FA改性C-S双液注浆材料稳定性试验研究

FA改性C-S双液注浆材料稳定性试验研究

胡北仑1

（1. 重庆工程职业技术学院 土木工程学院，重庆 402260）

摘要：通过析水率、结石率试验对三种注浆材料的稳定性和磷酸氢二钠的掺量对于FA改性C-S双液注浆材料稳定性的影响进行了研究。结果表明：在本试验配比中，FA改性C-S双液注浆材料的稳定性最好，传统双液注浆材料的稳定性其次，传统单液注浆材料的稳定性较差。粉煤灰掺量为50%，水胶比为0.8，A液：B液=1:0.2，水玻璃模数为2.4，波美度为50°Bé的FA改性C-S双液注浆材料结石率大于95%，几乎不发生析水现象，稳定性良好。磷酸氢二钠由于其掺量较小，对FA改性C-S双液注浆材料的稳定性并无明显影响。

关键词：析水率、结石率、注浆材料

中图分类号：TU526      文献标识码：A

Stability test research on FA modified C-S double liquid grouting material

HU Beilun1

(1.School of Civil Engineering,Chongqing Vocational Institute of Engineering,Chongqing 402260,China)

Abstract:This study investigates the stability of three different grouting materials and the impact of disodium hydrogen phosphate dosage on the stability of FA-modified C-S dual liquid grouting materials. The stability was evaluated through tests on water separation rate and stone formation rate, with the aim of achieving a more formal and academic tone.The experimental results suggest that, in the given ratio, the stability of FA-modified C-S two-liquid mortar is the most favorable, followed by that of the conventional two-liquid mortar. In contrast, the stability of the traditional single-liquid mortar is comparatively poor.The content of fly ash is 50%, the water-cement ratio is 0.8, the ratio of A liquid to B liquid is 1:0.2, the water glass modulus is 2.4, and the Baume degree is 50°. The stone formation rate of the FA modified C-S dual liquid grouting material is greater than 95%, with minimal water separation phenomenon and excellent stability.The small amount of sodium phosphate present in these compositions has minimal impact on the stability of modified FA-enhanced C-S slurry shotcrete materials.

Key Words: water separating proportion;stone rate;Grouting material;

1  引言

随着我国地下工程建设的快速发展，注浆技术得到了广泛的应用。而注浆材料的性能是取得良好注浆效果的关键性因素。目前注浆材料种类繁多，大体可分为以水泥浆、水泥黏土浆、水泥水玻璃双液浆等为主的无机注浆材料和以丙烯酰胺浆液、聚氨酯浆液、环氧树脂浆液为主的化学注浆材料。化学注浆材料普遍价格昂贵且大多数具有一定的毒性。特别是1974年日本福冈发生了丙烯酰胺注浆污染事件导致大批人员中毒后，引起了世界各国的重视。因此，绿色环保且注浆效果良好的的无机注浆材料成为了目前主要的研究方向[1-4]。

无机注浆材料多以水泥基注浆材料为主，谷天峰等[5]通过大量水泥-黄土浆液黏度、结石率、凝结时间、结石体强度等性质的试验，研究了水泥掺量、水固比、黄土类型、水玻璃掺量等因素对水泥-黄土浆液性质及其结石体强度的影响。管学茂等

[6]着重研究了超细水泥基材料的物理力学性能，与高效减水剂的相容性，水灰比，搅拌时间等注浆工艺参数对超细水泥基注浆材料性能的影响。巫茂寅等[7]提出一种复合水泥基-水玻璃双液注浆材料，并对新型材料的胶凝性能和28d抗压强度进行研究，并通过改变水玻璃体积掺量、波美度和矿物掺合料比例来研究浆液凝胶时间及28d抗压强度的变化规律。

但大掺量粉煤灰替代水泥的双液注浆材料稳定性的研究相对较少。注浆材料的稳定性指的是浆液凝结硬化前不发生离析、泌水的能力[8-9]。浆液的稳定性不仅影响注浆压力、注浆速度等工艺参数，还会影响注浆结石体强度、耐久性等性质[10]。因此，本文通过试验对比了传统单液注浆材料、传统双液注浆材料和FA改性C-S双液注浆材料三种注浆材料的稳定性，以及研究了不同掺量的磷酸氢二钠对FA改性C-S双液注浆材料稳定性的影响，具有一定的研究意义和工程应用价值。

2  试验原材料

⑴水泥：水泥采用重庆小南海水泥厂生产的42.5普通硅酸盐水泥。

⑵粉煤灰：粉煤灰采用重庆珞璜电厂生产的Ⅱ级粉煤灰。

⑶水玻璃：采购于重庆某公司，其中水玻璃模数为2.4，波美度为50°Bé和水玻璃模数为3.4，波美度为38°Bé两种，分别记为B液和C液。

⑷磷酸氢二钠：采购于重庆某公司，AR级。

3  试验方法

将200ml的浆液按配比配制好后倒入到量筒中，放入标准养护箱进行标准养护，养护温度为20±1℃，养护湿度95%以上。标准养护24小时后，将量筒取出，观察浆液结石体所对应的量筒刻度线进行读数，读数记为V0（ml）。浆液的析水率和结石率按下式进行计算：

