岩土工程加固土层的悬浊型浆液

■马宏 张兴伟

（1东煤四平建筑基础工程公司吉林四平136000；2东北煤田地质局128勘探队辽宁沈阳110122）

岩土工程加固土层的悬浊型浆液

■马宏1张兴伟2

（1东煤四平建筑基础工程公司吉林四平136000；2东北煤田地质局128勘探队辽宁沈阳110122）

加固地层的所用悬浊型浆液是由水泥、膨润土、硅粉、粉煤灰及粘土等几种惰性物质与水搅拌而成。因溶剂水用量不同，有稳定（停止搅拌也不迅速沉淀）与不稳定悬浊浆液差别。悬浊型浆液有水泥基、超细硅粉、、粘土与膨润土等类别。水泥基应用较多，可分为纯水泥浆、填料水泥浆及特殊用途水泥浆。

水泥基浆液 不稳定悬浊浆液 可注性 凝固时间

1 普通的水泥基浆液

是由普硅、矿渣、复合、高铝等水泥的一种为溶质的水泥浆液，具有适用面广、使用方便、价格低廉、配置方便等优点。浆液的粘度、凝固时间、流动可注性、凝固强度、抗渗性等技术指标由水泥种类、配比、搅拌速度与时间、土质间隙、排水情况、裂缝宽度及注入压力等决定，施工前必须做好方案设计。例如水灰比增大影响浆液粘度、凝固强度、抗渗系数及耐久性，水灰比大于1.5粘度减小；当水灰比大于3与粘度无关。前人经验证明水灰比为1～2.5较合适。岩石裂缝小于0.75时水灰比可取3；裂缝宽度1.25～2.5时水灰比要小于等于1。搅拌时长粘度增加但凝固强度降低，搅拌4小时比搅拌1小时强度强度减小约一半；这是因为搅拌过程可以破坏水泥水化形成的凝胶结晶结构；搅拌时间为1小时左右。注浆压力可以提高凝固强度和抗渗性能。普通的水泥基浆液有纯水泥、膨润土（粘土）加水泥和加填料的水泥浆液。（1）纯水泥浆液。主要用来做岩石裂隙的填充补强，水灰比选择大于1.5，浆液通过压力注入缝隙时由于粘力与岩石阻力浆液流速减慢，水泥颗粒沉积会出现结石与压力滤水结石。（2）粘土（膨润土）水泥浆液。粘土（膨润土）、水泥与水按一定比例与顺序混合而成。纯水泥浆液在水灰比小于1.5时易沉积，水和硬化时大量析水凝固时间长；加入粘土（膨润土）时颗粒产生可塑性膨胀胶体吸附水泥颗粒停止沉积，稳定浆液，提高浆液凝固的内聚力，也提高凝固后的强度与抗渗能力；同时膨润土（粘土）是难溶物质在水泥颗粒表面形成保护层后可阻止水对混凝土的侵蚀，提高了耐久性。调整膨润土种类与数量可控制凝固时间，施工时应把握粘土（膨润土）粒径以保证可注性与渗透能力。制浆时天然粘土（膨润土）要先进行几个小时的水化，膨胀率为10倍左右，活性膨润土只需要几分钟的水化膨胀率15～25；水与膨胀土的比例为3：1。膨润土水化后加入水泥搅拌，加水至要求的水灰比即可。各种水泥均可使用，高铝水泥不宜，矿渣水泥优于普硅。水灰比为水：（膨润土+水泥），采用普硅时可为0.5～2；膨润土/水泥=0.05～0.2，有防水要求可取大些，只为加固可取小些。浆液性能：粘度35～60s，倾析率二小时内15%。凝固强度12～15MPa，渗透系数10-10m/s。粘土（膨润土）水泥浆液主要用于岩体裂隙与粗粒土层加固，可完全替代不稳定的纯水泥浆液。其可用于补强、防水及与填充细粒等土层的大孔洞，来保证其它浆液渗入细粒土层间隙；也可做钻孔护壁浆液。

2 填料水泥浆液

在水泥浆液或水泥粘土（膨润土）浆液中加入天然砂、电石渣、粉煤灰及火山灰等惰性粉状材料以改善浆液稠度并替代部分水泥降低成本为目的；多用于填充大孔洞。如此浆液渗透性因填料影响渗透性、凝固强度可能大幅降低，故多用于砌体背后注入加固、封堵矿井（石场等）及塌陷的大坑。

