CN101050091A - 锚固工程用改性硅酸盐水泥浆液及应用 - Google Patents

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殷琨
代璐
彭第
钱红萍
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Abstract

本发明公开了一种锚固工程用改性硅酸盐水泥浆液及应用，该水泥浆液具有下述重量份的组分：硅酸盐水泥100份、水40～70份、无机钠盐0.3～2.5份、三乙醇胺0.03～0.12份、抗裂剂0.01～0.25份、减水剂0～1.0份、速凝剂0～4.0份。根据需要还可以加入填料硅灰3～10份和/或砂子30～80份。本发明的改性硅酸盐水泥浆液用于锚固工程灌浆需要，形成锚固体。本发明的改性硅酸盐水泥浆液凝结时间较短、可泵期适宜，形成的锚固体早期强度较高、抗裂性能较好，其可泵期能够控制在10～100min，初凝时间1～10h，终凝时间≤12h。与改性前硅酸盐水泥浆液相比，大大缩短了锚杆张拉锁定作业的候凝时间，加快了锚固工程的施工速度。

Description

锚固工程用改性硅酸盐水泥浆液及应用
技术领域
本发明属于锚固工程领域，具体涉及一种锚固工程用改性硅酸盐水泥浆液及应用。
背景技术
锚固工程主要是指用锚杆对岩土体进行加固的工程。是在需加固的岩土体边坡上预钻一个孔(称之为锚孔)，将带有上浆器的拉杆放入锚孔中，通过注浆管往锚孔中的锚固段注入水泥浆液，水泥浆液凝固之后则成为水泥结石体，锚固工程中称之为锚固体。通过锁紧装置将拉杆、锚固体和工程构筑物连接起来，并施加预应力，以承担因土压力、水压力或其它作用力所施加给构筑物的荷载。实际上，锚杆是利用地层提供给锚杆的锚固力来维护工程建筑物的稳定，控制住基坑或边坡岩土体变形的一种支护技术。采用锚杆作为主要支护手段的岩土工程统称为锚固工程。
我国年均锚杆用量数千万根，单根锚杆承载力50～20000kN不等，锚杆主要应用领域有：①深基坑支护与边坡加固工程；②矿井巷道支护和稳定性控制工程；③水利水电坝基加固工程；④山体滑坡整治或地质灾害防治工程；⑤地下洞室加固工程等等。对于这些应用领域的岩土体锚固工程，为严格控制岩土体的变形，确保支护结构的安全性，一般都要对锚杆施加预应力，以使锚杆的极限承载力得到充分发挥与保障。
目前，锚固工程一般都采用普通硅酸盐水泥加水制得的浆液注入锚孔中的锚固段实施灌浆作业，此种浆液凝结时间过长，形成的锚固体早期强度低，注浆之后往往需要7天以上的养护时间，其水泥结石体的抗压强度才能达到15MPa以上，此时方能进行锚杆的张拉锁定作业，这势必会造成锚杆施加预应力时支护边坡的岩土体已了产生变形过大问题，不利于锚杆承载作用的有效发挥，并使锚固工程施工周期过长。此外，采用普通硅酸盐水泥浆液灌注形成的锚固体在拉杆长期受拉荷载作用下，其抗冲击韧性和抗裂能力将有所下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种凝结时间较短、可泵期适宜的锚固工程用改性硅酸盐水泥浆液及应用，用该水泥浆液灌浆形成的锚固体早期强度较高，抗裂性能较好。
实现本发明目的的技术方案是：一种锚固工程用改性硅酸盐水泥浆液，具有下述重量份的组分：硅酸盐水泥100份、水40～70份、无机钠盐0.3～2.5份、三乙醇胺0.03～0.20份、抗裂剂0.01～0.30份、减水剂0～1.0份、速凝剂0～4.0份。
本发明的水泥浆液还可以加入填料硅灰3～10份和/或砂子30～80份。
其中硅酸盐水泥为425号普通硅酸盐水泥、525号普通硅酸盐水泥、425号复合硅酸盐水泥或者525号复合硅酸盐水泥中的一种。
所述无机钠盐为氯化钠和/或硫酸钠，其与三乙醇胺形成复合早强剂，以提高水泥浆液的早期强度。
