【正文】 h10min 91 － ∶ 1 10 17 8h12min 20h25min 79 － 2∶ 1 10 16 9h16min 30h24min 58 － ∶ 1 15 － － － － － － － － － ∶ 1 15 71 4h35min 8h50min 99 － 1∶ 1 15 23 6h20min 14h13min 95 － ∶ 1 15 19 7h45min 24h5min 80 － 2∶ 1 15 16 9h50min 29h16min 60 － 水泥和粘土的化學(xué)反應(yīng) ? 水泥和粘土攪拌后，首先是水泥水化，產(chǎn)生水化物的同時(shí)，一部分繼續(xù)硬化，形成水泥水化物的骨架，另一部分則與周?chē)哂谢钚缘恼惩令w粒發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)主要是離子交換及團(tuán)粒化作用和凝結(jié)作用。 ? 所謂離子交換是指水泥與水反應(yīng)生成的鈣離子（ Ca++）被帶負(fù)電荷的粘土顆粒吸附而發(fā)生膠凝。 水泥粘土類(lèi)漿液的特點(diǎn) ① 較單液水泥漿液成本低，流動(dòng)性好，抗?jié)B性強(qiáng)，結(jié)石率高； ② 抗壓強(qiáng)度因配方不同有所差異，一般情況下為 5～ 10 MPa，比單液水泥漿低，只適用于充填注漿； ③ 漿液材料來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，采用單液注入工藝，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便； ④ 漿液無(wú)毒性，對(duì)地下水和環(huán)境無(wú)污染。 3. 可控域粘土固化漿液 ? 以粘土為主劑加入一定量的添加固化劑而成，漿液成本低、來(lái)源廣、應(yīng)用范圍大。 ?漿液特點(diǎn)： ①以粘土為主要成分，占 80%～ 85%； ②具有高分散性和高可控流動(dòng)性，且其結(jié)石不收縮，堵水率可達(dá) 90%以上； ③漿液可注性好，擴(kuò)散半徑可控，可降低注漿鉆孔數(shù)量，避免漿液流失； ④漿液具抗水稀釋性、流變可控制性，能在動(dòng)水狀態(tài)下注漿，避免漿液過(guò)多損耗； ⑤漿液結(jié)石體塑性強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，具有良好的抗震性和化學(xué)侵蝕能力。 4. 高水速凝材料 ? 以鋁礬土、石灰和石膏為主要原料，配以多種無(wú)機(jī)原料附加劑，經(jīng)磨細(xì)、均化等工藝，配制成甲、乙兩種粉料的水硬性膠結(jié)材料。 ? 主要技術(shù)特征： ① 由甲乙兩種固體粉料組成； ② 具有高含水性，水和固體粉料體積比高達(dá) 6： 1～ 9： 1，水灰比為 2：l～ 3： 1； ③ 具有可注性。甲乙兩種固體粉料與水?dāng)嚢柚瞥傻募滓覂煞N漿液，單獨(dú)放置可達(dá) 24h以上不凝固、不結(jié)底，流動(dòng)性好，適應(yīng)于遠(yuǎn)距離輸送； ④ 具有速凝性。甲乙兩種漿液混合后 30min之內(nèi)即可凝結(jié)成固體； ⑤ 強(qiáng)度性能。甲乙兩種材料漿液混合后開(kāi)始凝固， lh抗壓強(qiáng)度可達(dá) ～1MPa， 2h強(qiáng)度可達(dá) 2MPa，一天可達(dá) 4MPa， 7d以后可達(dá) 5MPa以上； ⑥ 無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)腐蝕； ⑦ 酸堿性：甲料的 PH為 9～ 10，為弱堿性；乙料的 PH為 11～ 12，為堿性； ⑧ 高水材料所形成的結(jié)石體早期破壞后還具有重結(jié)晶恢復(fù)強(qiáng)度的特性。 5. 水泥 水玻璃類(lèi)漿液 ? 水泥 水玻璃類(lèi)漿液亦稱(chēng) CS漿液（ C代表水泥， S代表水玻璃），是以水泥和水玻璃為主劑，兩者按一定的比例采用雙液方式注入，必要時(shí)加入附加劑所形成的注漿材料。