关于矿粉—水玻璃浆液注浆的探讨.doc

关于矿粉-水玻璃浆液注浆的探讨 方东明 （中铁五局技术中心 贵州贵阳 550003） 摘　要　本文针对粉细砂、细砂层中的注浆问题，从矿粉-水玻璃浆液的注浆加固原理入手，介绍了矿粉-水玻璃浆液的配制过程、注浆工艺及控制标准，并对浆液试验、试用过程中的相关问题进行了探讨。 关键词　矿粉-水玻璃浆液 配制 注浆 探讨 1 前言 在地下工程及隧道施工中，我们经常碰到粉细砂、细砂、中粗砂地层。特别是对于粉细砂层，地层致密无胶结，自稳能力差，开挖时极易坍塌，危及到施工安全。由于粉细砂层结构非常致密，渗透系数小，约为10-3~10-4cm/s，普通水泥类浆液因颗粒太大极难注入；超细水泥浆液价格太高；化学浆液料源少，价格高，有毒性污染；改性水玻璃浆液价格较高，加固强度低，施工时浓硫酸的危险大。针对粉细砂、细砂层的注浆问题，我们在北京地铁十号线进行了一系列的研究、试验，总结出了矿粉-水玻璃浆液注浆的一系列参数，同时也对试验过程中出现的一些问题进行探讨。 矿粉-水玻璃浆液采用的矿粉系工业废料（粒化高炉矿碴）磨细所成，价格低廉，来源广，水玻璃采用价格低廉、无污染的市售普通水玻璃。在掺入少量外加剂后可配制成粘度低、可靠性好、凝胶时间可控、固结强度可调、稳定性好的浆液。此种浆液能较好的克服上述各种浆液的缺点，若在施工工艺上加以完善，必能成为粉细砂、细砂层注浆加固堵水的又一选择。 2 注浆加固原理 矿粉是在生铁冶炼中排出的高温溶渣经水淬处理后的粒化高炉矿渣，经干燥、粉磨等工艺处理后得到具有规定细度及颗粒级配、并满足相应活性指数要求的粉料，它具有非常稳定的化学成分。矿粉的化学成份主要是硅酸钙与铝酸钙，在一般情况下具有良好的化学稳定性，但在遇到碱金属类激发剂（如低模数的水玻璃）并具备一定的条件时，就能生成可固化的、致密的水化物。 由于矿粉比表面积大，化学成份稳定性好，配成浆液后渗透性好，用以代替水泥浆用于渗透系数小的粉细砂等地层注浆，具有良好效果。同时，矿粉水化固结强度高、价格低廉，因此具有良好的技术经济价值。 3 矿粉-水玻璃浆液的特性 3.1 强度特性 矿粉-水玻璃浆液凝胶体强度主要受水玻璃浓度、浆液混合温度这两个因素控制。 水玻璃浓度越高，凝胶体强度越高，凝胶体3d强度最高为10.1Mpa，但当水玻璃浓度低于25Be′时，凝胶体基本无强度，长时间不能凝固。浆液混合温度越高，凝胶体强度越低,当浆液混合温度达到80℃时，凝胶体基本无强度，但当温度低于5℃时，浆液基本不发生水化固结。 3.2 凝结时间的变化规律和范围 矿粉-水玻璃浆液凝结时间的控制因素主要为浆液混合温度及工业烧碱掺量，其中浆液混合温度的影响最大。浆液混合温度越高，凝结时间越短；工业烧碱掺量越大，凝结时间越短。其凝结时间在2s~300min范围内可调。 3.3 浆液水化固结的激发条件 矿粉-水玻璃浆液水化固结的激发条件是：通过掺入工业烧碱使水玻璃溶液降低到相应的模数，并保证浆液具有相应的温度。一般工业烧碱掺量为8~14%（相对于水玻璃重量），浆液混合温度为20~80℃。 4 注浆施工工艺 矿粉-水玻璃浆液注浆施工工艺流程见图1。 安设小导管 施工准备 连接管路及孔口密封 注浆 压力、流量达设计要求 结束 拌浆 浆液配合比设计 检查维修机具 制作小导管 封闭工作面 钻孔 否 孔口周围喷射10cm厚条状混凝土止浆墙 图1 矿粉-水玻璃浆液注浆施工工艺流程图 矿粉-水玻璃浆液配制流程见图2。 4.1 浆液配制 4.1.1 浆液主要性能指标（见表1） 表1 主要性能指标表 项 目主要性能指标比重1.1 g/cm3左右粘度2~5cp凝胶时间2s~300min，时间可调凝胶体强度单轴抗压强度0.3~10MPa，强度可调矿粉 水 工业烧碱 水玻璃 水 乙液 双液注浆泵 注浆 甲液 加热到相应温度 图2 矿粉-水玻璃浆液配制流程图 4.1.2 配合比 针对工程注浆加固、堵水目的的不同，浆液凝胶时间、凝胶体强度可在以下浆液配合比范围内调整所得： 甲液：矿粉:水=1:1（重量比）； 乙液：水玻璃浓度为30~40 Be′、工业烧碱掺量为8~14%（相对于水玻璃重量比）； 混合浆液：甲液:乙液=1:1、混合温度为20~80℃。 4.1.3 浆液配制过程 （1）取一定量的水，然后投入与水等重的矿粉，搅拌2~3min，制成甲液。 （2）取一定量的40Be′的水玻璃，加入配合比要求的水并充分搅拌，制成相应浓度的水玻璃溶液，然后投入一定掺量的工业烧碱（固体片状），搅拌并让其充分溶解，制成乙液。 （3）注浆前，将甲、乙液加热到相应温度，确保浆液混合温度达到设计要求，甲、乙液进入注浆泵的量为1:1。 4.2 施工准备 4.2.1 施工中所用的材料必须经检