水泥類注漿液性質(zhì)研究

王昌++劉海強++郭紅軍

摘 要：水泥是較便宜的注漿材料，其固結(jié)性能良好，結(jié)石強度高，無毒性，是目前應(yīng)用最廣泛、用量最大的注漿材料。在實際工程中水泥類漿液一般分為純水泥漿液與水泥-水玻璃漿液。目前在進行漿液配制時最常用的是普通硅酸鹽水泥，該文也將只就此類性水泥漿液進行研究。

關(guān)鍵詞：水泥 注漿 性質(zhì)

中圖分類號：TV432 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（a）-0115-01

1 硅酸鹽水泥的礦物組成

硅酸鹽水泥是一種多礦物的聚集體，其主要熟料礦物組成是硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵銘酸四鈣等4種。這些熟料礦物決定了硅酸鹽水泥的性質(zhì)，如表1所示。

2 水泥類漿液的固化機理

2.1 純水泥漿

水泥與一定量的水拌和后，發(fā)生水化反應(yīng)成為能粘結(jié)砂、石集料的可塑性漿體.而后逐漸變稠失去可塑性形成凝膠體，這一個過程稱為水泥的“凝結(jié)”。此后，伴隨著繼續(xù)水化深入，水泥漿體的放熱、形態(tài)發(fā)生變化，強度逐漸增長而變?yōu)榫哂邢喈?dāng)強度的水泥石，這一過程稱為水泥的“硬化”。水泥漿的凝結(jié)與硬化是—個連續(xù)的復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程。

硅酸三鈣的水化反應(yīng)為：

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

硅酸二鈣水化反應(yīng)為：

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

鋁酸三鈣水化反應(yīng)為：

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

鐵鋁酸四鈣水化反應(yīng)為。

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

在水泥水化過程中，水泥顆粒表面的水泥熟料經(jīng)過分解、擴散、溶解等一系列物理化學(xué)過程，在水泥顆粒表面形成由CSH凝膠體和CH晶體等成分組成的凝膠膜。這種凝膠膜由于水分滲入膜內(nèi)形成滲透壓而產(chǎn)生破裂，膜外水分因此繼續(xù)滲入膜內(nèi)，與水泥水化顆粒內(nèi)核直接接觸，產(chǎn)生新的凝膠。水泥水化產(chǎn)生的凝膠一方面使原有的凝膠膜增厚，減緩了水化速度；另一方面進入水溶液中，將水泥顆粒互相聯(lián)系起來。如此反復(fù)循環(huán)，膜體增厚，凝膠膜外則形成網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu)，使水泥石結(jié)構(gòu)趨于致密，水泥強度提高。隨著時間的推移，水化反應(yīng)減緩，直至水泥漿完全硬化。

2.2 水泥-水玻璃雙液漿

硅酸鹽水泥成分硅酸三鈣、硅酸二鈣水化過程中均產(chǎn)生氫氧化鈣，水玻璃主要成分為硅酸鈉，其加入水泥漿后，馬上與新生成的氫氧化鈣反應(yīng)，生成具有一定強度的膠凝體—水化硅酸鈣：

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

由于氫氧化鈣是逐漸生成的，氫氧化鈣與水玻璃之間的反應(yīng)則由于氫氧化鈣的逐漸生成而連續(xù)進行著，水玻璃與氫氧化鈣之間的反應(yīng)是較快的，隨著反應(yīng)的進行，膠質(zhì)體越來越多，強度也越來自高。

3 水泥類漿的流變性能

3.1 初始粘度特征

純水泥漿的初始粘度主要取決于漿液的固體含量，隨著水灰比的增大，漿液的初始粘度逐漸降低。

3.2 粘度時變性

進行了不同水灰比、不同水玻璃加量漿液粘度的持續(xù)測量，漿液的粘度具有明顯的時變特征，其粘度與時間可用指數(shù)函數(shù)進行擬合。與化學(xué)漿液的粘度時變性對比發(fā)現(xiàn)，水泥類漿液的粘度增長的相對更平穩(wěn)及持續(xù)，而化學(xué)漿液表現(xiàn)為短時快速增長的特點。

3.3 漿液的固化時間

純水泥漿的固化時間主要受漿液固體含量的控制，水泥-水玻璃雙液漿的固化時間主要受水玻璃加量的控制，漿液的固化時間隨著水灰比的增大而縮短，隨著水玻璃加量的增加而減小。

