硅溶膠灌漿材料安全性及加固效果試驗研究

鄒旭

（安徽省水利水電勘測設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

硅溶膠漿材是一種優質的水利工程注漿材料，能夠滲透并封堵水泥基注漿材料無法到達的空隙[1]。長期以來，國內外學者對硅溶膠漿材進行了大量的分析和研究，王鵬程等[2]研究了納米硅溶膠漿液在裂隙巖體注漿中的基本應用，Bolisetti[3]研究了硅溶膠在多孔介質中的運移規律。

硅溶膠漿材黏度低，具有較好的封堵涌水效果。然而，硅溶膠漿材也存在一些問題，如對其安全性和加固效果研究得仍不夠清楚，需進一步實踐探究。本文以室內試驗為依托，探究了硅溶膠漿材的安全性和加固效果，為硅溶膠漿材在水利工程的實際應用提供了依據。

1 硅溶膠漿材安全性試驗

1.1 試驗裝置

圖1 所示為試驗裝置，主要包括玻璃水箱、塑料水管、水泵、浮床、動植物、閥門等。

圖1 試驗設備模型圖

1）玻璃水箱。大玻璃水箱尺寸為為3.0m×1.0m×2.0m（長×寬×高），內部盛有黃菖蒲、鯽魚、浮床和水。小玻璃水箱尺寸為0.5m×0.5m×0.5m（長×寬×高），內部盛有水泵和水。

2）塑料水管。如圖1 所示，塑料水管共有兩段，一段與大玻璃水箱底部連接，另一段與水泵連接。

3）水泵。水泵功率90W，流量5500L/h，揚程3.8m。

4）浮床。浮床放置在水面固定黃菖蒲，使其漂浮于水面，防止沉入水中。

5）動植物。選用常用景觀植物黃菖蒲，常見的淡水鯽魚類，成年鯽魚共12 條，大小不一。

1.2 試驗方案

1）將水管連接到水泵上，關閉閥門，按圖1 所示放置好各設備。

2）向大水箱不斷加水，直到水面與塑料水管頂部齊平，向大水箱中放入黃菖蒲、鯽魚、浮床及少量魚飼料。

3）繼續加水，此時水會流到小水箱中，等到小水箱中的水面超過水泵頂部，停止加水。

4）打開閥門及水泵開關，通過水泵可將水重新抽回大水箱中，形成一個水循環系統。

5）當水循環系統穩定后，向大水箱中加入硅溶膠凝膠體，觀察黃菖蒲和鯽魚的生存狀況。

1.3 試驗結果與分析

對黃菖蒲和鯽魚的生存狀況進行觀察記錄，試驗結果記錄見表1。

表1 養殖記錄表

試驗記錄：

1）第1 天：向水中加入硅溶膠凝膠體，水質透明，黃菖蒲生存狀況良好，用手輕敲玻璃箱，鯽魚反應迅速，沒有出現死亡的情況。

2）第10 天：再次加入硅溶膠凝膠體，水質透明，黃菖蒲生存狀況良好，用手輕敲玻璃箱，鯽魚反應迅速，沒有出現死亡的情況。

3）第20 天：水質透明，黃菖蒲和鯽魚生存狀況良好。

4）第30 天：水質透明，黃菖蒲和鯽魚生存狀況良好，且凝膠體形態變化不大，表明其水穩性好。

可以看出，經過30 天動植物養殖試驗，硅溶膠灌漿材料凝膠體水穩性好，抗析出能力強，是一種綠色的灌漿材料，對動植物沒有毒害作用，安全環保。

2 硅溶膠漿材剪切強度試驗

2.1 試驗步驟

1）以紅砂巖作為巖石原料，將其切割成尺寸略大于10cm×10cm×10cm的立方體，打磨至六面平滑，并對試件尺寸進行測量，使其符合試驗精度要求。

2）將切割機置于剪切面形成45 度夾角進行切割，切割長度為40mm。

3）將具有切割裂隙的試件浸沒在硅溶膠溶液中，使得硅溶膠充填巖石裂隙，另留一部分作為對照組不做任何處理。上述操作完成后靜置養護1～2 天，以使硅溶膠達到充分固結的狀態。

4）先選擇與試件尺寸相符的剪切環，放入尺寸為10cm×10cm×10cm的剪切盒中，放入后調整試件的位置和高度，使試件中心處于剪切縫的位置。

5）采用快剪法，并逐步分級施加剪切荷載，同時記錄下每級載荷下的剪切位移直至試件破壞，并對破壞時所對應的剪切壓力表最大值進行記錄。

2.2 試驗結果與分析

將試驗結果進行整理分析，分別計算平均值，發現未灌漿試件從剪切開始到結束共計耗時25s，試件抗剪強度為8.30MPa。灌漿試件從剪切開始到結束共計耗時42s，試件抗剪強度為9.65MPa。

可以看出，灌入硅溶膠漿材后的試件抗剪強度由8.30MPa 提高至9.65MPa，提高了16.3%，存在較為明顯的提升，表明硅溶膠漿材具有良好的加固效果。

3 小結

本文通過室內試驗對硅溶膠漿材的安全性和加固效果進行了研究，得到結論如下：

1）硅溶膠灌漿材料凝膠體水穩性好，是一種綠色的灌漿材料，對動植物沒有毒害作用，安全環保。

2）硅溶膠漿材具有良好的加固效果，裂縫內注入硅溶膠的試件，其抗剪強度由8.30MPa 提高至9.65MPa，有較為明顯的提升