注漿材料分類及選擇

1、4注漿材料的分類及選定4. 1注漿材料的分類根據(jù)注漿材料的使用圍和效果等因素可分為四大類：（1）水玻璃漿材。目前可以說（特別是酸性和中性水復(fù)合型水玻璃、氣液 反應(yīng)型水玻璃及水玻璃+水泥類等）的使用率極高，其中以日本和東南亞各國 及、等地區(qū)為最。（2）水泥類漿材：（普通水泥、超細(xì)水泥、濕磨水泥、硅粉）的使用在國際 上也較為普遍。（3）高分子漿材。在日本一些國家除殊情況外一般不太使用，但在俄國和 東歐一些國家依然使用。（4）水泥加膨潤土漿液。以法國為代表的歐洲國家都習(xí)慣于先注水泥、膨 潤土其目的是充填大的空隙，使地層均質(zhì)，以防地下水造成的漿液流失和稀釋然 后，注入膠結(jié)時(shí)間長且滲透速度慢的水玻璃漿液

2、，構(gòu)成阻止顆粒間的滲透帷幕， 使強(qiáng)度有一定提高，必要時(shí)注入高分子漿材進(jìn)一步提高強(qiáng)度。4.2注漿材料的選定注漿材料應(yīng)根據(jù)堵水要求、加固要求，以及是否作為永久性支護(hù)結(jié)構(gòu)等方面， 并從無毒性、無污染這一角度綜合考慮進(jìn)行選擇。目前國外常用的注漿材料可基 本分為水泥基漿液和非水泥基漿液。水泥基漿液是指以水泥為基本主要材料所配 制的漿液。常用的有普通水泥單液漿、超細(xì)水泥（MC）單液漿以及特制硫鋁 酸鹽 水泥（HSC）漿等等。非水泥基漿液是指水泥基漿液以外的其它注漿材料，例如 改性水玻璃、環(huán)氧樹脂等等。隧道所用的注漿材料應(yīng)滿足耐久性和環(huán)保的要求，水 泥基漿材具有耐久性好、無毒無污染等優(yōu)點(diǎn)，因此注漿材料宜以水

3、泥基漿 材為主。 4. 2. 1普通水泥單液漿普通水泥中按比例加入一定量的水及相應(yīng)的外加劑經(jīng)攪拌而成的漿液稱為普通水泥單液漿，其主要特點(diǎn)是結(jié)石體具有較高的抗壓、抗剪強(qiáng)度，能有效 地提髙地層的承載能力，且其抗?jié)B性能好，材料來源豐富，價(jià)格低廉，注 漿工藝相對(duì)簡單；但由于其顆粒粒徑大，在致密的粘土和砂層及微小 裂隙條件下滲透困難，而且其凝膠時(shí)間不易調(diào)節(jié)，注漿過程中漿液易 流失，因此其應(yīng)用受到一定的限制。單液水泥漿的配比和結(jié)石體的主 要性能如下表。單液水泥漿的配比和結(jié)石性能 水灰比粘度（S）密度 (G/CM3):疑膠時(shí)間H-MIN）結(jié)石率（%）抗壓強(qiáng)度（MPA）初凝終凝3天7天14天28天0.5:11

4、391.867-4112-36994. 146. 4615.322.00. 75:1331.6210-4720-33972.432.605. 5411.271：1S1.415-5625-27852.002.402. 428. 901.5:1171.3716-5235-47672.042. 331.782. 222：161.317-0748-15561.662. 562. 102. 80注：1、釆用42.5R普通硅酸鹽水泥；2、測(cè)定資料均為平均值。通過觀察分析，我們發(fā)現(xiàn)普通水泥單液漿具有以下特點(diǎn)：顆粒粒徑大, 可滲透注入0. 5mm的裂隙和及平均粒徑1mm以上的砂子；凝膠時(shí)間長， 具有較長的可注

