水玻璃与水泥反应对电阻率的影响

温亨聪　刘宝宝　李程

摘 要：把不同比率的水玻璃掺入水泥浆液中制成相同体积的水泥凝固体，在相同探测条件下，利用直流电法仪测量各种水玻璃比率的水泥凝固体电阻率值，研究水玻璃对水泥注浆材料电阻率的影响，为物探资料解释时鉴别低阻异常区的成因、防治误判提供依据。

关键词：水玻璃 水泥 电阻率 影响

中图分类号：TD745 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（c）-0103-02

1 水玻璃—水泥混合浆液

水玻璃—水泥混合浆液亦称CS浆液。作为一种复合型注浆材料，它是以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定的比例以双液方式注入，必要时加入附加剂所组成的注浆液材料。这种浆液集中了水泥和水玻璃两种注浆材料的优点，克服了单液水泥浆的凝结时间长且不能控制、结石率低等缺点，提高了水泥注浆液的效果，在煤层底板含水层注浆改造工程中被广泛使用。

但是，在水泥浆液中加入水玻璃后，可能导致水泥混合注浆材料的电阻率发生变化。使用物探方法对工作面底板进行岩层赋水性探测时，物探资料解释极易形成误判。

2 水玻璃与水泥反应机理及混合注浆材料电阻率影响

水玻璃有钠水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃、季铵水玻璃和铷水玻璃，它们的通式为MO2·m SiO2·n H2O，式中：M代表Na+、Li+、NR4+、Rb+；m俗称模数，SiO2/M2O之摩尔比；n代表含水量，n愈大则水玻璃的浓度C愈小。

水泥本身所含的矿物遇水发生反应产生氢氧化钙和水化硅酸钙凝胶等。

3Ca·SiO2+（n+1）H2O=2Ca·SiO2·nH2O+Ca（OH）2

而水泥与水玻璃的主要化学反应方程式为：

3Ca·SiO2+Na2O·nSiO2=Ca·nSiO2·nH2O+2NaOH

由上述反应式看出水泥水化及其与水玻璃反应后所得产物大致相同。

但是，井下工作面底板加固所用的水玻璃一般为工业钠水玻璃。水玻璃是硅酸钠的水溶液，工业制硅酸钠反应方程式为：

NaCO3+SiO2=NaSiO3+CO2（高温条件下）

然后将硅酸钠溶解在一定浓度的NaOH溶液中（加NaOH是为了抑制硅酸钠水解）。此外，硅酸钠会和空气中的二氧化碳反应：CO2+NaSiO3+H2O=NaCO3+H2SiO3，所以矿用钠水玻璃中含有NaOH和杂质NaCO3。

由上述反应式中，可以看出，水玻璃广泛运用于煤层底板含水层注浆改造工程中，同时也在增加水泥混合注浆材料的可溶性盐离子，导致水泥混合注浆材料的电阻率发生变化。

3 模块试验

3.1 模块制作

为研究水玻璃对水泥注浆材料电阻率的影响，实验所用的水泥凝固体以不同比率的水玻璃掺入水泥浆液中制作而成。为使实验更具有可实用性，模块制作的材料均使用矿井煤层底板注浆改造工程常用材料。表1列出了实验中水泥凝固体的具体参数。

3.2 电阻率测量

不同比率的水玻璃掺入水泥浆液中制成相同体积的水泥凝固体，在相同探测条件下，利用直流电法仪测量各种水玻璃比率的水泥凝固体电阻率值。实验采用的直流电法测深是目前煤矿井下最常用的一种探测方法，它具有简单方便、施工安全、测距较大、适应性强、对水敏感等优点。实验采用的是最常用的对称四极装置，在同一测点O点上逐次增大供电电极极距，使勘探深度由小变大，装置如图1。

图1中AB为供电电极，MN为测量电极，它们对称与观测点O布置。

3.3 实验情况及成果

在5组模块制作完成后，分别在模块固结24小时、72小时、15天后对模块进行电阻率测量，实验结果如表2、表3。

根据上表，在模块1#、2#、3#、4#、5#固结24小时后进行测试模块电阻率值，水泥模块中加入水玻璃作用在于加快模块的凝固速度，适量的配比对加速凝固效果显著。井下实际施工中注浆材料配比（重量）：水：灰：水玻璃=1∶1∶0.5。模块中加入水玻璃配比不同、其凝固速度不同。而在模块固结72小时及15天后，模块中水泥浆液中加入水玻璃后视电阻率值约为纯水泥浆液的1/2～1/3（降低）。实验模块干燥时间越长，视电阻率值越增加（约4倍）。

