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        水灰比對水泥漿液電阻率的影響試驗研究

        2013-01-18 12:44:54王賀馬巖秦浩
        山西建筑 2013年28期
        關(guān)鍵詞:導(dǎo)電性水灰比導(dǎo)電

        王賀 馬巖 秦浩

        (同濟大學地下建筑與工程系,上海 200092)

        1 概況

        目前注漿使用的漿液很大程度上是非可控注漿[1]。注漿的實際情況和漿液的充填情況難以判斷。基于水泥漿液的導(dǎo)電性能,可以通過對不同水灰比漿液的電阻率進行測試,從而實現(xiàn)對漿液流動和充填情況的探測。近年來,有部分學者開展過水泥漿液電阻率的研究,如曾曉輝、隋同波等進行了水泥水化放熱與電阻率變化之間關(guān)系的研究[2-4];魏小勝、肖蓮珍等人對水泥水化過程電阻率變化進行過分析研究[5,6],通過實驗得出水泥水化放熱的過程中水泥漿液電阻率會發(fā)生變化,但是沒有研究水灰比是否會影響漿液電阻率變化。Rajabipour開展過干燥水泥漿液水化與電阻率的關(guān)系研究[7],廖宜順開展過快硬早強型水泥的水化特性與電阻率的關(guān)系研究[8],廖宜順、魏小勝開展過電阻率與化學收縮和水泥基材料的關(guān)系的研究[9,10]等,他們的研究也只表明了可以通過電阻率來監(jiān)測水化過程中漿液的一些性質(zhì)。目前的文獻表明,還未見水泥漿液的水灰比與其導(dǎo)電性能的關(guān)系研究。

        針對目前注漿過程監(jiān)測的難點,本文通過測定不同水灰比漿液的電阻率,獲得漿液電阻率與水灰比之間的關(guān)系,從而為注漿效果的監(jiān)測提供依據(jù)。

        2 實驗設(shè)計及過程

        1)實驗儀器及材料。實驗所用儀器主要有電子萬用表、指針式萬用表、學生電源、自制銅片電極、水泥容器(主要用來固定電極并消除實驗誤差)、燒杯、電子秤。實驗所用的水泥為普通硅酸鹽水泥。2)實驗參數(shù)。本次實驗主要測試不同水灰比水泥漿液的電阻率,測試用水泥漿液的水灰比如表1所示,每個水灰比分別測試3次,取其平均值作為該水灰比水泥漿液的電阻率。其中測量時,所用電壓為6 V。3)實驗過程。a.連接好測試電路,并將測試電極固定到測試容器中;b.根據(jù)測試水泥漿液容器的體積,分別計算出表1中各水灰比所需的水泥質(zhì)量和水的體積;c.按水灰比所需要的水泥質(zhì)量和水的體積,用電子秤稱取相應(yīng)量的水泥,并將秤取好的水泥放入攪拌器皿;用量杯量取相應(yīng)的水的體積;d.將量取好的水慢慢加入攪拌器皿,攪拌2 min左右至均勻(時間過久水泥水化放熱會影響漿液電阻率[2,3]);然后將攪拌好的水泥漿液倒入測試容器;e.立即開啟測試電源,待讀數(shù)穩(wěn)定后讀取并記錄水泥漿液的水灰比值;數(shù)據(jù)讀完后,關(guān)閉電源,將漿液移出,并清洗測試電極;f.對相同水灰比的水泥漿液,重復(fù)測試3次電阻率;g.重復(fù)c.~f.,完成所有水灰比水泥漿液電阻率的測試。

        3 實驗結(jié)果及分析

        3.1 水泥漿液水灰比與電阻率的關(guān)系

        圖1為水泥漿液水灰比與電阻率的關(guān)系。圖1a)表明,相同水灰比時,重復(fù)試驗獲取的水泥漿液電阻率穩(wěn)定性較好,3次測試的電阻率較為接近。圖1b)表明,當水灰比小于1.5時,水泥漿液的電阻率隨著水灰比的增加呈非線性減小,當水灰比達到1.5時,電阻率降低到極小值。當水灰比大于1.5時,隨著水灰比的增大,水泥漿液的電阻率略有增加。