5、期；但凝膠時(shí)間不易調(diào)節(jié)，初凝時(shí)間長。膠結(jié)體具有較髙 的抗壓強(qiáng)度，但結(jié)實(shí)體收縮率較大。4. 2. 2超細(xì)水泥（MC）單液漿超細(xì)水泥（HC）是指水泥中的最大顆粒不超過20卩叫 經(jīng)過特殊磨細(xì)加工 的水泥，能滲入細(xì)砂層和巖石的細(xì)小裂隙中。超細(xì)水泥漿液性能穩(wěn)定，其 析水性、流動(dòng)性都比普通水泥有顯著改善，漿液結(jié)石體具有較高的強(qiáng)度和耐久性。下表是不同配比的超細(xì)水泥漿的基本性能。 不同配比的超細(xì)水泥漿的基本性能性能水灰比結(jié)石率（%）凝膠時(shí)間H-MIN）抗分散性抗壓強(qiáng)度（MPA）初凝終凝1天3天7天28天0.6：1002-104 - 05944.420.524.229.20.8：924-206-509()1.3

6、7.017. 11:1855-307-30603.45.6注：抗分散性是指將一定重量的漿液倒入流速為0. lm/s的水中，注漿材料的留存 率。通過實(shí)踐觀察分析，超細(xì)水泥單液漿具有以下特點(diǎn)：初凝和終 凝時(shí)間比普通水泥有所縮短；固結(jié)體抗壓強(qiáng)度較髙，具有早強(qiáng)、 髙強(qiáng)的特點(diǎn)；抗分散性較好；顆粒粒徑小；水灰比較大時(shí)， 結(jié)實(shí)體略有收縮。4. 2.3普通水泥-水玻璃雙液漿普通水泥-水玻璃雙液漿具有材料來源廣、價(jià)格適宜、凝膠時(shí)間可 控等優(yōu)點(diǎn)，但由于其膠結(jié)體后期強(qiáng)度低，耐久性差，受水長期浸泡容 易分解，不適合長期堵水和加固圍巖。不同配比的漿液特性見下表。 不同配比的漿液待性W：CC：S水玻璃濃度凝膠時(shí)間抗壓強(qiáng)度

7、（MPA）(BE')1天3天7天28天0.6:11:0.33011.0"5.6. 77.410.21:0.513.3"5.6.7.9.1:0.716.6"5.6.7.9.1：120. 5 "4.6.6.9.0.8:11:0.33014.4"5.6.&9.1:0.519. 1"5.6.&9.1:0.723.0"4.5.&8.1:126.8"4.5.7.8.1:11:0.33015.9"4.4.5.7.1:0.520. r3.3.4.6.1:0.724.4"3.3.3

8、.6.1:131.5"2.83.3.66.1.5:11:0.33025.5"2.3.3.5.1:0.532.7"2.2.3.4.1:0.738.0"12.3.4.1:148.4"12.3.4.水泥與水玻璃進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，有一個(gè)強(qiáng)度比較高配比，在此配比下反應(yīng)充分, 結(jié)石體強(qiáng)度較高。試驗(yàn)結(jié)果如下圖，其曲線代表了水玻璃波美度在（3045）之 間，在不同水灰比下的綜合曲線之趨勢(shì)。試驗(yàn)條件：水泥為32. 5R普通硅酸鹽 水泥，測(cè)試溫度為2323.5° Co30252015105水衣比為0.6： 1時(shí).波美度為（3015）時(shí)強(qiáng)度線水灰比為0.8：

9、1時(shí)，妓美度為（3045時(shí)淫度圾水灰比為1：1時(shí)，波美度為（3045）時(shí)強(qiáng)度踐0 0.3 0.4 0.5 0.6 7 0.8 0.9 1.0水老漿水枝璃（體稅比）水泥漿與水玻璃漿體積比對(duì)漿液28天強(qiáng)度影響從上圖中可以看出，在相同的水灰比條件下，當(dāng)水玻璃漿：水泥漿的體積比 為0.30.8時(shí)，結(jié)石體強(qiáng)度較髙，此外，在水泥-水玻璃配比一定的條件下， 水灰比減小，結(jié)石體強(qiáng)度提高。通過試驗(yàn)觀察分析，普通水泥-水玻璃雙液漿具有以下特點(diǎn)：凝膠時(shí)間短 且容易控制，具有早強(qiáng)的特點(diǎn)；漿液配制容易，可注性較好；膠結(jié)體后期強(qiáng) 度低，耐久性差，受水長期浸泡容易分解；膠結(jié)體收縮率大。4. 2. 4特制硫鋁酸鹽水泥（HSC