所述抗裂剂为玻璃纤维、聚丙烯纤维、尼龙、聚酯或者聚乙烯中的一种，抗裂剂(细丝长度为5～40mm)主要用于提高锚杆水泥结石体的抗压强度以及结石体的抗冲击韧性和抗裂能力。
硅灰又称凝聚硅或硅粉，其SiO2含量在90％以上，颗粒直径一般在100目左右，硅灰和砂子主要用于提高水泥浆液的抗压强度，改善水泥结石体的孔结构。
所述减水剂为萘磺酸盐类缩聚物、磺化三聚氰胺水溶性树脂、X404或者木质素磺酸钙中的一种，减水剂在水灰比(水和水泥的重量比)≤0.55时才需要加入，主要用于阻止水泥颗粒因聚结所形成的网状结构，改善水泥颗粒与水接触的水化条件，增加浆液的流动性。
所述速凝剂为水玻璃(波美度Be′＝37°，模数M＝2.8～3.0)、氯化锂或者碳酸锂中的一种，速凝剂主要使水泥迅速凝结硬化，缩短凝结时间。速凝剂加量过多不但使可泵期降低，还会使水泥结石体的后期强度增长过慢；为此，在浆液可泵期已经较低情况下，速凝剂可不用加入。
本发明的改性硅酸盐水泥浆液用于锚固工程灌浆需要，形成锚固体。
本发明具有的积极效果是：(1)本发明的水泥浆液灌浆形成的锚固体早期强度高，2d凝期抗压强度达到15～25MPa，3d凝期抗压强度达到20～35MPa，后期强度增长稳定。与改性前硅酸盐水泥浆液相比，其2～3d凝期的抗压强度提高了50％～200％，大大缩短了锚杆张拉锁定作业的候凝时间，使锚杆的预应力尽早发挥出来，从而加快了锚固工程施工速度，使支护边坡位移得到及时的控制。(2)往水泥浆液(或砂浆)中掺入少量的抗裂剂，对提高锚固体的抗压强度将产生积极作用，并能提高锚固体与锚孔孔壁的粘结抗剪强度，提高锚固体的抗冲击韧性和抗裂能力，与未加抗裂剂的同类浆材相比提高幅度达到了8～25％；同时，改善锚杆受力环境，增强锚固体极限承载力，从而降低其长期荷载作用下锚固体的徐变量和预应力损失。(3)本发明的水泥浆液，在实现锚固体早期强度大幅度提高的情况下，充分考虑了锚杆灌浆作业时所需要的最低可泵期要求，根据锚固工程需要，浆液可泵期能够控制在10～100min。
具体实施方式
(实施例1)
本实施例的改性硅酸盐水泥浆液由下列组分组成：425号普通硅酸盐水泥100kg、水55kg、氯化钠0.6kg、三乙醇胺0.05kg、玻璃纤维0.1kg、硅灰4kg。
将水、水泥与硅灰混合物、10％的氯化钠溶液、5％的三乙醇胺溶液、玻璃纤维按先后顺序倒入容器内进行搅拌至均匀即得，玻璃纤维也可边搅拌边加入。
制拌好的浆液应在可泵期内灌入锚孔的锚固段内形成锚固体。总用水量包括溶解氯化钠和三乙醇胺时所用的7kg水量。
本实施例的水泥浆液可泵期为35min，初凝时间为5:30，终凝时间为6:55，形成的锚固体2d(2天)凝期的抗压强度为16MPa，3d抗压强度为28MPa，7d抗压强度为36MPa，28d抗压强度为60MPa。
(实施例2)
本实施例的改性硅酸盐水泥浆液由下列组分组成：425号普通硅酸盐水泥100kg、水56kg、氯化钠0.6kg、三乙醇胺0.06kg、水玻璃1.0kg、玻璃纤维0.12kg。
将水、水泥、10％的氯化钠溶液、5％的三乙醇胺溶液、20％的水玻璃溶液、玻璃纤维按先后顺序倒入容器内进行搅拌至均匀即得，玻璃纤维也可边搅拌边加入。
制拌好的浆液应在可泵期内灌入锚孔的锚固段内形成锚固体。总用水量包括溶解氯化钠、三乙醇胺和水玻璃时所用的12.2kg水量，试验数据见表1。
(实施例3)
本实施例的改性硅酸盐水泥浆液由下列组分组成：425号普通硅酸盐水泥100kg、水50kg、氯化钠0.5kg、三乙醇胺0.05kg、聚丙烯纤维0.1kg、萘磺酸盐类缩聚物0.7kg、砂子50kg。
将水、水泥与砂子混合物、10％的萘磺酸盐类缩聚物溶液、10％的氯化钠溶液、5％的三乙醇胺溶液、聚丙烯纤维按先后顺序倒入容器内进行搅拌至均匀即得，聚丙烯纤维也可边搅拌边加入。
制拌好的浆液应在可泵期内灌入锚孔的锚固段内形成锚固体。总用水量包括溶解萘磺酸盐类缩聚物、氯化钠和三乙醇胺时所用的13kg水量。试验数据见表1。