水泥 水玻璃類(lèi)漿液是一種用途極其廣泛、使用效果良好的注漿材料。 ?CS漿液的適宜配方為： ? 水泥為 425號(hào)或 525號(hào)普通硅酸鹽水泥 ? 水泥漿的水灰比為 ： l～ 1： 1， ? 水泥漿與水玻璃的體積比為 1： ～ 1： ? 水玻璃模數(shù)為 ～ ，濃度為 22～ 40Be? CS漿液漿液的凝固機(jī)理 2(3CaOSiO2)+6H2O→ 3CaO2SiO23H2O +3Ca(OH)2 硅酸三鈣 水化硅酸鈣 氫氧化鈣 2(3CaOSiO2)+4H2O → 3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2 硅酸二鈣 水化硅酸鈣 氫氧化鈣 3CaOAl2O3)+6H2O → 3CaO2Al2O33H2O+Ca(OH)2 鋁酸三鈣 水化鋁酸鈣 氫氧化鈣 由于 Ca(OH)2的存在，水泥凝固時(shí)間較長(zhǎng)，難以滿足注漿的要求，必須采取措施，研究縮短水泥凝膠時(shí)間的方法，水玻璃是有效的速凝劑之一。 水玻璃也叫硅酸鈉或泡花堿，分子式為 Na OSiO2。 Ca(OH)2+ Na OnSiO2→CaOnSiO2mH2O↓+Na (OH)。 水玻璃把 Ca(OH)2置換為水化硅酸鈣。使水泥快速凝固，凝固時(shí)間一般可控制在 30~60秒之內(nèi)，并且可以調(diào)節(jié)。 ? 衡量水玻璃性質(zhì)有兩個(gè)重要參數(shù)。 ? 模數(shù)： M= ? 一般情況下 M=~ ? 濃度：用玻美度 (B233。)表示，實(shí)際應(yīng)用時(shí)有兩種水玻璃： ? 38 B233。 M=~ 注漿用 ? 51 B233。 M=~ 堵漏用 ? 如果想進(jìn)一步縮短 CS漿液的凝膠時(shí)間，也可以在其中加入其他的化學(xué)添加劑，如三乙醇胺、氯化鈉、硅粉等，可將 CS漿液的凝膠時(shí)間縮短至 7~15秒。如果要延長(zhǎng) CS漿液的凝膠時(shí)間，可在其中加入緩凝劑，如磷酸二氫鉀等。 O m olNm olOSai22? 水泥 水玻璃漿液的特點(diǎn)： ① 漿液可控性好，凝膠時(shí)間可準(zhǔn)確控制在幾秒到幾十分鐘的范圍內(nèi)； ② 漿液結(jié)石體強(qiáng)度高，可達(dá) ～ MPa； ③ 漿液的結(jié)石率高，可達(dá) 100%； ④ 結(jié)石體的滲透系數(shù)小，為 103 cm/s； ⑤ 該漿液適宜于 mm以上裂隙及 1mm以上粒徑的砂層使用； ⑥ 材料來(lái)源豐富，價(jià)格便宜，漿液對(duì)地下水和環(huán)境無(wú)污染。 ? 水玻璃類(lèi)漿液是指水玻璃在固化劑作用下產(chǎn)生凝膠的一種注漿材料。 1）水玻璃 氯化鈣漿液 ? 兩種液體在地下土壤中相遇，立即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成二氧化硅膠體，并將土粒包圍起來(lái)凝成整體，不僅起到防滲作用，更主要的起到加固作用。 2）水玻璃 鋁酸鈉漿液 ? 水玻璃與鋁酸鈉反應(yīng)，生成凝膠物質(zhì)硅膠及硅酸鋁鹽，膠結(jié)砂和土壤，起到加固和堵水作用。 3）水玻璃 硅氟酸漿液 ? 水玻璃和硅氟酸兩種漿液相遇便產(chǎn)生絮狀沉淀物，在性能上是一種比較好的水玻璃漿。 4）其他類(lèi)水玻璃漿液 ① 水玻璃－磷酸類(lèi) ② 水玻璃－草酸硫酸鋁類(lèi) ③ 水玻璃－二氧化碳類(lèi) ④ 水玻璃－有機(jī)膠凝劑類(lèi) 6. 水玻璃類(lèi)漿液 （四）有機(jī)系列注漿材料 ? 丙烯酰胺類(lèi)漿液 要求雙液系統(tǒng)注入，主劑、交聯(lián)劑、還原劑（或強(qiáng)還原劑）及緩凝劑溶解在水中單獨(dú)存放，簡(jiǎn)稱(chēng)甲液；氧化劑也溶解在水中單獨(dú)存放，簡(jiǎn)稱(chēng)乙液。由于丙烯酰胺單體具有毒性，日本、美國(guó)等現(xiàn)在已不再使用。 ? 