水玻璃、水泥双液注浆在隧道施工中的应用 西安华昌水玻璃有限公司

    黄土地区高等级公路建设中,路线遇到黄土山梁时基本上是采用隧道方案通过,黄土山梁通常是由第三纪泥岩和上覆的第四纪黄土组成,隧道穿越时大多是进出口段位于黄土地层,中间为第三纪泥岩地层,即所谓的󰀁泥岩夹心󰀁地层。由于黄土的垂直渗透性很强,而第三纪泥岩基本上不透水,地下水渗流受阻,黄土与泥岩分界带附近,形成了一层厚约10m的饱和黄土层,土体呈软塑~流塑状,强度较低。同时,由于隧道的开挖,改变了地下水的渗流方向,隧道成为地下水的排泄通道,水分向隧道围岩富集,使围岩的工程性质进一步恶化。在这种󰀁泥岩夹心󰀁的复杂地质条件下,黄土与泥岩交界处的隧道围岩自承能力极差,坍方时有发生,不但施工难以进洞,就是成洞后,隧道洞身的承载力和稳定性严重不足,沉降无法控制,后期病害多且难以处理,是黄土隧道建设中有待解决的技术难题。笔者针对黄土隧道围岩的特点,通过室内和现场试验,并结合工程实例,旨在探讨黄土隧道水泥󰀁水玻璃双液注浆的主要技术参数及施工工艺,供广大同行参考。 1 水泥󰀁水玻璃浆液性能 1.1 水泥󰀁水玻璃浆液固化机理 水玻璃是一种粘稠液体,水解后呈碱性。当这 种液体压入黄土中,水玻璃便与黄土中的碱土金属发生作用,生成一种碱金属水合硅酸盐和二氧化硅凝胶,如下述反应式所示 Ca 󰀁Na2O󰀁nSiO2+MgCl2+xH2O 2NaCl+ SrBa Ca 󰀁MgSiO3󰀁xH2O+(n-1)SiO2 SrBa这种二氧化硅凝胶和碱金属水合硅酸盐充填了黄土中的孔隙,增加了粒间的胶结力,使土体硬化,强度增加。 水玻璃能加快水泥的水化作用,其主要原理在于:水玻璃能与水泥浆中的氢氧化钙反应,生成具有一定强度的胶凝体󰀁󰀁󰀁水化硅酸钙[1] 。反应机理为󰀁Ca(OH)2+Na2O󰀁nSiO2+mH2O CaO󰀁󰀂󰀂󰀁nSiO2󰀁mH2O+NaOH 水泥中的硅酸三钙与硅酸二钙水化后生成氢氧 化钙, 由于氢氧化钙在水中的溶解度不高,很快就达 到了饱和,从而限制以后的硅酸三钙与硅酸二钙的水化。加入水玻璃后,水玻璃与浆液体系中的氢氧化钙反应,消耗了浆液体系中的氢氧化钙,使溶液中的氢氧化钙含量未达到饱和,从而加快了硅酸二钙与硅酸三钙的水化作用,宏观上表现出水泥浆液初凝时间加快,结石体早期强度增长。1.2 水泥󰀁水玻璃浆液特点 (1)水泥󰀁水玻璃浆液胶凝时间短,且可在几秒 钟到几十分钟内准确控制。胶凝时间与水泥品种、水泥浆水灰比、水玻璃溶液浓度、水玻璃溶液与水泥浆的体积比和浆液温度有关,如图1和表1所示,其主要规律表现为,在同一条件下,水泥中含硅酸三钙越多,水泥浆水灰比越低,水玻璃溶液浓度越低(Be󰀁=30~45时),水玻璃溶液与水泥浆的比例越小、温度越高,浆液的胶凝时间越短。 

图1

水泥浆与水玻璃浆液不同体积比的胶凝时间(测定温度23󰀁C) Fig.1Gelationtimeofcement󰀁silicateliquorwithdifferent ratiobyvolume(measurementtemperatureunder23󰀁C) (2)水泥󰀁水玻璃浆液凝固后的结石率高,达98%以上[2,3],且结石体的早期强度增长很快,抗压强度较高,水泥󰀁水玻璃浆液结石体强度见表2。(3)水玻璃对强度的影响存在一个峰值,即水泥 浆与水玻璃溶液有一个合适的配合比,在这种配合比下,结石体强度最高。试验表明:水泥浆与水玻璃溶液(Be󰀁=30~45)的合适体积比为1:0.5。

                                                         本文摘自《中国公路学报》第17卷第2期

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