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化學漿材 – 完整介紹

化學漿材

1.化學漿材

利用灌漿設備注入地層中,藉由滲透、擴散、膠凝或固化等行為,達到增加地層強度、降低地層滲透性、防治地層液化等目的的化學材料。常用化學漿材,包含真溶液(離子態溶液)和膠狀溶液(懸浮態溶液)兩類,分別以化學反應及物理促凝方式產生膠凝或固化行為。 廣義的化學漿材,也把高分子聚合物(如:聚氨酯樹脂等) 、土汙治理化學材料(如:特殊藥劑、雙氧水、硫酸、超微細金屬粉末懸濁液等)、水泥或皂土與化學溶液搭配使用的漿材,亦稱為化學漿材。 因為該類漿材性質及使用目的差異性較大,為避免產生混淆,建議另外歸類。 化學漿材 化學漿材

2-1 常用種類

矽酸鈉(Sodium silicat): 矽酸鈉俗稱“水玻璃”,是一種應用很廣泛的化工材料。舉凡土木工程、民生工業、化工產品、機械產業等都會用到矽酸鈉。矽酸鈉因其摩爾比(Molar ratio)不同分為5種型號,運用在不同產業。 其中土木工程最常用的是#3矽酸鈉及#5矽酸鈉。兩者之間的差異在鈉離子及二氧化矽成分不同。#3矽酸鈉,鈉離子含量高; #5矽酸鈉,鈉離子含量低。 水玻璃 ◆ 矽酸鈉由石英砂+碳酸鈉+苛性鈉合成,溶於水呈鹼性。 ◆ 不同型號含有不同比例鈉離子。 ◆ 膠凝機制,由酸鹼度控制(化學反應)。 ◆ 膠凝體耐久性(水解) ,主要由鈉離子含量控制。(其他金屬離子及雜質也有影響) ◆ #3矽酸鈉,鈉離子含量高,適合短期使用(建議2年左右),於鹽鹼地層膠凝性差,膠凝時間及瞬凝行為不易控制。 ◆ #5矽酸鈉,鈉離子含量低,適合長期使用,於鹽鹼地層膠凝性佳,膠凝時間較易控制,可進行瞬凝及超瞬凝使用。 針對工程應用,為了能夠長時間膠凝不水解,能夠在特殊地層(如:鹽鹼地層、有機質含量高地層、化學汙染地層使用),可以單獨使用或與水泥漿搭配達到超瞬凝膠凝(固化)效果,專業廠商特別純化#5矽酸鈉,降低其中雜質及金屬離子, 開發升級#5矽酸鈉,工程運用代號「SSA 」。

2-2 新型漿材

矽溶膠(Colloid silicat): 矽溶膠是一種應用廣泛的化工材料,土木工程、民生工業、電子產業等都會用到。針對運用領域,分為中性、帶正電、 帶負電等類型。灌漿用奈米級矽溶膠因為製造過程要求較高,價格上與矽酸鈉仍有一定差距(較貴)。

  • 濃度: 7– 50% ⼆氧化矽
  • 顆粒⼤⼩分布
  • 外觀: 球狀(high S-value) 或鏈狀(low S-value)
  • 顆粒⼤⼩2–100 奈米
  • 表⾯積⼤⼩: 30-1100 m2/g
  • pH: 2–12
  • 表⾯改質: 銨改質, 鋁改質, 氯離⼦改質, 烷基改質, 去離⼦

矽溶膠為懸浮液的一種,膠凝機制屬於物理反應,促凝劑並不參與二氧化矽鍵結轉換,僅造成群體電荷不平衡引發膠凝反應。操作上,技術門檻較低。 矽溶膠 因為膠凝機制為物理反應,改變促凝劑濃度即可改變反應終止時間。但因為矽溶膠主劑對於電荷變化較敏感,漿材並不適合在現場稀釋調配,相對也造成材料成本及運輸費用提高。 矽溶膠

3-1 應用方式

選擇要點 :

  • 目的
  • 效果
  • 時間
  • 成本

考慮項目 :

  • 施工場地配合
  • 工址周邊影響(箱涵、管道、地下空間、構造物/道路等)
  • 施工廠商是否具備類似經驗
  • 廠商現場管理能力
  • 可以配合進場時間

 

3-2 主要功能與應用

矽酸鈉及矽溶膠:

  • 封堵湧水
  • 降低地層透水係數
  • 增加地層自立高度(凝聚力)
  • 防止砂土液化

配合工法 :

  • 雙環塞工法 – 滲透改良
  • 二重管工法 – 封堵、擠壓、脈狀劈裂改良
  • 單管注漿工法(一徑式) – 劈裂

4. 優缺點

優點

  • 瞬凝漿液凝結時間快,可減少漿材被地下水稀釋或沖散。
  • 材料具高滲透性與耐久性,適用於土層(砂土)滲透灌漿。
  • 可均勻降低地層透水係數。
  • 可適度增加土層強度。(最大0.4MPa)
  • 漿液有重疊性,可建構連續性止水隔幕。
  • 搭配雙環塞工法,可重複灌注。

缺點:

  • 不適用於地中孔洞填充。
  • 固化後漿液強度低。
  • 地層需在有一定程度含水量才能維持膠凝狀態。
  • 矽酸鈉材料調配技術門檻高,矽溶膠需仰賴廠內調配。
  • 需要注重現場施工管理(管控)。

5-1 案例

(潛盾隧道發進、到達及聯絡通道地盤改良)

地盤改良  

5-2 案例

(捷運隧道發進端與淺覆土段)

隧道發進端

5-3 案例

(捷運隧道聯絡通道地盤改良)

地盤改良

5-4 案例

(施工中潛盾隧道湧水崩坍搶險)

潛盾隧道

5-5 案例

(地下室開挖過程湧水搶險土層)

逆打建築地下室開挖過程,於開挖面點井外側發生湧水、湧砂現象,經採用重管止水工搭配超瞬凝及緩凝矽酸鈉化學漿液灌注,有效克服湧水問題。                        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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