水泥類注漿液性質研究

王昌++劉海強++郭紅軍

摘 要：水泥是較便宜的注漿材料，其固結性能良好，結石強度高，無毒性，是目前應用最廣泛、用量最大的注漿材料。在實際工程中水泥類漿液一般分為純水泥漿液與水泥-水玻璃漿液。目前在進行漿液配制時最常用的是普通硅酸鹽水泥，該文也將只就此類性水泥漿液進行研究。

關鍵詞：水泥 注漿 性質

中圖分類號：TV432 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（a）-0115-01

1 硅酸鹽水泥的礦物組成

硅酸鹽水泥是一種多礦物的聚集體，其主要熟料礦物組成是硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵銘酸四鈣等4種。這些熟料礦物決定了硅酸鹽水泥的性質，如表1所示。

2 水泥類漿液的固化機理

2.1 純水泥漿

水泥與一定量的水拌和后，發生水化反應成為能粘結砂、石集料的可塑性漿體.而后逐漸變稠失去可塑性形成凝膠體，這一個過程稱為水泥的“凝結”。此后，伴隨著繼續水化深入，水泥漿體的放熱、形態發生變化，強度逐漸增長而變為具有相當強度的水泥石，這一過程稱為水泥的“硬化”。水泥漿的凝結與硬化是—個連續的復雜的物理化學反應過程。

硅酸三鈣的水化反應為：

3CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2· yH2O+（3-x）Ca（OH）2

硅酸二鈣水化反應為：

2CaO·SiO2+mH2O=xCaO·SiO2· yH2O+（2-x）Ca（OH）2

鋁酸三鈣水化反應為：

2（3CaO·Al2O3）+27H2O=4CaO· Al2O3·19H2O+2CaO·Al2O3·8H2O

鐵鋁酸四鈣水化反應為。

4CaO·A12O3·Fe2O3+7H2O=3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O

在水泥水化過程中，水泥顆粒表面的水泥熟料經過分解、擴散、溶解等一系列物理化學過程，在水泥顆粒表面形成由CSH凝膠體和CH晶體等成分組成的凝膠膜。這種凝膠膜由于水分滲入膜內形成滲透壓而產生破裂，膜外水分因此繼續滲入膜內，與水泥水化顆粒內核直接接觸，產生新的凝膠。水泥水化產生的凝膠一方面使原有的凝膠膜增厚，減緩了水化速度；另一方面進入水溶液中，將水泥顆粒互相聯系起來。如此反復循環，膜體增厚，凝膠膜外則形成網狀凝膠結構，使水泥石結構趨于致密，水泥強度提高。隨著時間的推移，水化反應減緩，直至水泥漿完全硬化。

2.2 水泥-水玻璃雙液漿

硅酸鹽水泥成分硅酸三鈣、硅酸二鈣水化過程中均產生氫氧化鈣，水玻璃主要成分為硅酸鈉，其加入水泥漿后，馬上與新生成的氫氧化鈣反應，生成具有一定強度的膠凝體—水化硅酸鈣：

Ca（OH）2+Na2O·nSiO2+mH2O=CaO·nSiO2·m H2O+2NaOH

由于氫氧化鈣是逐漸生成的，氫氧化鈣與水玻璃之間的反應則由于氫氧化鈣的逐漸生成而連續進行著，水玻璃與氫氧化鈣之間的反應是較快的，隨著反應的進行，膠質體越來越多，強度也越來自高。

3 水泥類漿的流變性能

3.1 初始粘度特征

純水泥漿的初始粘度主要取決于漿液的固體含量，隨著水灰比的增大，漿液的初始粘度逐漸降低。

3.2 粘度時變性

進行了不同水灰比、不同水玻璃加量漿液粘度的持續測量，漿液的粘度具有明顯的時變特征，其粘度與時間可用指數函數進行擬合。與化學漿液的粘度時變性對比發現，水泥類漿液的粘度增長的相對更平穩及持續，而化學漿液表現為短時快速增長的特點。

