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灌浆工程所用材料

376 2022-04-19 09:45:08

灌浆工程中所用的浆液是由主剂(原材料)、溶剂(水或其它溶剂)及各种外加剂混合而成,通常所提的灌浆材料,是指浆液中所用的主剂。

灌浆材料常分为粒状浆材和化学浆材两个系统,其后再按材料的主要特点细分为不稳定粒状浆材、稳定粒状浆材、无机化学浆材和有机化学浆材等四类,如下图所示。

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一、粒状浆材

主要包括纯水泥浆、粘土水泥浆及水泥砂浆三种,这些浆材容易取得,成本低廉,故在各类工程中应用最为广泛。为了改善粒状浆材的性质,以适应各种自然条件和不同灌浆目的的需要,还常在浆液中掺入各种外加剂。

1.水泥。灌浆工程中应用最广的是普通硅酸盐水泥,某些特殊条件下还采用矿碴水泥、火山灰水泥和抗硫酸盐水泥等。

(1)普通硅酸盐水泥。是把石灰石和粘土等生料烧熔成熟料,并加入石膏后磨细而成的水硬性胶结材料,其矿物成分主要有四种,见表3-13-1。此外水泥中还含有少量氧化铁、硅和游离石灰。

表中列举的各种矿物成分具有十分不同的性质。CaA是快凝物质,能放出较大的热量。CAF的凝结速度也较快,但释放的热量比CaA少。CS几乎在7天龄期内就能得到全部强度。C2S的凝结速度则极慢,释放的热量很低。

水泥浆和结石的基本性质,基本上就取决于上述几种矿物成分的特性和它们在熟料组成中的相对含量。表3-13-2所列的四种水泥,即为按矿物组成划分不同品种的一个例子。

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(2)矿渣水泥。是在硅酸盐水泥熟料中加入占水泥重20~85%的粒状高炉矿渣,并加入适量石膏后磨细而成的水硬性胶结材料。矿渣中的主要成分与硅酸盐水泥熟料甚为相近,仅CaO含量比水泥熟料略少。

(3)火山灰水泥。是由50~80%的硅酸盐水泥熟料、20~50%火山灰质混合材料(火山灰、凝灰岩、硅藻土等)和适量石膏共同磨细而成的水硬性胶结材料,其矿物成分多为硅酸盐。

火山灰与高炉矿渣一样,其本身只有很小的或者没有胶凝性质,但在细分散状态下,却能与水泥浆中的游离石灰起化学作用,生成一种稳定的能产生强度的新化合物,如下列方程所示∶

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浆时,可采用海水制浆。

3.砂的作用和要求。在较大的孔隙和裂隙中灌浆时,常在水泥浆中加砂以形成经济的浆液。有时为了防止浆液扩散过远,还可用掺砂的办法提高浆液的固体含量和降低其含水量,从而使浆液获得较高的摩擦剪切强度。

选择砂子的原则与制备混凝土相似,要考虑耐久性、流动性、收缩性和碱性反应。一般由坚硬大块岩石碾碎的砂粒比扁平带棱角的或薄片状材料优越,因后者能使浆液的流动性降低。级配均匀的砂比较有利,最大颗粒以不超过2mm为宜。有些规范规定当输浆距离超过300m时,砂的最大颗粒应减小至0.5mm。

4.粘土。即使在低浓度下,粘土都具有吸收水分和形成胶凝结构的能力,故常被用来提高水泥浆液的稳定性,防止沉淀和析水。

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粘土是含水的铝硅酸盐,其矿物分为高岭石、蒙脱石及伊里石三种基本组分。以蒙脱石为主的土叫膨润土,这种土尤其是钠膨润土对制备优质浆液最为有利,因为蒙脱石的晶胞由两层硅氧四面体和一层铝氧八面体组成(见图3-13-2),晶胞之间都是O~O联结,处于相互排斥状态,结晶格架比较松散,水和其它极性分子容易进入晶层间使之膨胀分裂。因此,膨润土是一种水化能力极强、膨胀性大和分散性很高的活性粘土,在国外灌浆工程中被广泛采用。