此具有浆液,成本低、应用范围大等特点。,可控域粘土固化浆液 的特点,（1）浆液以粘土为主要成分，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。,四、水泥-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，必要时加入附,加剂所形成的注浆材料。,（一）水泥 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,凝胶时间和抗压强度,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，凝固时,间可以从几秒种到几十分钟内准确控制，,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。,水泥品种对凝胶时间的影响,水玻璃浓度,对凝胶时间的影响,温度对凝胶时间的影响,（二）水泥水玻璃浆液的特点,（1）浆液可控性好，凝胶时间可准确控制在几秒,至几十分钟的范围内；,（2）浆液结石体强度高，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,-3,cm/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；,五、水玻璃类浆液,水玻璃类浆液是指水玻璃在固化剂作用下产生,凝胶的一种注浆材料。,水玻璃类浆液有很多种：,（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。,水玻璃类浆液,水玻璃类浆液,五、水玻璃类浆液,（二）水玻璃铝酸钠浆液,水玻璃与铝酸钠反应，生成凝胶物质硅胶及,硅酸铝盐，胶结砂和土壤，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,第三节 有机系列注浆材料,一、丙烯酰胺类浆液,丙烯酰胺类浆液（简称丙凝浆液），是以有机化,合物丙烯酰胺为主剂，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。,（一）丙烯酰,胺,类浆液的性能,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，简称甲液；,氧化剂也溶解在水中单独存放简称乙液。,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。,温度对凝胶时间的影响,硫酸亚铁,对凝胶时间的影响,（二）丙烯酰胺类浆液的特点,（1）浆液粘度小,（2）凝胶时间可以准确地控制在几秒,至几十分钟的范围内,（3）凝胶体抗渗性能好，渗透系数为,10,-9,10,-10,cm/s,（4）凝胶体抗压强度低,二、木质素类浆液,木质素类浆液是以纸浆废液为主剂，加入,一定量的固化剂所组成的浆液。,目前木质素类浆液包括：,1。铬木质素浆液,2。硫木质素浆液板,铬木质素浆液,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,铬木质素浆液的特点,（1）浆液的粘度较小，可灌性好，渗透系数为,10,-3,10,-4,cm/s的基础均可适于灌浆。,（2）防渗性能好，其渗透系数达10,-7,10,-8,cm/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。,（二）硫木质素浆液,由于重铬酸钠是一种剧毒药品，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。,三、脲醛树脂类浆液,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,（1）脲醛树脂浆液,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，并且在酸性条件下，对设备有腐蚀性;,凝胶体抗渗性差。,（2）脲素甲醛浆液,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：,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。,（3）改性脲醛树指浆液,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,树脂的特点是：,浆液结石体可度大，胶结力强，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。,四、聚氯酯类浆液,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，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。,聚氨酯类浆液可分为:水溶性和非水溶性浆液两大类，,非水溶性浆液,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，这样可以缓和反应，减少放热，便于控,制胶凝时间。,非水溶性浆液的特点,（1）浆液是非水溶液性的，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。,水溶性聚氨酯浆液,水溶性聚氨酯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）结石体的抗渗性能好，一般在10,-6,10,-8,cm/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。,五、其他有机类浆液,（一）糠醛树脂浆液,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,脲发生反应生成数脂状固体。,（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。,（二）环氧权脂浆液,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,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,（四）甲凝浆液,甲凝浆液的特点,(1)浆液粘度低，可注性好；,（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，所以适用于混凝土干细裂缝,的补强注浆。,第四节 注浆材料的性能及其测试方法,一、密度与相对密度,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，密度的单位是g/cm,3,，计算公式如下：,=W/V,式中：,为密度（g/cm,3,）；,W为物体质量（g）；,V为物体体积（cm,3,）,一、密度与相对密度,相对密度是指浆液或聚合体在空气中的,质量与同体积4,。,C的蒸馏水在空气中的质量,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。,二、粘度,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PH 值表示。,四、凝胶时间,凝胶时间一般是指从参加反应的全部组分混合时,起直到凝胶发生、浆液不再流动为止的一段时间。由,于浆液不同，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水泥浆的初凝和终凝时,间，并将初凝时间作为凝胶时间。,（二）聚氨酯浆液,凝胶过程中体积膨胀 先将浆液加入到特制的容器中，,待加入水后，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）其他浆液,记当刚配制好浆液时的时间t,0,，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，认为已经凝固，记录时,间t,4,。t,4,t,0,可认为是浆液的凝固或凝胶时间。,五、结石率,浆液体积与结石体体积之比称为结石率（），,其表达式为：,=V,2,/V,1,测定方法：,用一支50mL的碱式滴定管，注入约30mL浆液,至某一刻度，记下读数（V,1,），待浆液凝固后，再观,察体积有无变化，记下数读（V,2,），即可求得结石率。,六、抗压强度,抗压强度是指在试件施加压缩载荷至破坏（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。,（二）渗透系数,渗透系数是表示土壤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、粘结强度,粘结强度是指灌浆材料在补藻体的缝隙中聚合后，,聚合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。,