3.3 漿液的固化時間

純水泥漿的固化時間主要受漿液固體含量的控制，水泥-水玻璃雙液漿的固化時間主要受水玻璃加量的控制，漿液的固化時間隨著水灰比的增大而縮短，隨著水玻璃加量的增加而減小。

4 結石率

漿液的結石率主要取決于漿液固體含量，如圖1所示，漿液的結石率隨著水灰比的增大而減小。

5 固結體強度特征

漿液固結體的強度主要取決于漿液的固體含量，漿液的強度隨著水灰比的增大而減小。另外水玻璃的加入會降低漿液的強度，且加量越多降低的比例越大。

6 結語

純水泥漿結石體與水泥-水玻璃雙液漿結石體的微觀形態不同，純水泥漿結石體為孔隙性結構，整個結構呈絮狀，孔隙率較高，水泥-水玻璃雙液漿表現為龜裂狀結構，斷面發育多條裂紋，整體結構相對密實，孔隙率相對偏低，兩者均沒有發現水泥漿中包含的那種磨圓度較高的顆粒。

參考文獻

[1] 任文文.注漿液配合比試驗及其在室內模型試驗中的應用[D].太原理工大學，2010.

[2] 馮旭.靜壓樁沉樁擠土效應分析[D].西安建筑科技大學，2011.

[3] 吳勝軍.紅粘土路基水分運移規律試驗研究[D].長沙理工大學，2010.endprint

摘 要：水泥是較便宜的注漿材料，其固結性能良好，結石強度高，無毒性，是目前應用最廣泛、用量最大的注漿材料。在實際工程中水泥類漿液一般分為純水泥漿液與水泥-水玻璃漿液。目前在進行漿液配制時最常用的是普通硅酸鹽水泥，該文也將只就此類性水泥漿液進行研究。

關鍵詞：水泥 注漿 性質

中圖分類號：TV432 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（a）-0115-01

1 硅酸鹽水泥的礦物組成

硅酸鹽水泥是一種多礦物的聚集體，其主要熟料礦物組成是硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵銘酸四鈣等4種。這些熟料礦物決定了硅酸鹽水泥的性質，如表1所示。

2 水泥類漿液的固化機理

2.1 純水泥漿

水泥與一定量的水拌和后，發生水化反應成為能粘結砂、石集料的可塑性漿體.而后逐漸變稠失去可塑性形成凝膠體，這一個過程稱為水泥的“凝結”。此后，伴隨著繼續水化深入，水泥漿體的放熱、形態發生變化，強度逐漸增長而變為具有相當強度的水泥石，這一過程稱為水泥的“硬化”。水泥漿的凝結與硬化是—個連續的復雜的物理化學反應過程。

硅酸三鈣的水化反應為：

3CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2· yH2O+（3-x）Ca（OH）2

硅酸二鈣水化反應為：

2CaO·SiO2+mH2O=xCaO·SiO2· yH2O+（2-x）Ca（OH）2

鋁酸三鈣水化反應為：

2（3CaO·Al2O3）+27H2O=4CaO· Al2O3·19H2O+2CaO·Al2O3·8H2O

鐵鋁酸四鈣水化反應為。

4CaO·A12O3·Fe2O3+7H2O=3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O

在水泥水化過程中，水泥顆粒表面的水泥熟料經過分解、擴散、溶解等一系列物理化學過程，在水泥顆粒表面形成由CSH凝膠體和CH晶體等成分組成的凝膠膜。這種凝膠膜由于水分滲入膜內形成滲透壓而產生破裂，膜外水分因此繼續滲入膜內，與水泥水化顆粒內核直接接觸，產生新的凝膠。水泥水化產生的凝膠一方面使原有的凝膠膜增厚，減緩了水化速度；另一方面進入水溶液中，將水泥顆粒互相聯系起來。如此反復循環，膜體增厚，凝膠膜外則形成網狀凝膠結構，使水泥石結構趨于致密，水泥強度提高。隨著時間的推移，水化反應減緩，直至水泥漿完全硬化。