漿液特點(diǎn)： ① 粘度小，在凝膠前一直保持不變，具有良好的滲透性； ② 凝膠時(shí)間可以準(zhǔn)確地控制在幾秒至幾十分鐘的范圍內(nèi)，漿液凝膠是在瞬間發(fā)生并完成的； ③ 凝膠體抗?jié)B性能好，滲透系數(shù)為 109～ 1010 cm/s； ④ 凝膠體抗壓強(qiáng)度低，一般不受配方的影響，其值約為 ～ MPa。 1. 丙烯酰胺類(lèi)漿液 2. 木質(zhì)素類(lèi)漿液 以紙漿廢液為主劑，加入一定量的固化劑所組成的漿液，包括鉻木質(zhì)素漿液和硫木質(zhì)素漿液兩種。 1) 鉻木質(zhì)素漿液 ? 雙液系統(tǒng)注入的注漿材料，漿液由三部分組成，甲液是亞硫酸鈣紙漿廢液，乙液包括固化劑和促進(jìn)劑，固化劑采用重鉻酸鈉，促進(jìn)劑有三氯化鐵、硫酸鋁、硫酸銅、氯化銅等。 漿液特點(diǎn)： ① 漿液的粘度較小，可灌性好，滲透系數(shù)為 103～ 104 cm/s的基礎(chǔ)均可適于灌漿； ② 防滲性能好，用鉻木質(zhì)素漿液處理后的基礎(chǔ)，其滲透系數(shù)達(dá) 107～ 108 cm/s； ③ 漿液的膠凝時(shí)間可在幾秒鐘至十分鐘范圍內(nèi)調(diào)節(jié)； ④ 新老凝膠之間的膠結(jié)較好，結(jié)石體的強(qiáng)度達(dá) MPa～ MPa。 ⑤ 原材料來(lái)源廣，價(jià)格低廉。 2) 硫木質(zhì)素漿液 ? 由于重鉻酸鈉是一種劇毒藥品，在地層中注漿存在著鉻離子（ Cr6+）污染地下水的問(wèn)題，因此鉻木質(zhì)素漿液的廣泛應(yīng)用受到了一定的限制，以過(guò)硫酸銨完全代替重鉻酸鈉，成為無(wú)毒的硫木質(zhì)素漿液。 漿液特點(diǎn)： ① 漿液粘度與鉻木質(zhì)素相似，可灌性能好； ② 膠凝時(shí)間可在幾十秒至幾十分鐘之間控制； ③ 凝膠體不溶于水、酸及堿溶液中，化學(xué)性能較穩(wěn)定； ④ 結(jié)石體抗壓強(qiáng)度在 MPa以上。 3. 脲醛樹(shù)脂類(lèi)漿液 ? 由脲素和甲醛綜合而成的一種高分子聚合物，在固化前是一種水溶性樹(shù)脂，用水配制成水溶液，溶液在酸性、常溫、常壓下就能迅速固化，并且具有一定的強(qiáng)度。 ?脲醛樹(shù)脂類(lèi)漿液分三類(lèi)，性能如下： 脲醛樹(shù)脂漿液 ? 用市售固體含量為 55%左右的脲醛樹(shù)脂為主劑，注漿時(shí)稀釋至 40%，然后加入酸或強(qiáng)酸弱堿鹽作固化劑。 ? 漿液特點(diǎn)： ①材料來(lái)源豐富，價(jià)格便宜； ②漿液結(jié)石體的強(qiáng)度較高，達(dá) 40～ 80 MPa，但較脆； ③漿液粘度較大，在酸性條件下對(duì)設(shè)備有腐蝕性，在含碳酸鹽地層注漿時(shí)其結(jié)石體強(qiáng)度會(huì)下降； ④凝膠體抗?jié)B性差，長(zhǎng)期存放會(huì)變質(zhì)固化，并且漿液的剌激性氣味大。 脲素 甲醛漿液 ? 該漿液用脲素和甲醛作注漿材料的甲液，固化劑作乙液。 ? 漿液特點(diǎn)： ① 漿液流動(dòng)性好，粘度低； ② 解決了漿液長(zhǎng)期存放的問(wèn)題，但漿液配制后必須立即使用； ③ 材料來(lái)源廣泛，成本下降。 改性脲醛樹(shù)脂液 ? 脲醛樹(shù)脂漿液雖有價(jià)格低廉、使用廣泛等優(yōu)點(diǎn)，但仍有許多不足之處對(duì)注漿不利，如質(zhì)脆易碎，抗?jié)B性差，與巖石膠結(jié)力不強(qiáng)，并有收縮現(xiàn)象，有效期短等，因此，有時(shí)在脲醛樹(shù)脂生產(chǎn)過(guò)程中，加入一種或幾種能參與反應(yīng)的化合物或在脲醛樹(shù)脂漿液中加入另一種注漿材料混合使用，以取長(zhǎng)補(bǔ)短，達(dá)到改善性能的目的。 ? 