水灰比对水泥浆液电阻率的影响试验研究

王贺 马岩 秦浩

(同济大学地下建筑与工程系，上海 200092)

1 概况

目前注浆使用的浆液很大程度上是非可控注浆［1］。注浆的实际情况和浆液的充填情况难以判断。基于水泥浆液的导电性能，可以通过对不同水灰比浆液的电阻率进行测试，从而实现对浆液流动和充填情况的探测。近年来，有部分学者开展过水泥浆液电阻率的研究，如曾晓辉、隋同波等进行了水泥水化放热与电阻率变化之间关系的研究［2-4］;魏小胜、肖莲珍等人对水泥水化过程电阻率变化进行过分析研究［5，6］，通过实验得出水泥水化放热的过程中水泥浆液电阻率会发生变化，但是没有研究水灰比是否会影响浆液电阻率变化。Rajabipour开展过干燥水泥浆液水化与电阻率的关系研究［7］，廖宜顺开展过快硬早强型水泥的水化特性与电阻率的关系研究［8］，廖宜顺、魏小胜开展过电阻率与化学收缩和水泥基材料的关系的研究［9，10］等，他们的研究也只表明了可以通过电阻率来监测水化过程中浆液的一些性质。目前的文献表明，还未见水泥浆液的水灰比与其导电性能的关系研究。

针对目前注浆过程监测的难点，本文通过测定不同水灰比浆液的电阻率，获得浆液电阻率与水灰比之间的关系，从而为注浆效果的监测提供依据。

2 实验设计及过程

1)实验仪器及材料。实验所用仪器主要有电子万用表、指针式万用表、学生电源、自制铜片电极、水泥容器(主要用来固定电极并消除实验误差)、烧杯、电子秤。实验所用的水泥为普通硅酸盐水泥。2)实验参数。本次实验主要测试不同水灰比水泥浆液的电阻率，测试用水泥浆液的水灰比如表1所示，每个水灰比分别测试3次，取其平均值作为该水灰比水泥浆液的电阻率。其中测量时，所用电压为6 V。3)实验过程。a.连接好测试电路，并将测试电极固定到测试容器中;b.根据测试水泥浆液容器的体积，分别计算出表1中各水灰比所需的水泥质量和水的体积;c.按水灰比所需要的水泥质量和水的体积，用电子秤称取相应量的水泥，并将秤取好的水泥放入搅拌器皿;用量杯量取相应的水的体积;d.将量取好的水慢慢加入搅拌器皿，搅拌2 min左右至均匀(时间过久水泥水化放热会影响浆液电阻率［2，3］);然后将搅拌好的水泥浆液倒入测试容器;e.立即开启测试电源，待读数稳定后读取并记录水泥浆液的水灰比值;数据读完后，关闭电源，将浆液移出，并清洗测试电极;f.对相同水灰比的水泥浆液，重复测试3次电阻率;g.重复c.～f.，完成所有水灰比水泥浆液电阻率的测试。

3 实验结果及分析

3.1 水泥浆液水灰比与电阻率的关系

图1为水泥浆液水灰比与电阻率的关系。图1a)表明，相同水灰比时，重复试验获取的水泥浆液电阻率稳定性较好，3次测试的电阻率较为接近。图1b)表明，当水灰比小于1.5时，水泥浆液的电阻率随着水灰比的增加呈非线性减小，当水灰比达到1.5时，电阻率降低到极小值。当水灰比大于1.5时，随着水灰比的增大，水泥浆液的电阻率略有增加。

表1 水泥浆液的水灰比

图1 水灰比与电阻率的关系

图2表明，水泥浆液的电阻率仅为纯水电阻率的8%～11%，说明水泥浆液的导电性能大大高于纯水的导电性能，说明利用水泥浆的电阻率指标，容易区分出纯水与水泥浆液，利用水泥浆液的电阻率特性，可为水泥浆液在地下的分布监测提供依据。

图2 水泥浆液导电与纯水导电能力的关系

3.2 电阻率随水泥浆液水灰比变化机理分析

理论上来讲，水泥浆液的导电能力应随着水泥浆液中导能离子浓度的增大而增加，即随着水灰比减小，浆液电离出的导能离子数增多，水泥浆液的导电能力会增大。即水灰比减小，导电能力增加。然而实验数据表明，水泥浆液的导电能力并非仅由水泥浆液中的离子来决定，水泥浆液中未溶解的固体颗粒物浓度对水泥浆液的导电能力也有一定的影响。

当水灰比大于1.5时，未溶解的固体颗粒物浓度较小时，不足以影响浆液中导电粒子的移动，浆液导电能力随水灰比减小，导电能力增强;当水灰比为1～1.5的时候，未溶解的固体颗粒物的浓度对浆液中导电粒子移动影响最小，浆液的电阻率达到极小值，此时导电性能最好;当水灰比小于1.5时，随着水灰比减小，增多的未溶解的固体颗粒物质浓度足以影响浆液中导电粒子的移动，因此，表现出随着水灰比减小，导电能力反而降低。

4 结语

1)当水灰比小于1.5时，水泥浆液的电阻率随着水灰比的增加呈非线性减小，当水灰比达到1.5时，电阻率降低到极小值。当水灰比大于1.5时，随着水灰比的增大，水泥浆液的电阻率略有增加。2)水泥浆液中未溶解的固体颗粒物浓度对水泥浆液的导电能力也有一定的影响。3)水泥浆液的电阻率仅为纯水电阻率的8%～11%，水泥浆液的导电性能大大高于纯水的导电性能，利用水泥浆液的电阻率特性，可为水泥浆液在地下的分布监测提供依据。

［1］ 郑玉辉.裂隙岩体注浆浆体与注浆控制方法的研究［D］.长春:吉林大学，2006.

［2］ 曾晓辉，隋同波，李宗津.水泥水化放热与电阻率变化［J］.硅酸盐学报，2009，37(4):601-604.

［3］ 隋同波，曾晓辉，谢友均，等.电阻率法研究水泥早期行为［J］.硅酸盐学报，2008，36(4):431-435.

［4］ 曾晓辉，隋同波，谢友均，等.电阻率法研究减水剂与水泥的作用［J］.硅酸盐学报，2008，36(10):1390-1395.

［5］ 魏小胜，肖莲珍，李宗津.采用电阻率法研究水泥水化过程［J］.硅酸盐学报，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］ 廖宜顺.快硬早强型水泥的水化特性与电阻率研究［D］.武汉:华中科技大学，2009.

［9］ 廖宜顺，魏小胜.早龄期水泥浆体的化学收缩与电阻率研究［J］.华中科技大学学报，2012，40(8):29-33.

［10］ 魏小胜，廖宜顺，李国卫.电阻率法在水泥基材料研究中的应用进展［J］.科技导报，2009，27(10):92-97.