10、）單液漿特制硫鋁酸鹽水泥（HSC）主要由特制 硫鋁酸鹽熟料、石膏、硅粉、減水絮凝劑等組成。HSC漿具有良好的抗分散性和早強(qiáng)、高強(qiáng)的性能，并且具有微膨 脹性，膠結(jié)后，能有效封堵出水通路，堵水效果較好。表3-7列出了不同配比下的漿液特性。不同配比漿液性能性能結(jié)石率（%）凝膠時(shí)間（H-MIN）抗分散性%抗壓強(qiáng)度（MPA）初凝終凝1天3天7天28天0.8：1000-551-139813.517.620.426. 11:11001-001-20968.014.018.020.01.2：1001-302-00906.59.59.616.01.5：982-002-30853.06.06.810.0注:HSC

11、即分散型硫鋁酸鹽超細(xì)水泥。通過實(shí)踐觀察分析，HSC具有以下特點(diǎn)抗分散性好；抗 壓強(qiáng)度髙，具有早強(qiáng)、髙強(qiáng)的特點(diǎn)；結(jié)實(shí)率髙，并具有微膨脹性。 水灰比大時(shí)，抗分散性能有所下降；凝膠時(shí)間太短時(shí)，可注性 和可操作性變差。4. 2.5 GRM特種水泥GRM是一種凝膠時(shí)間可調(diào)的超早強(qiáng)自流平水泥基灌漿料，其顯著 特點(diǎn)是具 有超早強(qiáng)、高強(qiáng)、微膨脹性和密實(shí)、可灌性好的特性，且使 用簡單，可灌性好，無需振搗。其相應(yīng)的性能如下表GRM注漿材料性能項(xiàng)目凝膠時(shí)問（M1N）抗壓強(qiáng)度（MPA）抗折強(qiáng)度（MPA）外加劑含量<%0）初眾終礙111ID3D7D1H1D3D7D惟幕注漿42586.829.235.035.41.

12、6.7.7.43.超前加固30368.527.631.03& 12.4.5.7.02.堵水161712.930.832.460. 153.5.5.6.71.注：水灰比均為0. 45,試驗(yàn)溫度為2022它。通過試驗(yàn)觀察分析，GRM灌漿料的具有以下特點(diǎn)：抗壓強(qiáng)度很 髙，具有超早強(qiáng)、高強(qiáng)的特點(diǎn)；結(jié)實(shí)體具有微膨脹性；漿液具 有自密實(shí)、自流平的特 性；需通過控制外加劑的摻量來控制凝膠 時(shí)間，施工操作較復(fù)雜。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果分析和應(yīng)用情況，我們對(duì)這五種注漿材料得岀 以下初步結(jié)論。普通水泥可注性好，注漿時(shí)能夠得到較大的注漿量和注漿加固圍。 結(jié)實(shí)體 強(qiáng)度髙，能有效地提高地層的承載能力。但普通水泥單液漿

13、抗 分散性能差，易被地下水稀釋，影響其強(qiáng)度和堵水性能，且由于其收縮 率較大，因而不宜在水壓髙、流速大、對(duì)堵水要求很高的條件下采用。 由于普通水泥顆粒粒徑大，在致密的粘土及微小裂隙條件下滲透困難, 僅能滲透注入0.5mm的裂隙。普通水泥的優(yōu)勢(shì) 在于料源廣，價(jià)格低， 結(jié)實(shí)體強(qiáng)度髙。普通水泥適用于水量小、水壓低、裂隙寬 或砂層顆粒 直徑大等地質(zhì)條件，常用于節(jié)理、裂隙發(fā)育的地層及中粗砂、砂礫石 地層的注漿。超細(xì)水泥固結(jié)體抗壓、抗剪強(qiáng)度較高，具有早強(qiáng)、高強(qiáng)的特點(diǎn)，能得 到好的注漿加固效果；超細(xì)水泥顆粒粒徑小，可灌性強(qiáng)，滲透注漿時(shí)能 注入寬度大于0. 05mm的裂縫，能得到較好的堵水和加固效果。但超細(xì)水

