粉煤灰,水泥,水玻璃注浆材料的合理配比分析.pdf

1 9 9 1 煤炭科技 资料 粉煤灰 水泥 水玻璃 注浆材料 的台理配比分析 朱佑 国 建 工系 筇4 期 摘 要 本 文应 用现 代试验诡 计枝 木 着重就各 目素对擗煤灰 水 泥 水玻 璃注浆材料 的抗 匪强度 覆凝胶时问 的影响进行 7较 系统 奎 面的分析 研 究 提 出了不 同条件下谊粟液的 合理 配比 而为工程应 用提 供所要 求的抗压 强度和凝 胶 时问 关键 词 耪蝶 友 注 孳材料 抗压 强度 凝 胶 时间 I 前言 粉煤灰很早就在砼中得到应用 而在注浆领域却一直是空白 为了推广粉煤灰在连 装工程中的应用 以求降低注浆成本 作者在实验室进行了大量有关粉煤灰 水泥 水 玻璃注浆材料的试验 结果表明 该浆液具有结石率高 凝胶时间准确可控 早期强度 大 后期强度持续增长等特点 较之单纯水泥 水玻璃浆液 虽然早期强度略有降低 但后期却有所提高 反而起到了增强的效果 况且早期强度的高低还可用合理的配比来 调节 现将 试验 研究结果叙述如 下 2 试验安排 及其结果 影响粉煤灰 水泥 水玻璃浆液性能的因素很多 根据注浆工程 的实际需要 此处 着重 就粉煤灰 水灰比 水破璃 与粉煤灰 水泥棍 台浪之间 的体 积比 水玻 璃浓度 外 加 剂 等因素及 其交 互作 用对 早期强度和 凝胶 时阔 的影 响进行 一些 分析 试验方案设计采用二次通用旋转组台设计 备因索的考察范厨如表l所示 试验方 案及结果见 表2 3 数据处理 试验 结果采 用二 次方程 b 圭 b x b l x 兰b I l j 维普资讯 袭1 园素水平缡码裹 X 2 l O 一 1 2 z 粉 煤灰 掺 量 70 6 0 5o 4 0 j 3 0 水 灰 比 1 5 1 25 1 0 0 75 o 5 f z l x I Z3 体积 比 o 6 0 5 0 4 0 3 0 2 x z 三 乙醇胺 掺 量 O 1 5 0 1 2 0 O9 0 0 6 0 03 x z B 0 0 9 0 03 来拟台 其中回归方程的 回归系数计算 回归方程及其系数的显著性检验等由计算机完 成 在此 不再赘 述 所得 到的回 归方 程为 1 关于凝胶 时问的 回 归方程 Yl 41 1 2 3 8 4xI 10 7 1x 9 1 3xj 1 50 x5 1 54xl x z 2 6 2 x 3 x 一1 5 7 x 1 6 x 2 关于三 天龄期抗 压强度的 回归方程 y 2 4 88 1 64xl一 2 39x 一 0 78 x 3 0 1 8x 0 6x5 0 38xI x 2 一 O o 22x l 3 0 5 2 xl 0 3 4 xI 5十0 2 2 x 7 X 3 0 3 6 xl B O 6 4 xl 0 27x 3 x 5 0 46 x 4 x 5 0 3 x 0 3 9 x 一o 5 2 x 一0 5 1 x 0 2 2 x 如将上述 两方 程进行编码 回代后 就会 得到 自然 因孝空 闻的回归方程 比较实测值 与 回归 方程 计算斫得 的值 可 发现 两者的 误差 一般 在8 以内 因 此 结 果 是比较 理 想的 4 试验结果的分析 4 1 各园素对 粉煤灰 亦混 水 玻璃浆液性能 的影响 分 剐将 四个 因素 固定在零水平 让另 个 因素在所研究 区间内变化 可 以作 出粉 煤 灰 东灰比 休积比 玻 璃浓度 三 乙醇胺等 因素对 浆液性 能的影 响 曲线 6 0 妻 一 i 2 3 i 2 MPa 秒 圈l 辫 煤 藏 对 强 度 的 影 响 图2 糟 煤 款 对 凝 胶 时 闸 的 影 响 璃 玻 水 一 如 赏 浓 一 2 2一 一 维普资讯 哀2 试验方案曩徽据 试 验 方 案 凝胶 时间 三 天龄期 抗压 试 验号 强度 x j x J x j x x 秒 M p a l l l l I 1 l 2 5 4 1 7 60 2 1 1 1 1 1 21 4 1 0 72 3 1 1 一1 1 l 一1 4 0 2 7 4 0 42 7 3 4 4 3 7 6 57 5 58 2 32 3 28 1 45 8 46 4 62 3 43 