3 特殊用途水泥基浆液

有速凝型、需要压实效果的泡沫型（加气型、膨胀型）、加强渗透型及抗冲刷型。（1）速凝型。在水泥基浆液中加入CaCI2或Na4SIO4速凝剂可获得最短几秒钟的速凝效果，主要用于动水注浆封堵及防稀释的其他情况。对于粘土（膨润土）水泥浆液速凝剂用Na4SIO4；普硅水泥32.5最小用量250kg/m3,Na4SIO4为水泥用量的1/10～1/5。（2）泡沫型、加气型、膨胀型浆液都有一定的特殊性能。泡沫型是由水泥和水、发泡剂制作的泡沫拌和而成。拌和用水泥量较高具有结构轻凝固强度隔热隔声大优点。也可用于管道回填、墙板间隙的封实及保温屋面工程。加气型浆液是在拌合浆液时加入如水性铝粉等产生气体的外加剂，可使浆液体积增加1.3～1.5倍，在封闭空间产生压实效果。外加剂用量为膨胀前浆液体积的1/1000。用于防冻害的裂缝封堵最佳。在水泥基浆液中加入铝粉和少量硅酸钠产生气泡使凝固体积增大。铝粉用量为2kg/m3，Na4SIO4为水泥用量的1/10～1/5。膨胀率>100%。（3）加强渗透型浆液。有三个办法提高浆液可注性（渗透能力）：方法一，适当降低浆液粘度。常用聚丙烯酸酯、氯化萘及碳酸氢钠等流化剂加入浆液中，可使浆液的粘度由55～60s降低至30-35s;流化剂的用量要少于水泥用量的0.5%左右。方法二，降低滤过的阻力。水泥基浆液凝固成表面多孔状，对离析水、浆液颗粒形成滤过作用，对浆液有阻力。在浆液中加入胶溶剂使水泥颗粒悬浮或加入聚合物把水泥颗粒间的离析水吸走，就可以实现渗透性的提高。方法三，减小浆料粒径。使浆料粒径由原来15～-20μm降至3～4μm以下渗透性将大为提高，这种浆料可以是磨细的超细水泥。（4）.抗冲刷型浆液。填充有流动水的孔隙要求浆液凝固后有抗冲刷能力。实现此目的有：方法一，采用速凝型浆液，如前所述；方法二，在浆液中加入有絮凝、凝结、增稠作用的外加剂增强浆液粘度与粘聚力。

4 超细水泥浆液

将水泥浆料再磨细（干磨或湿磨）粒径由原来15～20μm降至3～4μm以下渗透性将大为提高，浆液由原来的粗砂层（5X10-4m/s）提高至细砂层（10-5～10-6m/s）。(1).浆液稳定性好。超细水泥颗粒细比表面积大，较易悬浮。水灰比可以适当降低或填加减水剂。（2）流动性。同一水灰比下，水泥颗粒细的粘度大，流动性差。兼顾流动性与稳定性，不加入减水剂时水灰比取值应大于2，加入减水剂时水灰比取值为1.5。（3）可注性好。可注入0.05～0.1mm的裂缝及0.1～0.2mm的细砂层。（4）凝固时间。在相同条件下，超细水泥浆液凝固时间短；初凝与终凝时间间隔短，这样利于注浆作业。获得更短的凝固时间可适当加入水玻璃，凝固时间可调整在二十秒至数分钟范围内。（5）凝固强度较高。28天的固砂体抗压强度可达到50Mpa以上。（6）抗渗性好。（7）配比。单液时，超细水泥：外加剂：水=100：1：465；凝固时间4-8h，固砂抗压强度（7d）7Mpa。双液时，超细水泥：外加剂：水玻璃：水120：1.2：200：760；凝固时间1-3分钟，固砂抗压强度（7d）1Mpa。

5 硅粉浆液

粒径非常小（1.5μm）为主要成分的浆料具有渗透性好、耐久性好的特点。试验证明同时可以提高浆液的流动性同时可以获得较高的早期强度。值得说明的是超细水泥浆液中加入硅粉注入取得了一点进展，但因某些成分相互反应，使部分成分消失影响了浆液的其他特性，有其浆液采用的硬化剂首推氢氧化钙待于人们来解决这一难题。

6 结束语

正确选定适合于要加固土层的浆液是确保注浆加固效果的关键，浆液的设计是由详细土层土质调查而决定。悬浊型浆液只是岩土浆液工程中较常用的工法，其他浆液有如水玻璃浆液、高分子类浆液及有机高分子复合浆液等各有其特点。

[1]阮文军.注浆扩散与浆液若干基本性能研究 [J].岩土工程学报.2009(01)

[2]阮文军.基于浆液粘度时变性的岩体裂隙注浆扩散模型 [J].岩石力学与工程学报.2010(15)

F407.1

1000-405X（2016）-5-487-2

马宏（1969～），男，本科，副高级工程师，研究方向为基础工程、岩土工程技术研究与施工。