4 結(jié)石率

漿液的結(jié)石率主要取決于漿液固體含量，如圖1所示，漿液的結(jié)石率隨著水灰比的增大而減小。

5 固結(jié)體強度特征

漿液固結(jié)體的強度主要取決于漿液的固體含量，漿液的強度隨著水灰比的增大而減小。另外水玻璃的加入會降低漿液的強度，且加量越多降低的比例越大。

6 結(jié)語

純水泥漿結(jié)石體與水泥-水玻璃雙液漿結(jié)石體的微觀形態(tài)不同，純水泥漿結(jié)石體為孔隙性結(jié)構(gòu)，整個結(jié)構(gòu)呈絮狀，孔隙率較高，水泥-水玻璃雙液漿表現(xiàn)為龜裂狀結(jié)構(gòu)，斷面發(fā)育多條裂紋，整體結(jié)構(gòu)相對密實，孔隙率相對偏低，兩者均沒有發(fā)現(xiàn)水泥漿中包含的那種磨圓度較高的顆粒。

參考文獻

[1] 任文文.注漿液配合比試驗及其在室內(nèi)模型試驗中的應(yīng)用[D].太原理工大學(xué)，2010.

[2] 馮旭.靜壓樁沉樁擠土效應(yīng)分析[D].西安建筑科技大學(xué)，2011.

[3] 吳勝軍.紅粘土路基水分運移規(guī)律試驗研究[D].長沙理工大學(xué)，2010.endprint

摘 要：水泥是較便宜的注漿材料，其固結(jié)性能良好，結(jié)石強度高，無毒性，是目前應(yīng)用最廣泛、用量最大的注漿材料。在實際工程中水泥類漿液一般分為純水泥漿液與水泥-水玻璃漿液。目前在進行漿液配制時最常用的是普通硅酸鹽水泥，該文也將只就此類性水泥漿液進行研究。

關(guān)鍵詞：水泥 注漿 性質(zhì)

中圖分類號：TV432 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（a）-0115-01

1 硅酸鹽水泥的礦物組成

硅酸鹽水泥是一種多礦物的聚集體，其主要熟料礦物組成是硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵銘酸四鈣等4種。這些熟料礦物決定了硅酸鹽水泥的性質(zhì)，如表1所示。

2 水泥類漿液的固化機理

2.1 純水泥漿

水泥與一定量的水拌和后，發(fā)生水化反應(yīng)成為能粘結(jié)砂、石集料的可塑性漿體.而后逐漸變稠失去可塑性形成凝膠體，這一個過程稱為水泥的“凝結(jié)”。此后，伴隨著繼續(xù)水化深入，水泥漿體的放熱、形態(tài)發(fā)生變化，強度逐漸增長而變?yōu)榫哂邢喈?dāng)強度的水泥石，這一過程稱為水泥的“硬化”。水泥漿的凝結(jié)與硬化是—個連續(xù)的復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程。

硅酸三鈣的水化反應(yīng)為：

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

硅酸二鈣水化反應(yīng)為：

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

鋁酸三鈣水化反應(yīng)為：

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

鐵鋁酸四鈣水化反應(yīng)為。

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

在水泥水化過程中，水泥顆粒表面的水泥熟料經(jīng)過分解、擴散、溶解等一系列物理化學(xué)過程，在水泥顆粒表面形成由CSH凝膠體和CH晶體等成分組成的凝膠膜。這種凝膠膜由于水分滲入膜內(nèi)形成滲透壓而產(chǎn)生破裂，膜外水分因此繼續(xù)滲入膜內(nèi)，與水泥水化顆粒內(nèi)核直接接觸，產(chǎn)生新的凝膠。水泥水化產(chǎn)生的凝膠一方面使原有的凝膠膜增厚，減緩了水化速度；另一方面進入水溶液中，將水泥顆?；ハ嗦?lián)系起來。如此反復(fù)循環(huán)，膜體增厚，凝膠膜外則形成網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu)，使水泥石結(jié)構(gòu)趨于致密，水泥強度提高。隨著時間的推移，水化反應(yīng)減緩，直至水泥漿完全硬化。

2.2 水泥-水玻璃雙液漿

硅酸鹽水泥成分硅酸三鈣、硅酸二鈣水化過程中均產(chǎn)生氫氧化鈣，水玻璃主要成分為硅酸鈉，其加入水泥漿后，馬上與新生成的氫氧化鈣反應(yīng)，生成具有一定強度的膠凝體—水化硅酸鈣：

