水泥类注浆液性质研究

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摘 要：水泥是较便宜的注浆材料，其固结性能良好，结石强度高，无毒性，是目前应用最广泛、用量最大的注浆材料。在实际工程中水泥类浆液一般分为纯水泥浆液与水泥-水玻璃浆液。目前在进行浆液配制时最常用的是普通硅酸盐水泥，该文也将只就此类性水泥浆液进行研究。

关键词：水泥 注浆 性质

中图分类号：TV432 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（a）-0115-01

1 硅酸盐水泥的矿物组成

硅酸盐水泥是一种多矿物的聚集体，其主要熟料矿物组成是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铭酸四钙等4种。这些熟料矿物决定了硅酸盐水泥的性质，如表1所示。

2 水泥类浆液的固化机理

2.1 纯水泥浆

水泥与一定量的水拌和后，发生水化反应成为能粘结砂、石集料的可塑性浆体.而后逐渐变稠失去可塑性形成凝胶体，这一个过程称为水泥的“凝结”。此后，伴随着继续水化深入，水泥浆体的放热、形态发生变化，强度逐渐增长而变为具有相当强度的水泥石，这一过程称为水泥的“硬化”。水泥浆的凝结与硬化是―个连续的复杂的物理化学反应过程。

硅酸三钙的水化反应为：

3CaO・SiO2+nH2O=xCaO・SiO2・ yH2O+（3-x）Ca（OH）2

硅酸二钙水化反应为：

2CaO・SiO2+mH2O=xCaO・SiO2・ yH2O+（2-x）Ca（OH）2

铝酸三钙水化反应为：

2（3CaO・Al2O3）+27H2O=4CaO・ Al2O3・19H2O+2CaO・Al2O3・8H2O

铁铝酸四钙水化反应为。

4CaO・A12O3・Fe2O3+7H2O=3CaO・Al2O3・6H2O+CaO・Fe2O3・H2O

在水泥水化过程中，水泥颗粒表面的水泥熟料经过分解、扩散、溶解等一系列物理化学过程，在水泥颗粒表面形成由CSH凝胶体和CH晶体等成分组成的凝胶膜。这种凝胶膜由于水分渗入膜内形成渗透压而产生破裂，膜外水分因此继续渗入膜内，与水泥水化颗粒内核直接接触，产生新的凝胶。水泥水化产生的凝胶一方面使原有的凝胶膜增厚，减缓了水化速度；另一方面进入水溶液中，将水泥颗粒互相联系起来。如此反复循环，膜体增厚，凝胶膜外则形成网状凝胶结构，使水泥石结构趋于致密，水泥强度提高。随着时间的推移，水化反应减缓，直至水泥浆完全硬化。

2.2 水泥-水玻璃双液浆

硅酸盐水泥成分硅酸三钙、硅酸二钙水化过程中均产生氢氧化钙，水玻璃主要成分为硅酸钠，其加入水泥浆后，马上与新生成的氢氧化钙反应，生成具有一定强度的胶凝体―水化硅酸钙：

Ca（OH）2+Na2O・nSiO2+mH2O=CaO・nSiO2・m H2O+2NaOH

由于氢氧化钙是逐渐生成的，氢氧化钙与水玻璃之间的反应则由于氢氧化钙的逐渐生成而连续进行着，水玻璃与氢氧化钙之间的反应是较快的，随着反应的进行，胶质体越来越多，强度也越来自高。

3 水泥类浆的流变性能

3.1 初始粘度特征

纯水泥浆的初始粘度主要取决于浆液的固体含量，随着水灰比的增大，浆液的初始粘度逐渐降低。

3.2 粘度时变性

进行了不同水灰比、不同水玻璃加量浆液粘度的持续测量，浆液的粘度具有明显的时变特征，其粘度与时间可用指数函数进行拟合。与化学浆液的粘度时变性对比发现，水泥类浆液的粘度增长的相对更平稳及持续，而化学浆液表现为短时快速增长的特点。

3.3 浆液的固化时间

纯水泥浆的固化时间主要受浆液固体含量的控制，水泥-水玻璃双液浆的固化时间主要受水玻璃加量的控制，浆液的固化时间随着水灰比的增大而缩短，随着水玻璃加量的增加而减小。

4 结石率

浆液的结石率主要取决于浆液固体含量，如图1所示，浆液的结石率随着水灰比的增大而减小。

5 固结体强度特征

浆液固结体的强度主要取决于浆液的固体含量，浆液的强度随着水灰比的增大而减小。另外水玻璃的加入会降低浆液的强度，且加量越多降低的比例越大。

6 结语

纯水泥浆结石体与水泥-水玻璃双液浆结石体的微观形态不同，纯水泥浆结石体为孔隙性结构，整个结构呈絮状，孔隙率较高，水泥-水玻璃双液浆表现为龟裂状结构，断面发育多条裂纹，整体结构相对密实，孔隙率相对偏低，两者均没有发现水泥浆中包含的那种磨圆度较高的颗粒。

参考文献

[1] 任文文.注浆液配合比试验及其在室内模型试验中的应用[D].太原理工大学，2010.

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[3] 吴胜军.红粘土路基水分运移规律试验研究[D].长沙理工大学，2010.