4 结语

水玻璃—水泥混合浆液作为一种复合型注浆材料，在煤层底板含水层注浆改造工程中被广泛使用。在水泥浆液中加入水玻璃后，可能导致水泥混合注浆材料的电阻率发生变化，容易导致物探方法对工作面底板进行岩层赋水性探测时，物探资料解释极易形成误判。通过实验表明：水泥浆液中加入水玻璃后混合凝固体视电阻率值约为纯水泥浆凝固体的1/2～1/3（降低）；且实验模块干燥时间越长、水分越少，整体视电阻率值越大。明确了水玻璃对水泥混合注浆材料电阻率的影响，有助于物探资料解释时鉴别低阻异常区的成因，防止把水玻璃—水泥混合凝固体的低阻反应误判为岩层含水区，减少钻探、注浆工程量。

参考文献

[1] 卢晨.水玻璃砂基础理论的研究[D].上海：上海交通大学，2000：37-39.

[2] 孔燕萍.外加剂对水泥土强度的影响[J].土工基础，2005，19（3）：71-72.

[3] 戴志成.硅化合物的生产和应用[M].四川成都：成都科技大学出版社，1999.

[4] 朱纯熙，卢晨，季郭生.水玻璃砂基础理论[M].上海：上海交通大学出版社，2000.

[5] 杜嘉鸿，秦明武，肖荣久.国外化学注浆教程[M].北京：水利电力出版社，1986.endprint

摘 要：把不同比率的水玻璃掺入水泥浆液中制成相同体积的水泥凝固体，在相同探测条件下，利用直流电法仪测量各种水玻璃比率的水泥凝固体电阻率值，研究水玻璃对水泥注浆材料电阻率的影响，为物探资料解释时鉴别低阻异常区的成因、防治误判提供依据。

关键词：水玻璃 水泥 电阻率 影响

中图分类号：TD745 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（c）-0103-02

1 水玻璃—水泥混合浆液

水玻璃—水泥混合浆液亦称CS浆液。作为一种复合型注浆材料，它是以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定的比例以双液方式注入，必要时加入附加剂所组成的注浆液材料。这种浆液集中了水泥和水玻璃两种注浆材料的优点，克服了单液水泥浆的凝结时间长且不能控制、结石率低等缺点，提高了水泥注浆液的效果，在煤层底板含水层注浆改造工程中被广泛使用。

但是，在水泥浆液中加入水玻璃后，可能导致水泥混合注浆材料的电阻率发生变化。使用物探方法对工作面底板进行岩层赋水性探测时，物探资料解释极易形成误判。

2 水玻璃与水泥反应机理及混合注浆材料电阻率影响

水玻璃有钠水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃、季铵水玻璃和铷水玻璃，它们的通式为MO2·m SiO2·n H2O，式中：M代表Na+、Li+、NR4+、Rb+；m俗称模数，SiO2/M2O之摩尔比；n代表含水量，n愈大则水玻璃的浓度C愈小。

水泥本身所含的矿物遇水发生反应产生氢氧化钙和水化硅酸钙凝胶等。

3Ca·SiO2+（n+1）H2O=2Ca·SiO2·nH2O+Ca（OH）2

而水泥与水玻璃的主要化学反应方程式为：

3Ca·SiO2+Na2O·nSiO2=Ca·nSiO2·nH2O+2NaOH

由上述反应式看出水泥水化及其与水玻璃反应后所得产物大致相同。

但是，井下工作面底板加固所用的水玻璃一般为工业钠水玻璃。水玻璃是硅酸钠的水溶液，工业制硅酸钠反应方程式为：

NaCO3+SiO2=NaSiO3+CO2（高温条件下）

然后将硅酸钠溶解在一定浓度的NaOH溶液中（加NaOH是为了抑制硅酸钠水解）。此外，硅酸钠会和空气中的二氧化碳反应：CO2+NaSiO3+H2O=NaCO3+H2SiO3，所以矿用钠水玻璃中含有NaOH和杂质NaCO3。

由上述反应式中，可以看出，水玻璃广泛运用于煤层底板含水层注浆改造工程中，同时也在增加水泥混合注浆材料的可溶性盐离子，导致水泥混合注浆材料的电阻率发生变化。

3 模块试验

3.1 模块制作

为研究水玻璃对水泥注浆材料电阻率的影响，实验所用的水泥凝固体以不同比率的水玻璃掺入水泥浆液中制作而成。为使实验更具有可实用性，模块制作的材料均使用矿井煤层底板注浆改造工程常用材料。表1列出了实验中水泥凝固体的具体参数。