2.2 水泥-水玻璃雙液漿

硅酸鹽水泥成分硅酸三鈣、硅酸二鈣水化過程中均產生氫氧化鈣，水玻璃主要成分為硅酸鈉，其加入水泥漿后，馬上與新生成的氫氧化鈣反應，生成具有一定強度的膠凝體—水化硅酸鈣：

Ca（OH）2+Na2O·nSiO2+mH2O=CaO·nSiO2·m H2O+2NaOH

由于氫氧化鈣是逐漸生成的，氫氧化鈣與水玻璃之間的反應則由于氫氧化鈣的逐漸生成而連續進行著，水玻璃與氫氧化鈣之間的反應是較快的，隨著反應的進行，膠質體越來越多，強度也越來自高。

3 水泥類漿的流變性能

3.1 初始粘度特征

純水泥漿的初始粘度主要取決于漿液的固體含量，隨著水灰比的增大，漿液的初始粘度逐漸降低。

3.2 粘度時變性

進行了不同水灰比、不同水玻璃加量漿液粘度的持續測量，漿液的粘度具有明顯的時變特征，其粘度與時間可用指數函數進行擬合。與化學漿液的粘度時變性對比發現，水泥類漿液的粘度增長的相對更平穩及持續，而化學漿液表現為短時快速增長的特點。

3.3 漿液的固化時間

純水泥漿的固化時間主要受漿液固體含量的控制，水泥-水玻璃雙液漿的固化時間主要受水玻璃加量的控制，漿液的固化時間隨著水灰比的增大而縮短，隨著水玻璃加量的增加而減小。

4 結石率

漿液的結石率主要取決于漿液固體含量，如圖1所示，漿液的結石率隨著水灰比的增大而減小。

5 固結體強度特征

漿液固結體的強度主要取決于漿液的固體含量，漿液的強度隨著水灰比的增大而減小。另外水玻璃的加入會降低漿液的強度，且加量越多降低的比例越大。

6 結語

純水泥漿結石體與水泥-水玻璃雙液漿結石體的微觀形態不同，純水泥漿結石體為孔隙性結構，整個結構呈絮狀，孔隙率較高，水泥-水玻璃雙液漿表現為龜裂狀結構，斷面發育多條裂紋，整體結構相對密實，孔隙率相對偏低，兩者均沒有發現水泥漿中包含的那種磨圓度較高的顆粒。

參考文獻

[1] 任文文.注漿液配合比試驗及其在室內模型試驗中的應用[D].太原理工大學，2010.

[2] 馮旭.靜壓樁沉樁擠土效應分析[D].西安建筑科技大學，2011.

[3] 吳勝軍.紅粘土路基水分運移規律試驗研究[D].長沙理工大學，2010.endprint

摘 要：水泥是較便宜的注漿材料，其固結性能良好，結石強度高，無毒性，是目前應用最廣泛、用量最大的注漿材料。在實際工程中水泥類漿液一般分為純水泥漿液與水泥-水玻璃漿液。目前在進行漿液配制時最常用的是普通硅酸鹽水泥，該文也將只就此類性水泥漿液進行研究。

關鍵詞：水泥 注漿 性質

中圖分類號：TV432 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（a）-0115-01

1 硅酸鹽水泥的礦物組成

硅酸鹽水泥是一種多礦物的聚集體，其主要熟料礦物組成是硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵銘酸四鈣等4種。這些熟料礦物決定了硅酸鹽水泥的性質，如表1所示。

2 水泥類漿液的固化機理

2.1 純水泥漿

水泥與一定量的水拌和后，發生水化反應成為能粘結砂、石集料的可塑性漿體.而后逐漸變稠失去可塑性形成凝膠體，這一個過程稱為水泥的“凝結”。此后，伴隨著繼續水化深入，水泥漿體的放熱、形態發生變化，強度逐漸增長而變為具有相當強度的水泥石，這一過程稱為水泥的“硬化”。水泥漿的凝結與硬化是—個連續的復雜的物理化學反應過程。

硅酸三鈣的水化反應為：

3CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2· yH2O+（3-x）Ca（OH）2

硅酸二鈣水化反應為：

2CaO·SiO2+mH2O=xCaO·SiO2· yH2O+（2-x）Ca（OH）2

鋁酸三鈣水化反應為：

2（3CaO·Al2O3）+27H2O=4CaO· Al2O3·19H2O+2CaO·Al2O3·8H2O

鐵鋁酸四鈣水化反應為。

4CaO·A12O3·Fe2O3+7H2O=3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O

在水泥水化過程中，水泥顆粒表面的水泥熟料經過分解、擴散、溶解等一系列物理化學過程，在水泥顆粒表面形成由CSH凝膠體和CH晶體等成分組成的凝膠膜。這種凝膠膜由于水分滲入膜內形成滲透壓而產生破裂，膜外水分因此繼續滲入膜內，與水泥水化顆粒內核直接接觸，產生新的凝膠。水泥水化產生的凝膠一方面使原有的凝膠膜增厚，減緩了水化速度；另一方面進入水溶液中，將水泥顆粒互相聯系起來。如此反復循環，膜體增厚，凝膠膜外則形成網狀凝膠結構，使水泥石結構趨于致密，水泥強度提高。隨著時間的推移，水化反應減緩，直至水泥漿完全硬化。

2.2 水泥-水玻璃雙液漿

硅酸鹽水泥成分硅酸三鈣、硅酸二鈣水化過程中均產生氫氧化鈣，水玻璃主要成分為硅酸鈉，其加入水泥漿后，馬上與新生成的氫氧化鈣反應，生成具有一定強度的膠凝體—水化硅酸鈣：

Ca（OH）2+Na2O·nSiO2+mH2O=CaO·nSiO2·m H2O+2NaOH

由于氫氧化鈣是逐漸生成的，氫氧化鈣與水玻璃之間的反應則由于氫氧化鈣的逐漸生成而連續進行著，水玻璃與氫氧化鈣之間的反應是較快的，隨著反應的進行，膠質體越來越多，強度也越來自高。

3 水泥類漿的流變性能

3.1 初始粘度特征

純水泥漿的初始粘度主要取決于漿液的固體含量，隨著水灰比的增大，漿液的初始粘度逐漸降低。

3.2 粘度時變性

進行了不同水灰比、不同水玻璃加量漿液粘度的持續測量，漿液的粘度具有明顯的時變特征，其粘度與時間可用指數函數進行擬合。與化學漿液的粘度時變性對比發現，水泥類漿液的粘度增長的相對更平穩及持續，而化學漿液表現為短時快速增長的特點。

3.3 漿液的固化時間

純水泥漿的固化時間主要受漿液固體含量的控制，水泥-水玻璃雙液漿的固化時間主要受水玻璃加量的控制，漿液的固化時間隨著水灰比的增大而縮短，隨著水玻璃加量的增加而減小。

4 結石率

漿液的結石率主要取決于漿液固體含量，如圖1所示，漿液的結石率隨著水灰比的增大而減小。

5 固結體強度特征

漿液固結體的強度主要取決于漿液的固體含量，漿液的強度隨著水灰比的增大而減小。另外水玻璃的加入會降低漿液的強度，且加量越多降低的比例越大。

6 結語

純水泥漿結石體與水泥-水玻璃雙液漿結石體的微觀形態不同，純水泥漿結石體為孔隙性結構，整個結構呈絮狀，孔隙率較高，水泥-水玻璃雙液漿表現為龜裂狀結構，斷面發育多條裂紋，整體結構相對密實，孔隙率相對偏低，兩者均沒有發現水泥漿中包含的那種磨圓度較高的顆粒。

參考文獻

[1] 任文文.注漿液配合比試驗及其在室內模型試驗中的應用[D].太原理工大學，2010.

[2] 馮旭.靜壓樁沉樁擠土效應分析[D].西安建筑科技大學，2011.

[3] 吳勝軍.紅粘土路基水分運移規律試驗研究[D].長沙理工大學，2010.endprint