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硅溶膠在巖土工程中的應(yīng)用
2023-03-29 10:21
在制造硅溶膠的過程中，一般使用堿溶液來使其保持穩(wěn)定的液態(tài)。堿性溶液通過使納米粒子離子化，來使二氧化硅顆?；ハ嗯懦?，從而使硅溶膠不發(fā)生凝膠。通過在硅溶膠中加入電解質(zhì)，可以削弱二氧化硅顆粒之間的排斥力，促使其形成一個連貫的硅氧烷鍵(Si-O-Si)網(wǎng)絡(luò)，從而使硅溶膠發(fā)生凝膠化，將液體轉(zhuǎn)變成凝膠狀固體。在凝膠化過程中，硅溶膠的黏度在一段時間里不會有太大增長，而在某一時刻后，其黏度會在極短的時間里迅速增長并產(chǎn)生膠結(jié)，凝膠為固體，如圖所示。在結(jié)合其他化學(xué)材料的凝膠特征基礎(chǔ)上，將硅溶膠的凝膠過程分為了3個階段。在階段1中，硅溶膠黏度與水相近，沒有凝膠形成。在階段2中，硅溶膠仍保持黏度相對較低的液態(tài)，但在某一時刻后，黏度會在短時間里迅速增長。整個膠體漿液會逐步變得粘稠而難以流動，直至變成無法流動的膠凍狀，此時凝膠的具有一定的彈性和塑性。而當(dāng)達(dá)到階段3時，硅溶膠的凝膠會發(fā)展出一定的剛度，成為較堅(jiān)硬的固體。
因此，工程研究中利用硅溶膠黏度延時增長的特性，將液態(tài)的硅溶膠利用灌漿法等方式注入到地基中，等待其凝膠后將松散的土顆粒通過膠結(jié)作用粘黏在一起，從而完成地基土體的加固。
硅溶膠的凝膠化是控制注漿加固效果的關(guān)鍵。一般可將硅溶膠的凝膠時間定義為從漿液混合到形成牢固凝膠之間的時間。硅溶膠的凝膠化依賴于顆粒間的相互作用，凝膠的形成時間主要受漿液中二氧化硅的含量、二氧化硅顆粒的大小、pH值、離子強(qiáng)度和溶液溫度等因素的影響。
一般而言，漿液中二氧化硅的濃度越高，二氧化硅顆粒尺寸越大，加入的解質(zhì)溶液的離子度越大，凝膠時間越短。
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