3.2 电阻率测量

不同比率的水玻璃掺入水泥浆液中制成相同体积的水泥凝固体，在相同探测条件下，利用直流电法仪测量各种水玻璃比率的水泥凝固体电阻率值。实验采用的直流电法测深是目前煤矿井下最常用的一种探测方法，它具有简单方便、施工安全、测距较大、适应性强、对水敏感等优点。实验采用的是最常用的对称四极装置，在同一测点O点上逐次增大供电电极极距，使勘探深度由小变大，装置如图1。

图1中AB为供电电极，MN为测量电极，它们对称与观测点O布置。

3.3 实验情况及成果

在5组模块制作完成后，分别在模块固结24小时、72小时、15天后对模块进行电阻率测量，实验结果如表2、表3。

根据上表，在模块1#、2#、3#、4#、5#固结24小时后进行测试模块电阻率值，水泥模块中加入水玻璃作用在于加快模块的凝固速度，适量的配比对加速凝固效果显著。井下实际施工中注浆材料配比（重量）：水：灰：水玻璃=1∶1∶0.5。模块中加入水玻璃配比不同、其凝固速度不同。而在模块固结72小时及15天后，模块中水泥浆液中加入水玻璃后视电阻率值约为纯水泥浆液的1/2～1/3（降低）。实验模块干燥时间越长，视电阻率值越增加（约4倍）。

4 结语

水玻璃—水泥混合浆液作为一种复合型注浆材料，在煤层底板含水层注浆改造工程中被广泛使用。在水泥浆液中加入水玻璃后，可能导致水泥混合注浆材料的电阻率发生变化，容易导致物探方法对工作面底板进行岩层赋水性探测时，物探资料解释极易形成误判。通过实验表明：水泥浆液中加入水玻璃后混合凝固体视电阻率值约为纯水泥浆凝固体的1/2～1/3（降低）；且实验模块干燥时间越长、水分越少，整体视电阻率值越大。明确了水玻璃对水泥混合注浆材料电阻率的影响，有助于物探资料解释时鉴别低阻异常区的成因，防止把水玻璃—水泥混合凝固体的低阻反应误判为岩层含水区，减少钻探、注浆工程量。

参考文献

[1] 卢晨.水玻璃砂基础理论的研究[D].上海：上海交通大学，2000：37-39.

[2] 孔燕萍.外加剂对水泥土强度的影响[J].土工基础，2005，19（3）：71-72.

[3] 戴志成.硅化合物的生产和应用[M].四川成都：成都科技大学出版社，1999.

[4] 朱纯熙，卢晨，季郭生.水玻璃砂基础理论[M].上海：上海交通大学出版社，2000.

[5] 杜嘉鸿，秦明武，肖荣久.国外化学注浆教程[M].北京：水利电力出版社，1986.endprint

摘 要：把不同比率的水玻璃掺入水泥浆液中制成相同体积的水泥凝固体，在相同探测条件下，利用直流电法仪测量各种水玻璃比率的水泥凝固体电阻率值，研究水玻璃对水泥注浆材料电阻率的影响，为物探资料解释时鉴别低阻异常区的成因、防治误判提供依据。

关键词：水玻璃 水泥 电阻率 影响

中图分类号：TD745 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（c）-0103-02

1 水玻璃—水泥混合浆液

水玻璃—水泥混合浆液亦称CS浆液。作为一种复合型注浆材料，它是以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定的比例以双液方式注入，必要时加入附加剂所组成的注浆液材料。这种浆液集中了水泥和水玻璃两种注浆材料的优点，克服了单液水泥浆的凝结时间长且不能控制、结石率低等缺点，提高了水泥注浆液的效果，在煤层底板含水层注浆改造工程中被广泛使用。

但是，在水泥浆液中加入水玻璃后，可能导致水泥混合注浆材料的电阻率发生变化。使用物探方法对工作面底板进行岩层赋水性探测时，物探资料解释极易形成误判。

2 水玻璃与水泥反应机理及混合注浆材料电阻率影响

水玻璃有钠水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃、季铵水玻璃和铷水玻璃，它们的通式为MO2·m SiO2·n H2O，式中：M代表Na+、Li+、NR4+、Rb+；m俗称模数，SiO2/M2O之摩尔比；n代表含水量，n愈大则水玻璃的浓度C愈小。

