固化灰浆成分组成及其作用机理的研究

1.2.1　固化灰浆成分组成及主要作用

固化灰浆防渗墙墙体浆材由护壁用泥浆和固化用原始灰浆两部分组成。对于防渗墙固化用原始灰浆,进行水泥基浆液配制时,考虑到经济成本及便于现场操作等因素,主要使用普通硅酸盐水泥,选用的水泥外加剂主要有:水玻璃（NaO・nSiO2)、氯化锂（LiCl)等速凝剂;萘系磺酸盐类缩合物（NUF-5)、木质素磺酸钙、x404等减水剂;硫酸铝、硫酸钠等交联早强剂。此外,可掺入适量的粉煤灰、砂子等辅料,掺入粉煤灰的固化灰浆可降低经济成本,并利于环境保护。

1)水泥

水泥是浆液的固化材料,对于固化灰浆防渗墙,水泥用量应适量,以使墙体强度指标和地基土接近,与防渗体周围地基的协调变形能力好,即实现柔性墙体的目的。一般选用32.5级普通硅酸盐水泥即可,其化学成分与物理性质见表1.1。

表1.1　普通硅酸盐水泥化学成分与物理性质

（1)硅酸盐水泥熟料的矿物组成

硅酸盐水泥熟料主要由4种矿物组成,其名称、分子式和含量如下:

硅酸三钙:3CaO・SiO2（简称C3 S),含量36%～60%;

硅酸二钙:3CaO・SiO2（简称C2 S),含量15%～37%;

铝酸三钙:3CaO・Al2 O3（简称C3 A),含量7%～15%;

铁铝酸四钙:3CaO・Al2 O3・Fe2 O3（简称C4 AF),含量10%～18%。

前两种矿物称硅酸盐矿物,一般占总量的75%～87%;后两种矿物称熔剂矿物,一般占总量的18%～25%。硅酸盐水泥熟料除上述主要组成外,尚含有少量游离CaO、游离MgO及Na2 O和K2 O。因而当其与水拌和后,水泥粒子会立即与水反应,形成含有多种离子的溶液,水泥浆溶液中的主要离子有:,OH-,［SO4］2-, ,K+,Na+等,其溶液中离子组成依赖于水泥中的各组成及其溶解度,而其溶液的离子组成反过来又深刻影响熟料矿物的水化率。硅酸盐水泥水化不同于熟料单矿物水化的另一个特点是,不同矿物彼此之间对水化过程要产生影响,例如:在有少量C3 S的条件下,C2 S的水化速率要比其单独存在时水化速率慢些,这可能是由于C3 S水化析出了Ca（OH)2,有利于液相中Ca（OH)2高度的饱和度的形成及其成核和晶体长大,因而有利于缩短C2 S诱导期而加快其水化作用。

由于各矿物单独水化时所表现的特性各不相同,所以改变各种矿物相对比例,水泥的性质将产生变化。所谓不同的硅酸盐水泥,即为所含4种矿物成分比例不同的水泥,如提高C3 S,C3 A的含量可以制得快硬硅酸盐水泥;提高C2 S,C4 AF的含量可以制得水化热低的低热矿渣硅酸盐水泥。

（2)硅酸盐水泥的水化与凝结硬化

水泥加水拌和后成为可塑的水泥浆,水泥浆逐渐变稠失去塑性,但尚不具有强度的过程,称为水泥的凝结。随后产生明显的强度并逐渐变成坚硬的人造石——水泥石,这一过程称为水泥的硬化。凝结是人为划分的,实际上水泥硬化过程是一个连续复杂的物理化学变化过程。

将水泥加入水中搅拌后,其颗粒表面的熟料矿物立即与水发生化学反应,各组分开始溶解,形成水化物,放出一定热量。固相体积逐渐增加,水泥是多矿物的集合体,各矿物的水化会互相影响,熟料单矿物的水化反应式如下: