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硅溶胶在岩土工程中的应用
2023-03-29 10:21
在制造硅溶胶的过程中，一般使用碱溶液来使其保持稳定的液态。碱性溶液通过使纳米粒子离子化，来使二氧化硅颗粒互相排斥，从而使硅溶胶不发生凝胶。通过在硅溶胶中加入电解质，可以削弱二氧化硅颗粒之间的排斥力，促使其形成一个连贯的硅氧烷键(Si-O-Si)网络，从而使硅溶胶发生凝胶化，将液体转变成凝胶状固体。在凝胶化过程中，硅溶胶的黏度在一段时间里不会有太大增长，而在某一时刻后，其黏度会在极短的时间里迅速增长并产生胶结，凝胶为固体，如图所示。在结合其他化学材料的凝胶特征基础上，将硅溶胶的凝胶过程分为了3个阶段。在阶段1中，硅溶胶黏度与水相近，没有凝胶形成。在阶段2中，硅溶胶仍保持黏度相对较低的液态，但在某一时刻后，黏度会在短时间里迅速增长。整个胶体浆液会逐步变得粘稠而难以流动，直至变成无法流动的胶冻状，此时凝胶的具有一定的弹性和塑性。而当达到阶段3时，硅溶胶的凝胶会发展出一定的刚度，成为较坚硬的固体。
因此，工程研究中利用硅溶胶黏度延时增长的特性，将液态的硅溶胶利用灌浆法等方式注入到地基中，等待其凝胶后将松散的土颗粒通过胶结作用粘黏在一起，从而完成地基土体的加固。
硅溶胶的凝胶化是控制注浆加固效果的关键。一般可将硅溶胶的凝胶时间定义为从浆液混合到形成牢固凝胶之间的时间。硅溶胶的凝胶化依赖于颗粒间的相互作用，凝胶的形成时间主要受浆液中二氧化硅的含量、二氧化硅颗粒的大小、pH值、离子强度和溶液温度等因素的影响。
一般而言，浆液中二氧化硅的浓度越高，二氧化硅颗粒尺寸越大，加入的解质溶液的离子度越大，凝胶时间越短。
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