水泥本身所含的矿物遇水发生反应产生氢氧化钙和水化硅酸钙凝胶等。

3Ca·SiO2+（n+1）H2O=2Ca·SiO2·nH2O+Ca（OH）2

而水泥与水玻璃的主要化学反应方程式为：

3Ca·SiO2+Na2O·nSiO2=Ca·nSiO2·nH2O+2NaOH

由上述反应式看出水泥水化及其与水玻璃反应后所得产物大致相同。

但是，井下工作面底板加固所用的水玻璃一般为工业钠水玻璃。水玻璃是硅酸钠的水溶液，工业制硅酸钠反应方程式为：

NaCO3+SiO2=NaSiO3+CO2（高温条件下）

然后将硅酸钠溶解在一定浓度的NaOH溶液中（加NaOH是为了抑制硅酸钠水解）。此外，硅酸钠会和空气中的二氧化碳反应：CO2+NaSiO3+H2O=NaCO3+H2SiO3，所以矿用钠水玻璃中含有NaOH和杂质NaCO3。

由上述反应式中，可以看出，水玻璃广泛运用于煤层底板含水层注浆改造工程中，同时也在增加水泥混合注浆材料的可溶性盐离子，导致水泥混合注浆材料的电阻率发生变化。

3 模块试验

3.1 模块制作

为研究水玻璃对水泥注浆材料电阻率的影响，实验所用的水泥凝固体以不同比率的水玻璃掺入水泥浆液中制作而成。为使实验更具有可实用性，模块制作的材料均使用矿井煤层底板注浆改造工程常用材料。表1列出了实验中水泥凝固体的具体参数。

3.2 电阻率测量

不同比率的水玻璃掺入水泥浆液中制成相同体积的水泥凝固体，在相同探测条件下，利用直流电法仪测量各种水玻璃比率的水泥凝固体电阻率值。实验采用的直流电法测深是目前煤矿井下最常用的一种探测方法，它具有简单方便、施工安全、测距较大、适应性强、对水敏感等优点。实验采用的是最常用的对称四极装置，在同一测点O点上逐次增大供电电极极距，使勘探深度由小变大，装置如图1。

图1中AB为供电电极，MN为测量电极，它们对称与观测点O布置。

3.3 实验情况及成果

在5组模块制作完成后，分别在模块固结24小时、72小时、15天后对模块进行电阻率测量，实验结果如表2、表3。

根据上表，在模块1#、2#、3#、4#、5#固结24小时后进行测试模块电阻率值，水泥模块中加入水玻璃作用在于加快模块的凝固速度，适量的配比对加速凝固效果显著。井下实际施工中注浆材料配比（重量）：水：灰：水玻璃=1∶1∶0.5。模块中加入水玻璃配比不同、其凝固速度不同。而在模块固结72小时及15天后，模块中水泥浆液中加入水玻璃后视电阻率值约为纯水泥浆液的1/2～1/3（降低）。实验模块干燥时间越长，视电阻率值越增加（约4倍）。

4 结语

水玻璃—水泥混合浆液作为一种复合型注浆材料，在煤层底板含水层注浆改造工程中被广泛使用。在水泥浆液中加入水玻璃后，可能导致水泥混合注浆材料的电阻率发生变化，容易导致物探方法对工作面底板进行岩层赋水性探测时，物探资料解释极易形成误判。通过实验表明：水泥浆液中加入水玻璃后混合凝固体视电阻率值约为纯水泥浆凝固体的1/2～1/3（降低）；且实验模块干燥时间越长、水分越少，整体视电阻率值越大。明确了水玻璃对水泥混合注浆材料电阻率的影响，有助于物探资料解释时鉴别低阻异常区的成因，防止把水玻璃—水泥混合凝固体的低阻反应误判为岩层含水区，减少钻探、注浆工程量。

参考文献

[1] 卢晨.水玻璃砂基础理论的研究[D].上海：上海交通大学，2000：37-39.

[2] 孔燕萍.外加剂对水泥土强度的影响[J].土工基础，2005，19（3）：71-72.

[3] 戴志成.硅化合物的生产和应用[M].四川成都：成都科技大学出版社，1999.

[4] 朱纯熙，卢晨，季郭生.水玻璃砂基础理论[M].上海：上海交通大学出版社，2000.

[5] 杜嘉鸿，秦明武，肖荣久.国外化学注浆教程[M].北京：水利电力出版社，1986.endprint