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

由于氫氧化鈣是逐漸生成的，氫氧化鈣與水玻璃之間的反應(yīng)則由于氫氧化鈣的逐漸生成而連續(xù)進行著，水玻璃與氫氧化鈣之間的反應(yīng)是較快的，隨著反應(yīng)的進行，膠質(zhì)體越來越多，強度也越來自高。

3 水泥類漿的流變性能

3.1 初始粘度特征

純水泥漿的初始粘度主要取決于漿液的固體含量，隨著水灰比的增大，漿液的初始粘度逐漸降低。

3.2 粘度時變性

進行了不同水灰比、不同水玻璃加量漿液粘度的持續(xù)測量，漿液的粘度具有明顯的時變特征，其粘度與時間可用指數(shù)函數(shù)進行擬合。與化學(xué)漿液的粘度時變性對比發(fā)現(xiàn)，水泥類漿液的粘度增長的相對更平穩(wěn)及持續(xù)，而化學(xué)漿液表現(xiàn)為短時快速增長的特點。

3.3 漿液的固化時間

純水泥漿的固化時間主要受漿液固體含量的控制，水泥-水玻璃雙液漿的固化時間主要受水玻璃加量的控制，漿液的固化時間隨著水灰比的增大而縮短，隨著水玻璃加量的增加而減小。

4 結(jié)石率

漿液的結(jié)石率主要取決于漿液固體含量，如圖1所示，漿液的結(jié)石率隨著水灰比的增大而減小。

5 固結(jié)體強度特征

漿液固結(jié)體的強度主要取決于漿液的固體含量，漿液的強度隨著水灰比的增大而減小。另外水玻璃的加入會降低漿液的強度，且加量越多降低的比例越大。

6 結(jié)語

純水泥漿結(jié)石體與水泥-水玻璃雙液漿結(jié)石體的微觀形態(tài)不同，純水泥漿結(jié)石體為孔隙性結(jié)構(gòu)，整個結(jié)構(gòu)呈絮狀，孔隙率較高，水泥-水玻璃雙液漿表現(xiàn)為龜裂狀結(jié)構(gòu)，斷面發(fā)育多條裂紋，整體結(jié)構(gòu)相對密實，孔隙率相對偏低，兩者均沒有發(fā)現(xiàn)水泥漿中包含的那種磨圓度較高的顆粒。

參考文獻

[1] 任文文.注漿液配合比試驗及其在室內(nèi)模型試驗中的應(yīng)用[D].太原理工大學(xué)，2010.

[2] 馮旭.靜壓樁沉樁擠土效應(yīng)分析[D].西安建筑科技大學(xué)，2011.

[3] 吳勝軍.紅粘土路基水分運移規(guī)律試驗研究[D].長沙理工大學(xué)，2010.endprint

摘 要：水泥是較便宜的注漿材料，其固結(jié)性能良好，結(jié)石強度高，無毒性，是目前應(yīng)用最廣泛、用量最大的注漿材料。在實際工程中水泥類漿液一般分為純水泥漿液與水泥-水玻璃漿液。目前在進行漿液配制時最常用的是普通硅酸鹽水泥，該文也將只就此類性水泥漿液進行研究。

關(guān)鍵詞：水泥 注漿 性質(zhì)

中圖分類號：TV432 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（a）-0115-01

1 硅酸鹽水泥的礦物組成

硅酸鹽水泥是一種多礦物的聚集體，其主要熟料礦物組成是硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵銘酸四鈣等4種。這些熟料礦物決定了硅酸鹽水泥的性質(zhì)，如表1所示。

2 水泥類漿液的固化機理

2.1 純水泥漿

水泥與一定量的水拌和后，發(fā)生水化反應(yīng)成為能粘結(jié)砂、石集料的可塑性漿體.而后逐漸變稠失去可塑性形成凝膠體，這一個過程稱為水泥的“凝結(jié)”。此后，伴隨著繼續(xù)水化深入，水泥漿體的放熱、形態(tài)發(fā)生變化，強度逐漸增長而變?yōu)榫哂邢喈?dāng)強度的水泥石，這一過程稱為水泥的“硬化”。水泥漿的凝結(jié)與硬化是—個連續(xù)的復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程。