14、泥單液漿終凝時(shí)間仍 較長，受地下水稀釋影響，對(duì)其凝膠性能會(huì)產(chǎn)生影響, 因而在水壓髙、流速大條件下會(huì)有一定的漿液損失；另外，當(dāng)水灰比較大 時(shí)，漿液略有收縮。在價(jià)格上超細(xì)水泥要高于普通水泥。超細(xì)水泥適宜于 巖石的細(xì)小裂隙或致密的粘土層等地層。HSC即特制硫鋁酸鹽超細(xì)水泥，具有較好的抗分散性，能有效地 控制注漿區(qū)域，適宜在髙水壓、水流速大的條件下注漿施工；HSC漿 具有早強(qiáng)、髙強(qiáng)、高抗?jié)B、流動(dòng)度大的特點(diǎn)，能有效提髙地層的承載 能力；其漿液結(jié)實(shí)體具有微膨脹性，膠結(jié)后，能有效地封堵住各種岀 水通路，注漿后堵水效果顯著。但考慮到水灰比大時(shí)，其抗分散性能 有所下降；而凝膠時(shí)間太短時(shí)，可注性和可操作性又會(huì)變差

15、；所以施 工時(shí)水灰比通常取1 : lo另外，HSC價(jià)格較普通水泥要髙。HSC適宜于 富含水且有一定水壓的破碎巖層、出水管地道層等。普通水泥-水玻璃雙液漿可注性較好，可滲透注入裂隙為0. 2mm以上的 巖體；其凝膠時(shí)間短且容易控制，具有早強(qiáng)的特點(diǎn)，普通水泥-水玻璃雙液 漿配制容易，使用方便，價(jià)格中等。但其膠結(jié)體后期強(qiáng)度低，受水長期浸 泡容易分解；且膠結(jié) 體耐久性差，收縮率大，對(duì)長期堵水和加固圍巖不利。 普通水泥-水玻璃雙液漿適用于臨時(shí)堵水、控制注漿加固圍以及止?jié){墻滲 漏時(shí)的快速封堵。GRM （即超早強(qiáng)自流平水泥基灌漿料）是一種凝膠時(shí)間可調(diào)的水硬性新 型 灌漿材料，其顯著特點(diǎn)是具有超早強(qiáng)、高強(qiáng)、微

16、膨脹性和自密實(shí)、自流 平的特性，但其抗分散性一般施工時(shí)需通過控制外加劑摻量調(diào)整凝膠時(shí) 間，現(xiàn)場(chǎng)操作較復(fù)雜，且價(jià)格偏高。GRM主要適用于鐵路基床、路基路面 的搶修補(bǔ)強(qiáng)，快速錨固.基礎(chǔ)灌漿加固工程。4.3關(guān)于對(duì)注漿材料選取的建議注漿材料的選取主要應(yīng)根據(jù)漿液的可行性、可注性、環(huán)保及經(jīng)濟(jì)性 進(jìn)行綜合分析，另外，還應(yīng)結(jié)合其地質(zhì)特征和注漿加固方案要求，從堵 水性.耐久性（耐 腐蝕性）和工藝可操作性綜合考慮進(jìn)行注漿材料選 擇。根據(jù)室試驗(yàn)初步結(jié)論，綜合以上特性進(jìn)行比較分析，并結(jié)合相關(guān) 地質(zhì)條件，建議隧道注漿以普通水泥一水玻璃雙液漿、超細(xì)水泥-水玻 璃雙液漿 HSC單液漿為主要漿材，普通水泥單 液漿和超細(xì)水泥單液 漿為輔助漿材；對(duì)于隧道的涌泥坍塌地段的全斷面超前預(yù)注漿，注漿材 料以超細(xì)水泥-水玻璃雙液漿或HSC單液漿為主，超細(xì)水泥單液漿為 輔; 對(duì)于隧道的涌泥坍塌地段的徑向注漿或補(bǔ)充注漿，注漿材料以水泥-水 玻璃雙液漿為主，普通水泥單液漿為輔。各類漿液的水灰比、體積比及 凝膠時(shí)間圍如下表所示，各注漿材料具體配合比應(yīng)在后面的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和 推廣應(yīng)用中不斷優(yōu)化和完善，并最終確定下來。漿液種類水灰比(W