        表1 水泥漿液的水灰比

        圖1 水灰比與電阻率的關(guān)系

        圖2表明,水泥漿液的電阻率僅為純水電阻率的8%~11%,說明水泥漿液的導(dǎo)電性能大大高于純水的導(dǎo)電性能,說明利用水泥漿的電阻率指標,容易區(qū)分出純水與水泥漿液,利用水泥漿液的電阻率特性,可為水泥漿液在地下的分布監(jiān)測提供依據(jù)。

        圖2 水泥漿液導(dǎo)電與純水導(dǎo)電能力的關(guān)系

        3.2 電阻率隨水泥漿液水灰比變化機理分析

        理論上來講,水泥漿液的導(dǎo)電能力應(yīng)隨著水泥漿液中導(dǎo)能離子濃度的增大而增加,即隨著水灰比減小,漿液電離出的導(dǎo)能離子數(shù)增多,水泥漿液的導(dǎo)電能力會增大。即水灰比減小,導(dǎo)電能力增加。然而實驗數(shù)據(jù)表明,水泥漿液的導(dǎo)電能力并非僅由水泥漿液中的離子來決定,水泥漿液中未溶解的固體顆粒物濃度對水泥漿液的導(dǎo)電能力也有一定的影響。

        當水灰比大于1.5時,未溶解的固體顆粒物濃度較小時,不足以影響漿液中導(dǎo)電粒子的移動,漿液導(dǎo)電能力隨水灰比減小,導(dǎo)電能力增強;當水灰比為1~1.5的時候,未溶解的固體顆粒物的濃度對漿液中導(dǎo)電粒子移動影響最小,漿液的電阻率達到極小值,此時導(dǎo)電性能最好;當水灰比小于1.5時,隨著水灰比減小,增多的未溶解的固體顆粒物質(zhì)濃度足以影響漿液中導(dǎo)電粒子的移動,因此,表現(xiàn)出隨著水灰比減小,導(dǎo)電能力反而降低。

        4 結(jié)語

        1)當水灰比小于1.5時,水泥漿液的電阻率隨著水灰比的增加呈非線性減小,當水灰比達到1.5時,電阻率降低到極小值。當水灰比大于1.5時,隨著水灰比的增大,水泥漿液的電阻率略有增加。2)水泥漿液中未溶解的固體顆粒物濃度對水泥漿液的導(dǎo)電能力也有一定的影響。3)水泥漿液的電阻率僅為純水電阻率的8%~11%,水泥漿液的導(dǎo)電性能大大高于純水的導(dǎo)電性能,利用水泥漿液的電阻率特性,可為水泥漿液在地下的分布監(jiān)測提供依據(jù)。

        [1] 鄭玉輝.裂隙巖體注漿漿體與注漿控制方法的研究[D].長春:吉林大學,2006.

        [2] 曾曉輝,隋同波,李宗津.水泥水化放熱與電阻率變化[J].硅酸鹽學報,2009,37(4):601-604.

        [3] 隋同波,曾曉輝,謝友均,等.電阻率法研究水泥早期行為[J].硅酸鹽學報,2008,36(4):431-435.

        [4] 曾曉輝,隋同波,謝友均,等.電阻率法研究減水劑與水泥的作用[J].硅酸鹽學報,2008,36(10):1390-1395.

        [5] 魏小勝,肖蓮珍,李宗津.采用電阻率法研究水泥水化過程[J].硅酸鹽學報,2004,32(1):34-38.

        [6] X.S.Wei,L.Z Xiao,Z.J.Li.Electrical measurement to assess hydration process and the porosity formation.Journal of Wuhan University.2008.

        [7] Farshad Rajabipour,Jason Weiss.Electrical conductivity of drying cement paste.Material and Structeres,2007(40):1143-1160.

        [8] 廖宜順.快硬早強型水泥的水化特性與電阻率研究[D].武漢:華中科技大學,2009.

        [9] 廖宜順,魏小勝.早齡期水泥漿體的化學收縮與電阻率研究[J].華中科技大學學報,2012,40(8):29-33.

        [10] 魏小勝,廖宜順,李國衛(wèi).電阻率法在水泥基材料研究中的應(yīng)用進展[J].科技導(dǎo)報,2009,27(10):92-97.

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