9 66 2 71 9 3 6 4 47 2 1 0 2 59 4 16 9 59 2 42 7 52 3 37 4 4 5 8 3 8 3 41 4 41 4 49 7 5 2 9 4 7 1 9 54 3 1 2 5 07 3 31 1 5 6 4 9 5 2 9 4 4 99 1 01 1 71 l 9 38 l2 5 5 0 41 l 0 9l 1 95 4 1 2 1 1 6 2 33 2 98 4 69 6 45 5 3 4 4 6 6 4 95 4 8 7 5 2 5 4 5 9 o o o o o o 2 o 0 0 J 一 一 一 o o 0 0 o o 2 o o 0 0 o o 0 0 o o 0 0 2 o o o 0 o o o o o 0 o 0 2 0 0 o o 0 o 0 0 o o o 0 0 2 0 o o 0 o o o o 0 o 0 0 o 0 6 0 u 坫 加 龃 黯 勰 鹪 维普资讯 从图l 可以看出 随着粉煤灰掺量的增加 浆液固结律的早期强度降低 且曲 线 下 降 的 幅度逐 渐增加 并 伴有浆液 凝胶时 间的延 长 如 图2 所示 在所 有 因素 中 水灰 比是最 重要 的一个 因素 这一 点从 图3 4 中可 以看 日 水 灰比 对浆液 的凝胶时间和 抗压强度 的影响比较复杂 但总 的趋势 是 水荻 比小 凝 胶 时 间 短 对应 的强度 亦高 水灰 比大 则 凝胶时间长 对应 的强度亦低 然而 浆液 水灰 比的 大小是根据施工的具体情况来确定的 Z I 图3 水 灰 比对强 度 的影 响 图4水 捉 此对 凝 肢时间 的量 j 响 试验表明 当其他条件相同时 随着体积 比的减小 凝胶时间缩短 并 呈 直 线 关 系 因此用改变体积比的方法来调节凝胶时间是很方便的 因为在实际操作中只需调节 两 台注浆泵的流 量即可达到 目的 圈5 反 映了体积 比对强度 的影响 不 难看 出 在 x 一 0 5 附近曲线取得它的极大值 曲线的变化幅度是 比较大的 因此对于强度来说 体积 比的大小必须适 当 太大 太小都会造成早期强度的损失 2 1 0 一 I 2 I MP a l 秒 图5 体积 比对 强度 妁影 响 睁6 体积 比对 凝胶 时 间 的影响 从 图7 8 可 以看 出 两 曲线 均在 X O 附近取 得它 的极值 不 同的是一个取 得极大 值 一个则取得极小值 亦即在一定条件下 存在有一个最佳水玻璃浓度 使得浆 葭 凝 茁时间最短 对应 的 强度也最 高 水玻璃浓度太 大或太 小都会造成早期强度 的损 失和凝 腔 时间延 长 图9 的结果表 明 三 乙醇胺虽有 早强作 用 但 H有 当掺 量大 于0 0 9 时才能达 到 预 期 目的 但浆液 的凝胶时 间也 随之略 有增加 如 图1 0 所 示 维普资讯 I f M P a 秒 图7 水 玻 璃 浓度 对 强度 的 影响 图8 东 玻璃 被度 对凝 陵时 间的 影 响 1 0 M Pa 一 秒 9三 乙醇 胺 对 强度 的影 响 巨1 o三 乙醇 瞎对 凝 肢时 间 的影 响 以上分析得 出了一些很有 意义 的结论 但 这些结论是 在其 它四个 因素 固定 而 只让 一 个因素变 化的条件 下得出的 实 际注浆过程 中变化的 因素往往不 止一个 因此有必 要 柞 进一步的分析 4 2 困素 问交互作 用对 浆液性能 的影 响 对各 种 次 监面 进行等值 线分析是 回归方程 应用分 析中的一种常用技术 它可直观 形象地 表述指标 与因素 以及 因素与 因索之 间的变化关系 揭示 因素同 交 互作 用的规 律 分析的方法是 在五个变量中取两个变量 绘制两维等值线圈 而将其余三个变量固定 零 水平 圈 表明了粉煤 灰与体积 比之间相 互柞 用 的规 律 不 难看 出 一定 的耪煤 灰掺量就 对应有一个最佳的体积 比 砒 时反应进行得最完全 浆体的强度亦最高 且这个 最佳 体积 比 随着 粉煤 灰掺 量 的增加 而 减少 两者之间遵循 图 l 2 所示 的规 律 粉煤灰与水玻璃浓度之闻也有类似的规律 如图l 3 l 4 所示 粉煤灰掺量多 水玻 璃 则相应稀一 些 