水玻璃即硅酸钠（Na2O·nSiO2），作为化学灌浆的一种主要材料如尤斯顿法（水玻璃—氯化钙），在很早以前就被采用了，而将其与水泥浆配合使用还是不久以前的事。我国自1967年开始在煤矿井巷建设中被广泛使用。将水玻璃加入水泥浆中，已不单纯是为了改变浆液特性，而且它可以与水泥水化中产生的某些成分（大概主要是氢氧化钙）化合成一种胶体，这种胶体使水泥浆迅速失去流动性而转化成固体，共同充填岩土中的空隙。这种化合和转化是在极短时间内完成的（从几秒钟到几分钟）。在灌浆中利用它的这种性质，可以迅速堵住较大和具有水流作用的通道，收到节约材料的效果。
商品水玻璃多呈棕黄色粘稠状液体，也有固体的。最常用的制造方法是将石英砂与碳酸钠在高温下反应制得：
由于石英砂与碳酸钠的配比不同，所制得水玻璃的化学组成可在很大范围内变化，主要表现在SiO2与Na2O克分子比即水玻璃模数M的不同：
水玻璃模数（M）大小，对浆液性能影响很大。M值小，SiO2含量低，凝结时间短、结石强度低；M值大，SiO2含量高，凝结时间长，结石强度高。一般灌浆用的水玻璃要求M=24～34。如果购置到的水玻璃模数过大，可加入适量的氢氧化钠来降低模数；如果模数偏小，可加入适量的硅胶以提高模数。
此外，对水玻璃浓度也有要求。水玻璃浓度通称波美度，用Be'表示。灌浆一般使用30～40Be'的水玻璃。出厂的水玻璃通常为50～60Be'的浓度，固体的Be'更高，因此，使用时必须先溶解并加水稀释。固体水玻璃溶解很慢，需加水煮沸，直到全部溶解为止。
水玻璃浓度（波美度Be'）与其比重γe有下述关系：
所需加水量可按联立方程求得：
式中 Vf1——稀释前的水玻璃容积；
Vf2——稀释后的水玻璃容积；
Vω——所需加水容积；
γf1——稀释前的水玻璃比重；
γf2——稀释后的水玻璃比重；
γω——水的比重。
【举例】有51Be'的水玻璃1L，需稀释为45Be'，求加水量（设水的比重γω=1）。
计算：先根据比重与波美度关系式（9-7）求得：
代入联立方程式（9-9）则得
加水稀释后的水玻璃容积变成1.2L。
在各种灌浆中采用水泥—水玻璃混合浆液，主要是为了迅速堵塞大洞，达到节约材料之目的。因此，最重要的是能控制浆液胶凝的时间，其次是结石强度。
根据煤炭科学研究院注浆室的一些试验资料〔29〕，影响水泥与水玻璃浆液胶凝（浆液不再流动）时间长短的因素有以下几种：
（1）水泥品种的影响。一般说来，水泥中硅酸三钙的含量越多，胶凝越快。普通硅酸盐水泥比矿渣水泥胶凝快。(www.xing528.com)
（2）水泥浆浓度（水/灰）的影响。随着水泥浆浓度的增加（水/灰减小），胶凝时间缩短。
（3）水玻璃浓度（波美度）的影响。波美度越小，胶凝越快。
上述三种因素的影响见表9-9。
表9-9 水泥浆浓度对胶凝时间的影响
注 水泥浆与水玻璃体积比为1∶1。
（4）水泥浆与水玻璃体积比（C∶S）的影响，在其他条件相同时，在C∶S=1∶0.3～1∶1范围内，水玻璃的掺量越少，则胶凝越快，如表9-10。
表9-10 水泥浆与水玻璃体积比、对胶凝时间的影响
注 水泥为500号硅酸盐水泥；水泥浆为W/C=0.6。
（5）浆液温度的影响。随着浆液温度的升高，胶凝时间加快，如图9-10所示。
为了使水泥—水玻璃浆液的胶凝时间符合施工需要，除了可变更上述各因素之外，还可以在这种浆液中掺加外加剂来调整胶凝时间。
1）加快胶凝——掺加促凝剂。据试验，加入白灰（Ca（OH）2）后有显著的促凝效果，如表9-11。
2）延缓胶凝——掺加缓凝剂。加入磷酸氢二钠（Na2HPO4）具有显著缓凝效果，试验数据如表9-12。它的作用是抑制水泥与水玻璃的反应。其加入方法是：先按一定的比例配成水溶液，然后再加水泥，搅拌时间不少于5min，以使充分发挥缓凝效能。搅拌时间短的缓凝效果不好。
一般说来，水泥—水玻璃浆液的结石抗压强度比纯水泥浆有所降低；浆液越稀，降低越多。从试验得知：当采用模数为2.4～3.4，波美度为35～40Be'的水玻璃，325号或425号普通硅酸盐水泥时，选用水泥浆的W/C≤1、水泥浆与水玻璃的体积比=1∶0.5～1∶0.7的配方比较合适。此种水泥—水玻璃浆液结石的28天抗压强度都在10MPa以上，最高可达20MPa左右，一般都能满足灌浆的需要。
图9-10 浆液温度对胶凝时间的影响
（普通硅酸盐水泥400号，W/C=0.75，水玻璃浓度30Be'，水泥浆与水玻璃体积比为1∶1）
表9-11 白灰对水泥水玻璃浆液胶凝时间的影响
注 W/C=0.75；水泥浆体积/水玻璃体积=1∶0.6。
表9-12 磷酸氢二钠对水泥—水玻璃浆胶凝时间的影响
注 水玻璃为40Be'；水泥浆与水玻璃体积比为1∶1。
以往由工厂出产的水玻璃都具强碱性，均是在碱性范围内胶凝的。据研究，胶体中的碱Na2O以及SiO2在长期渗透水流的作用下有可能会被溶出，从而使结石强度逐渐降低以致完全消失；同时也会对被灌地层中的水造成污染。这已成为在大坝灌浆中尤其永久性工程中至今不敢大量采用的主要原因。
为了克服上述缺点，近年来国内外都对水玻璃的改性作了大量试验研究，出现了酸性水玻璃或非碱性水玻璃。改良后的水玻璃，据认为可在中性范围内胶凝，其中SiO2全部参与反应；不含有重金属或有机物等有害物质，大大减少了对环境的污染；不发生碱溶出现象，有较好的耐久性等。
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