改性脲醛樹(shù)脂的特點(diǎn)： ①漿液結(jié)石體強(qiáng)度大，膠結(jié)力強(qiáng)，固砂強(qiáng)度可達(dá) MPa； ②漿液粘度低，為 25 MPas，可注性好，可注入含泥量為 20%的細(xì)砂中； ③漿液凝膠時(shí)間可控范圍寬，可從幾十秒至幾十分鐘調(diào)節(jié)； ④凝膠及其固砂體耐久性好，可抗 5%濃度的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和鹽的腐蝕； ⑤材料來(lái)源豐富，成本較低。 4. 聚氨酯類(lèi)漿液 ? 由于漿液中含有未反應(yīng)的異氰酸基因，遇水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，交聯(lián)生成不溶于水的聚合體，因此能達(dá)到防滲、堵漏和固結(jié)的目的。另外反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生二氧化碳，使體積膨脹而增加固結(jié)體積比，并產(chǎn)生較大的膨脹壓力，促使?jié){液二次擴(kuò)散，從而加大了擴(kuò)散范圍。 ? 聚氨酯類(lèi)漿液可分為兩大類(lèi) ? 水溶性 ? 非水溶性漿液 ? 區(qū)別在于： ? 前者與水能混合 ? 后者只溶于有機(jī)溶劑。 是一種防滲堵漏能力較強(qiáng)、固結(jié)強(qiáng)度較高的注漿材料，它屬于聚氨基甲酸酯類(lèi)的高聚物，是由異氰酸酯和多羥基化合物反應(yīng)而成。 聚氨酯 類(lèi)漿液 非水溶性聚氨酯漿液 ? 由多異氰酸酯和多羥基化合物聚合而成。 ? 當(dāng)該漿液制備時(shí)可分為 “ 一步法 ” 和 “ 二步法 ” 兩種。 ? “一步法”就是在灌漿時(shí)，將主劑的組分和外加劑直接一次混合成漿液。 ? “二步法”又稱(chēng)預(yù)聚法，是把主劑先合成為聚氨酯的低聚物（預(yù)聚體），然后，再把預(yù)聚體和外加劑按需要配成漿液，這樣可以緩和反應(yīng)，減少放熱。便于控制膠凝時(shí)間。 ? 漿液特點(diǎn)： ① 漿液是非水溶性的，遇水開(kāi)始反應(yīng)，因此不易被地下水沖稀或沖失； ② 漿液遇水反應(yīng)時(shí)發(fā)泡膨脹，進(jìn)行二次滲透，擴(kuò)散均勻，注漿效果好； ③ 結(jié)石體抗壓強(qiáng)度高； ④ 采用單液系統(tǒng)注漿，工藝設(shè)備簡(jiǎn)單。 水溶性聚氨酯漿液 ? 水溶性聚氨酯漿液由預(yù)聚體和其他外加劑組成。 ? 預(yù)聚體也是由聚醚樹(shù)脂和多異氰酸酯反應(yīng)而成，外加劑與非水溶性聚氨酯所用的基本相同，目前國(guó)內(nèi)所用的主要有兩種，即高強(qiáng)度漿液的預(yù)聚體及低強(qiáng)度的預(yù)聚體。 ? 漿液特點(diǎn)： ①漿液能均勻地分散或溶解在大量水中，凝膠后形成包有水的彈性體； ②結(jié)石體的抗?jié)B透性能好，一般在 106～ 108 cm/s之間； ③漿液的凝膠時(shí)間可以根據(jù)催化劑或緩沖劑的用量在數(shù)秒到數(shù)十分鐘之間調(diào)節(jié)。 5. 其他有機(jī)類(lèi)漿液 四種漿液： ? 糠醛樹(shù)脂漿液 ? 環(huán)氧樹(shù)脂漿液 ? 丙烯酸鹽漿液 ? 甲凝漿液 三、注漿設(shè)備與機(jī)具 ?注漿設(shè)備及機(jī)具，主要包括 : ? 鉆機(jī)、鉆具、注漿泵、攪拌機(jī)、注漿管線、止?jié){塞和混合器等 ?其中 : ? 鉆機(jī)與鉆具是成孔設(shè)備 ? 注漿泵、攪拌機(jī)等其它設(shè)備、器具則是制備、輸送漿液等，并將漿液注入地層空隙或軟土地層中的機(jī)具。 1. 鉆孔設(shè)備 地面常用鉆機(jī)： ? TXB－ 100型、紅旗－ 700型、紅旗－ 500型、 XJ－100型、 DPP－ 100型汽車(chē)鉆機(jī)等。 井下常用鉆機(jī)： ? DZ100型、 DZ200型、 MK3型、 MK3型、 MK5型、 ZDY1200S型、 ZDY1200S型、 ZDY1500S型、ZDY52022S型、 Z