反之 则 水玻 璃相 应用浓 一些 图1 5 表明了水灰比与水玻璃浓度之间 的变化关系 不难 看 出 一定大小 的水灰 比 对 应 有一个最 佳的水玻璃浓懂 此时浆 液反应进 行得 最完 全 同时相 对有最 高的强 度 换句话说 即使矛用较稀的浆液 如果水玻 璃用量适 当 也可 以得 到较高 强 度 刚 结 石 悼 最佳 的水玻璃浓度 髓水灰比的增加而 减小 两者之 间遵循 图 l 6 的关系 变化 图1 7 反映 了体 积比与水玻璃 浓度间相互作用 的规 律 同样两者之 间也应 有一个 台适 比例关系 两者共 同作用 可使浆体获得较高的早期强度 图l 8 则将这一关系更加明 63 维普资讯 3 6 a 2 1 l 2 I 瞄l B 0 叫 强 童 等 蛰 线 l蓦 图 1 2 x z 与 x 之 问 最 佳 搭 配 关 1 2 一 2 1 L 曜1 3 x 与x s xl 0 时 强 度等 值 线图 匿1 4 zl 与x 4 A 问最佳 搭配 关 系 L一 一一 一 2 一 2 1 0 1 2 图1 5 x I 5 一O 时强 度荨 值线 圈 圉1 6小 灰 比与水 玻璃 淤度 间最 佳 配台 6 4 维普资讯 F 2 1 l 2 一 1 翻 1 7 x l x 5 0 对 度 等 线 I q 1 8 棼积 此 与水 玻璃 献 妻 闫蛙 芷船 叠 要 显 地反映出来 随着体积比的减小 水玻璃浓度应相应增加 要获得较高的强燮 这是 必须遵守的原则 众所周 知 在 水泥 水玻 璃体系 中 先是水 泥的水化 在硅酸三钙 的水 化过程 中 产生 氢氧化钙 然后是水 玻璃溶液 中的硅酸钠 与新生成 的氢氧化钙反应 生成具 有一 定 强度的凝 睦涔一一 水化硅麓钙 从而 使浆渡 凝结 并 斌 于它初期强度 在早期 粉煤莸并不 参与水泥 水玻璃 间反应 因此 被粉煤 灰代替 那 一部分l 魏 盐水泥的早期强度得不到补偿 IS l 由于粉煤灰的加入 降低 了单位体积内 酸三钙 含量 使得 由永 玻璃与氢氧钙 反应生 成的凝狡 含量 减少 这 样会带来 早期强度降低 凝 胶时间 延长的后果 一 种永混中硅酸三钙 的含量是 周定 的 水化生 成 氢氧 化钙 以及与之反应所 要求 的硅酸钠 量也 是固定的 当满足 此条件 时反庄 进行得 最完全 凝脏时间最 短 对应的强 度 也 最高 5 几 点主要结论 在 以上分析 的基础上 可 以得 出 以下几 点主要结论 5 1 在其他条件不 变 的前挺 下 随着粉煤灰掺量 的增加 或相应 降低 水玻璃 浓 度 班 相应 减小体积 比 水玻 璃过 量 或不足 都会造成早期强度 的更大 损失 5 2 当水灰 比发 生变 化时 确定 水玻璃 浓度 的原则 是 浓浆 I 浓水 玻璃 稀 浆剧稀 水玻 璃 亦 即在实 际注 浆施 如考虑 水玻 璃的j l j 量 则 既能 降低 成本 叉能提高 抗压 强 度 一举两 得 5 3 在其它条件不 变的条件下 当体积比发生 变 汜 水玻璃 浓度应作相虚 H 0 调整 其 原则 是 体积 比大 则 降低 水玻璃浓度 体 积比小 则 提高水玻璃 浓上 芝 目 的 就 是 要 维普资讯 满足氢氧钙对硅 酸钠 的要求 5 4 如嫌J 期 强度 不足 t 哭取 措施 予 以提高 如加三 乙醇胺 程力 搅拌 预水 化 磁力水 搅拌 等 增强 的幅度大 约在1 0 2 0 左 右 粉煤灰会 降低浆 休 的早期强度 并 不 令人耽忧 因为苴他 因素也会影 响浆 体早期 强度 的提 高 问题的关 键在于各固索 之间 虚有一 个台适 的 比例关系 这 一点在应 用时一 定 耍 加 以注意 羹 图1 9粉煤藏 承 诧 水 玻璃 浆液 与承 记 术 玻璃 浆 液 固结体 抗 压强 度对 比 注 水 荻 比 体积 比 水 玻璃 浓 度均 相 同 1 2 3 4 曲线 粉媒 灰掺量 分 别 为0 3 0 4 0 S 0 粉煤灰虽使早期强度略有降低 但却对后期强度 的发展起到了促进作用 如图1 9 所 示 当粉煤灰掺量为5 0 时 2 8天 龄期 抗 压强度 就 已接近未 掺者 而 当掺 量为 3 O 时 却可提高2 0 左右 且有继 续发展的趋