式中：S为析水率（%）；P为结石率（%）；V0为浆液结石体的体积（ml）；V为浆液总体积（ml）

4  试验方案

本试验旨在研究FA改性C-S双液注浆材料的稳定性。一方面，通过对比试验进行分析，对比传统单液注浆材料、传统双液注浆材料和FA改性C-S双液注浆材料的稳定性。另一方面，通过改变磷酸氢二钠的掺量，研究磷酸氢二钠对FA改性C-S双液注浆材料稳定性的影响。综合参考相关文献，本试验配比如下表。

表1  试验配比

5  结果与讨论

5.1  三种注浆材料的稳定性对比

通过注浆材料稳定性试验，对比传统单液注浆材料、传统双液注浆材料和FA改性C-S双液注浆材料的稳定性，稳定性用结石率和析水率表征。试验结果如下图所示：首先是传统单液注浆材料，其结石率为85%左右，析水率为15%左右，稳定性相对于其他两种注浆材料最差。分析原因，传统单液注浆材料由于没有水玻璃的掺入，使得浆液凝结硬化时间缓慢。并且，本试验水胶比为0.8，虽然保证了浆液具有良好的流动性，但较大的水胶比分散了水泥颗粒，增加了水泥颗粒之间的间距，使其难以形成空间网状结构，导致其注浆结石体析水率高，结石率低。其次为传统双液注浆材料，其结石率为95%左右，析水率为5%左右，稳定性相对于其他两种注浆材料居中。分析原因，传统双液注浆材料由于水玻璃的掺入，水玻璃共同参与了水化反应，水化反应方程如下：C-H+Na2SiO3+H2O→C-S-H+NaOH，根据规范要求水泥的初凝时间应不小于45min，而传统双液注浆材料的凝结时间可以达到几十秒到几分钟内可调可控，水玻璃参与水化反应显著的缩短了浆液的凝结时间，使得注浆结石体结石率提高、析水率降低。最后是FA改性C-S双液注浆材料，其结石率接近99%，且几乎没有发生析水的现象，稳定性相对其他两种注浆材料最好。分析原因：一方面，本试验掺入了50%的粉煤灰替代水泥，由于粉煤灰颗粒的粒径相对于水泥颗粒更小，因此具有更大的表面积，可以吸附更多的水分子。另一方面，本试验使用的水玻璃模数较小，浓度较大，这是因为粉煤灰由于其活性较低，难以在前期参加水化反应，而较小模数、较大浓度的水玻璃由于其碱性更强，可以在前期就使粉煤灰发生碱激发，参与反应，从而使得注浆结石体具有更好的稳定性。

图1  三种注浆材料的结石率

图2  三种注浆材料的析水率

5.2  磷酸氢二钠对稳定性的影响

掺入磷酸氢二钠可以适当延长FA改性C-S双液注浆材料的凝结时间。使其不仅适用于需要快速堵水、防渗堵漏的项目中，还能适用于需要局部补强、加固的工程中。本试验通过掺入不同掺量的磷酸氢二钠研究其对FA改性C-S双液注浆材料稳定性的影响。试验结果如下：如图所示，磷酸氢二钠的掺量在0%~5%范围内，注浆结石体的结石率均在95%以上，析水率均在5%以下，稳定性良好。并且，由于磷酸氢二钠的掺量较小，对FA改性C-S双液注浆材料稳定性并无明显影响。

图3  磷酸氢二钠与结石率的关系曲线图

图4  磷酸氢二钠与析水率的关系曲线图

6  结论

⑴在本试验配比中，三种注浆材料的稳定性关系为：FA改性C-S双液注浆材料＞传统双液注浆材料＞传统单液注浆材料。

⑵粉煤灰掺量为50%，水胶比为0.8，A液：B液=1:0.2，水玻璃模数为2.4，波美度为50°Bé的FA改性C-S双液注浆材料结石率大于95%，几乎不发生析水现象，稳定性良好。

⑶磷酸氢二钠由于其掺量较小，对FA改性C-S双液注浆材料的稳定性并无明显影响。

参考文献：

[1]  刘红彬,唐伟奇,肖凯璐等.水泥基注浆材料的研究进展[J].混凝土,2016,(03):71-75.

[2]  许茜,王彦明,范延勇等.注浆材料的发展及其应用[J].21世纪建筑材料,2010,2(01):58-62.

[3]  王红喜,张高展,丁庆军等.碱激发-工业废渣双液注浆材料性能研究[J].建筑材料学报,2007,(03):374-378.

[4]  姜瑜,郭飞,孔恒等.注浆材料的现状与发展策略[J].化工新型材料,2022,50(01):282-286.

[5]  谷天峰,孙忠弟,骆凤涛等.水泥-黄土注浆充填材料的试验研究[J].工程地质学报,2014,22(01):98-105.

[6]  管学茂,胡曙光,丁庆军等.超细水泥基注浆材料性能研究[J].煤矿设计,2001,(03):28-31.

[7]  巫茂寅,王起才,张戎令等.复合水泥基-水玻璃双液注浆材料胶凝性能及抗压强度试验研究[J].硅酸盐通报,2016,35(09):2741-2746.

[ ]收稿日期：
项目基金：重庆工程职业技术学院2022年校级科研课题2022KJA07
作者简介：胡北仑（1993-），男，重庆，硕士研究生，主要从事无机非金属材料方面的研究