水泥水玻璃注浆的化学原理

1、1水泥水玻璃注浆的化学原理 水泥与水玻璃的主要化学反应为: Ca(OH)2+NaOnSiO2+mH2OCanSiO2 mH2O+NaOH (1)水泥本身的凝结和硬化主要是水泥水化析出凝 胶性的胶体物质所引起的,在硅酸三钙的水化过程中产生氢氧化钙: 3CaOSiO2+nH2O=2CaOSiO2 (n-1)H2O+Ca(OH)2 (2)在混合液中水泥与水玻璃的反应快,水泥本身的水解化学反应要慢得多。根据这一原理做了水泥 水玻璃不同配比下的凝胶实验。实验结果见表1。实验中根据现场工程实际情况,采用了固定水灰比,只改变水玻璃浆液浓度及水泥浆液与水玻璃浆比例的方法。2实验结果及数据分析根据表1中的数据做

2、出不同水泥浆与水玻璃体积比下的凝胶曲线。从图1及表1可以看出,水泥2水玻璃在不同浓度(39814Be)下的浆体初凝时间变化不是很大,从3s到91s变化;终凝时间从21s变化到19500s相差4个数量级,这个变化是非常大的。过长的终凝时间,注浆时跑浆漏浆是非常严重的,并且施工效果也不好,这说明:过稀的水玻璃的浓度达不到加速水泥固结的目的;水玻璃浓度的变化对水泥的初凝速度影响不大;在一定水玻璃浓度范围内,水泥的凝胶时间变化不大;水泥凝胶时间的总趋势是随着水玻璃浓度变小而增大。工程中的注浆体主要部分是人工充填的散体结构,如果终凝时间过长会造成材料浪费,并且达不到注浆的效果。但是散体注浆又要求一定的扩

3、散半径,在玲珑金矿巷道加固工程要求扩散半径大于1m小于10m。所以注浆中既要保证扩散半径又要不能扩散太远,这就要求水泥浆的初凝和终凝之间有一段合适的时间差。在图1中表现出不断变稀的水玻璃浓度下,水泥浆终凝的时间拐点后是直线增大的,因此太稀浓度水玻璃不是工程所需要的,因而没继续做更稀水玻璃浓度下的水泥凝胶实验。从图2(a)中可以看出,水泥浆与水玻璃体积比为11情况下,水泥浆的终凝曲线在一定范围内变化较小,在浓度为9Be时出现较大的拐点。初凝是一条比较平直的曲线。同样,从图2(b)、(c)可见,在水泥浆与水玻璃体积比分别为10175和10150情况下,在水玻璃浓度分别为11Be和13Be时终凝曲线

4、出现变化较大的拐点,突然急剧上升,而初凝是一条较平直的曲线。从图2(d)可见,水泥浆的终凝是曲线呈U型变化,在水玻璃浓度为16Be时出现较大斜率,波动后直线上升,而且速度变化数量级差别巨大,而初凝仍是一条平直的曲线。从以上分析可以看出,在不同的水泥浆与水玻璃体积比下,浆液的初凝时间变化不大,呈水平直线,而水泥的终凝时间是变化很大的,在不同体积比下都会出现一个拐点呈直线上升趋势。在满足质量情况下,从经济角度看,在拐点位置附近选择注浆配比对施工是最经济、最有利的根据以上分析及要求,综合考虑,取水灰比为11,水玻璃浓度为16Be,水泥浆与水玻璃体积比为10125,是最佳的。其原因如下:(1)在水玻璃浓度为16Be时是水泥终凝时间变化曲线的一个拐点,并且不同的水泥与水玻璃体积比下,此浓度下的初凝与终凝的时间差都比较理想。(2)该浓度下可以弥补施工中工人在现场稀释水泥浆的误差,水泥浆稍浓或稍稀都不会使水泥浆的凝胶差(初凝与终凝的时间差)变化很大。(3)该浓度条件下水玻璃凝胶差正合适,初凝3s,终凝300s,这样水泥的扩散半径可以很好地控制在一定范围内,而不至过小或过大;并且可操作性好,在施工进程中,机器一旦出现故障,有足够的时间清洗输浆设备,而不至于损坏机器和高压输浆管。通过玲珑金矿255塌陷巷道治理工程证明,所采用注浆参数是最优的选择。3确定合理参数在实际工程中选择注浆参数有以下