硅溶胶灌浆材料安全性及加固效果试验研究

邹旭

（安徽省水利水电勘测设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

硅溶胶浆材是一种优质的水利工程注浆材料，能够渗透并封堵水泥基注浆材料无法到达的空隙[1]。长期以来，国内外学者对硅溶胶浆材进行了大量的分析和研究，王鹏程等[2]研究了纳米硅溶胶浆液在裂隙岩体注浆中的基本应用，Bolisetti[3]研究了硅溶胶在多孔介质中的运移规律。

硅溶胶浆材黏度低，具有较好的封堵涌水效果。然而，硅溶胶浆材也存在一些问题，如对其安全性和加固效果研究得仍不够清楚，需进一步实践探究。本文以室内试验为依托，探究了硅溶胶浆材的安全性和加固效果，为硅溶胶浆材在水利工程的实际应用提供了依据。

1 硅溶胶浆材安全性试验

1.1 试验装置

图1 所示为试验装置，主要包括玻璃水箱、塑料水管、水泵、浮床、动植物、阀门等。

图1 试验设备模型图

1）玻璃水箱。大玻璃水箱尺寸为为3.0m×1.0m×2.0m（长×宽×高），内部盛有黄菖蒲、鲫鱼、浮床和水。小玻璃水箱尺寸为0.5m×0.5m×0.5m（长×宽×高），内部盛有水泵和水。

2）塑料水管。如图1 所示，塑料水管共有两段，一段与大玻璃水箱底部连接，另一段与水泵连接。

3）水泵。水泵功率90W，流量5500L/h，扬程3.8m。

4）浮床。浮床放置在水面固定黄菖蒲，使其漂浮于水面，防止沉入水中。

5）动植物。选用常用景观植物黄菖蒲，常见的淡水鲫鱼类，成年鲫鱼共12 条，大小不一。

1.2 试验方案

1）将水管连接到水泵上，关闭阀门，按图1 所示放置好各设备。

2）向大水箱不断加水，直到水面与塑料水管顶部齐平，向大水箱中放入黄菖蒲、鲫鱼、浮床及少量鱼饲料。

3）继续加水，此时水会流到小水箱中，等到小水箱中的水面超过水泵顶部，停止加水。

4）打开阀门及水泵开关，通过水泵可将水重新抽回大水箱中，形成一个水循环系统。

5）当水循环系统稳定后，向大水箱中加入硅溶胶凝胶体，观察黄菖蒲和鲫鱼的生存状况。

1.3 试验结果与分析

对黄菖蒲和鲫鱼的生存状况进行观察记录，试验结果记录见表1。

表1 养殖记录表

试验记录：

1）第1 天：向水中加入硅溶胶凝胶体，水质透明，黄菖蒲生存状况良好，用手轻敲玻璃箱，鲫鱼反应迅速，没有出现死亡的情况。

2）第10 天：再次加入硅溶胶凝胶体，水质透明，黄菖蒲生存状况良好，用手轻敲玻璃箱，鲫鱼反应迅速，没有出现死亡的情况。

3）第20 天：水质透明，黄菖蒲和鲫鱼生存状况良好。

4）第30 天：水质透明，黄菖蒲和鲫鱼生存状况良好，且凝胶体形态变化不大，表明其水稳性好。

可以看出，经过30 天动植物养殖试验，硅溶胶灌浆材料凝胶体水稳性好，抗析出能力强，是一种绿色的灌浆材料，对动植物没有毒害作用，安全环保。

2 硅溶胶浆材剪切强度试验

2.1 试验步骤

1）以红砂岩作为岩石原料，将其切割成尺寸略大于10cm×10cm×10cm的立方体，打磨至六面平滑，并对试件尺寸进行测量，使其符合试验精度要求。

2）将切割机置于剪切面形成45 度夹角进行切割，切割长度为40mm。

3）将具有切割裂隙的试件浸没在硅溶胶溶液中，使得硅溶胶充填岩石裂隙，另留一部分作为对照组不做任何处理。上述操作完成后静置养护1～2 天，以使硅溶胶达到充分固结的状态。

4）先选择与试件尺寸相符的剪切环，放入尺寸为10cm×10cm×10cm的剪切盒中，放入后调整试件的位置和高度，使试件中心处于剪切缝的位置。

5）采用快剪法，并逐步分级施加剪切荷载，同时记录下每级载荷下的剪切位移直至试件破坏，并对破坏时所对应的剪切压力表最大值进行记录。

2.2 试验结果与分析

将试验结果进行整理分析，分别计算平均值，发现未灌浆试件从剪切开始到结束共计耗时25s，试件抗剪强度为8.30MPa。灌浆试件从剪切开始到结束共计耗时42s，试件抗剪强度为9.65MPa。

可以看出，灌入硅溶胶浆材后的试件抗剪强度由8.30MPa 提高至9.65MPa，提高了16.3%，存在较为明显的提升，表明硅溶胶浆材具有良好的加固效果。

3 小结

本文通过室内试验对硅溶胶浆材的安全性和加固效果进行了研究，得到结论如下：

1）硅溶胶灌浆材料凝胶体水稳性好，是一种绿色的灌浆材料，对动植物没有毒害作用，安全环保。

2）硅溶胶浆材具有良好的加固效果，裂缝内注入硅溶胶的试件，其抗剪强度由8.30MPa 提高至9.65MPa，有较为明显的提升