硅酸三鈣的水化反應(yīng)為：

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

硅酸二鈣水化反應(yīng)為：

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

鋁酸三鈣水化反應(yīng)為：

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

鐵鋁酸四鈣水化反應(yīng)為。

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

在水泥水化過程中，水泥顆粒表面的水泥熟料經(jīng)過分解、擴散、溶解等一系列物理化學(xué)過程，在水泥顆粒表面形成由CSH凝膠體和CH晶體等成分組成的凝膠膜。這種凝膠膜由于水分滲入膜內(nèi)形成滲透壓而產(chǎn)生破裂，膜外水分因此繼續(xù)滲入膜內(nèi)，與水泥水化顆粒內(nèi)核直接接觸，產(chǎn)生新的凝膠。水泥水化產(chǎn)生的凝膠一方面使原有的凝膠膜增厚，減緩了水化速度；另一方面進入水溶液中，將水泥顆?；ハ嗦?lián)系起來。如此反復(fù)循環(huán)，膜體增厚，凝膠膜外則形成網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu)，使水泥石結(jié)構(gòu)趨于致密，水泥強度提高。隨著時間的推移，水化反應(yīng)減緩，直至水泥漿完全硬化。

2.2 水泥-水玻璃雙液漿

硅酸鹽水泥成分硅酸三鈣、硅酸二鈣水化過程中均產(chǎn)生氫氧化鈣，水玻璃主要成分為硅酸鈉，其加入水泥漿后，馬上與新生成的氫氧化鈣反應(yīng)，生成具有一定強度的膠凝體—水化硅酸鈣：

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

由于氫氧化鈣是逐漸生成的，氫氧化鈣與水玻璃之間的反應(yīng)則由于氫氧化鈣的逐漸生成而連續(xù)進行著，水玻璃與氫氧化鈣之間的反應(yīng)是較快的，隨著反應(yīng)的進行，膠質(zhì)體越來越多，強度也越來自高。

3 水泥類漿的流變性能

3.1 初始粘度特征

純水泥漿的初始粘度主要取決于漿液的固體含量，隨著水灰比的增大，漿液的初始粘度逐漸降低。

3.2 粘度時變性

進行了不同水灰比、不同水玻璃加量漿液粘度的持續(xù)測量，漿液的粘度具有明顯的時變特征，其粘度與時間可用指數(shù)函數(shù)進行擬合。與化學(xué)漿液的粘度時變性對比發(fā)現(xiàn)，水泥類漿液的粘度增長的相對更平穩(wěn)及持續(xù)，而化學(xué)漿液表現(xiàn)為短時快速增長的特點。

3.3 漿液的固化時間

純水泥漿的固化時間主要受漿液固體含量的控制，水泥-水玻璃雙液漿的固化時間主要受水玻璃加量的控制，漿液的固化時間隨著水灰比的增大而縮短，隨著水玻璃加量的增加而減小。

4 結(jié)石率

漿液的結(jié)石率主要取決于漿液固體含量，如圖1所示，漿液的結(jié)石率隨著水灰比的增大而減小。

5 固結(jié)體強度特征

漿液固結(jié)體的強度主要取決于漿液的固體含量，漿液的強度隨著水灰比的增大而減小。另外水玻璃的加入會降低漿液的強度，且加量越多降低的比例越大。

6 結(jié)語

純水泥漿結(jié)石體與水泥-水玻璃雙液漿結(jié)石體的微觀形態(tài)不同，純水泥漿結(jié)石體為孔隙性結(jié)構(gòu)，整個結(jié)構(gòu)呈絮狀，孔隙率較高，水泥-水玻璃雙液漿表現(xiàn)為龜裂狀結(jié)構(gòu)，斷面發(fā)育多條裂紋，整體結(jié)構(gòu)相對密實，孔隙率相對偏低，兩者均沒有發(fā)現(xiàn)水泥漿中包含的那種磨圓度較高的顆粒。

參考文獻

[1] 任文文.注漿液配合比試驗及其在室內(nèi)模型試驗中的應(yīng)用[D].太原理工大學(xué)，2010.

[2] 馮旭.靜壓樁沉樁擠土效應(yīng)分析[D].西安建筑科技大學(xué)，2011.

[3] 吳勝軍.紅粘土路基水分運移規(guī)律試驗研究[D].長沙理工大學(xué)，2010.endprint