(实施例4)
本实施例的改性硅酸盐水泥浆液由下列组分组成：425号普通硅酸盐水泥100kg、水58kg、氯化钠0.5kg、三乙醇胺0.05kg、玻璃纤维0.08kg、砂子50kg、硅灰5kg。
将水、水泥、硅灰与砂子混合物、10％的氯化钠溶液、5％的三乙醇胺溶液、玻璃纤维按先后顺序倒入容器内进行搅拌至均匀即得，玻璃纤维也可边搅拌边加入。
制拌好的浆液应在可泵期内灌入锚孔的锚固段内形成锚固体。总用水量包括溶解氯化钠、三乙醇胺时所用的6kg水量。试验数据见表1。
(实施例5)
本实施例的改性硅酸盐水泥浆液由下列组分组成：425号复合硅酸盐水泥100kg、水56kg、氯化钠1.0kg、三乙醇胺0.15kg、水玻璃3kg、聚乙烯0.05kg、。
将水、水泥、10％的氯化钠溶液、5％的三乙醇胺溶液、20％的水玻璃溶液、聚乙烯按先后顺序倒入容器内进行搅拌至均匀即得，聚乙烯也可边搅拌边加入。
制拌好的浆液应在可泵期内灌入锚孔的锚固段内形成锚固体。总用水量包括溶解氯化钠、三乙醇胺和水玻璃时所用的28kg水量。试验数据见表1。
(实施例6)
本实施例的改性硅酸盐水泥浆液由下列组分组成：525号普通硅酸盐水泥100kg、水55kg、氯化钠0.4kg、三乙醇胺0.05kg、木质素磺酸钙0.3kg、氯化锂0.03kg、玻璃纤维0.05kg。
将水、水泥、10％的木质素磺酸钙溶液、10％的氯化钠溶液、5％的三乙醇胺溶液、5％的氯化锂溶液、玻璃纤维按先后顺序倒入容器内进行搅拌至均匀即得，玻璃纤维也可边搅拌边加入。
制拌好的浆液应在可泵期内灌入锚孔的锚固段内形成锚固体。总用水量包括溶解氯化钠、三乙醇胺、木质素磺酸钙和氯化锂时所用的8.6kg水量。试验数据见表1。
(实施例7)
本实施例的改性硅酸盐水泥浆液由下列组分组成：425号普通硅酸盐水泥100kg、水55kg、氯化钠0.6kg、三乙醇胺0.05kg、玻璃纤维0.1kg。
将水、水泥、10％的氯化钠溶液、5％的三乙醇胺溶液、玻璃纤维按先后顺序倒入容器内进行搅拌至均匀即得，玻璃纤维也可边搅拌边加入。
制拌好的浆液应在可泵期内灌入锚孔的锚固段内形成锚固体。总用水量包括溶解氯化钠和三乙醇胺时所用的7kg水量。试验数据见表1。
(实施例8)
本实施例的改性硅酸盐水泥浆液由下列组分组成：425号普通硅酸盐水泥100kg、水52kg、硫酸钠1.2kg、三乙醇胺0.07kg、聚丙烯纤维0.15kg、萘磺酸盐类缩聚物0.4kg。
将水、水泥、10％的奈磺酸盐类缩聚物溶液、10％的硫酸钠溶液、5％的三乙醇胺溶液、聚丙烯纤维按先后顺序倒入容器内进行搅拌至均匀即得，聚丙烯纤维也可边搅拌边加入。
制拌好的浆液应在可泵期内灌入锚孔的锚固段内形成锚固体。总用水量包括溶解磺酸盐类缩聚物、硫酸钠和三乙醇胺时所用的17.4kg水量。试验数据见表1。
(实施例9)
本实施例的改性硅酸盐水泥浆液由下列组分组成：425号普通硅酸盐水泥100kg、水56kg、硫酸钠1.5kg、三乙醇胺0.07kg、玻璃纤维0.08kg、水玻璃1.4kg。
将水、水泥、10％的硫酸钠溶液、5％的三乙醇胺溶液、20％的水玻璃溶液、玻璃纤维按先后顺序倒入容器内进行搅拌至均匀即得，玻璃纤维也可边搅拌边加入。
制拌好的浆液应在可泵期内灌入锚孔的锚固段内形成锚固体。总用水量包括溶解硫酸钠、三乙醇胺和水玻璃时所用的23.4kg水量。试验数据见表1。
(实施例10)
本实施例的改性硅酸盐水泥浆液由下列组分组成：425号普通硅酸盐水泥100kg、水56kg、硫酸钠1.5kg、三乙醇胺0.07kg、聚丙烯纤维0.1kg、硅灰5kg。
将水、水泥和硅灰混合物、10％的硫酸钠溶液、5％的三乙醇胺溶液、聚丙烯纤维按先后顺序倒入容器内进行搅拌至均匀即得，聚丙烯纤维也可边搅拌边加入。
制拌好的浆液应在可泵期内灌入锚孔的锚固段内形成锚固体。总用水量包括溶解硫酸钠、三乙醇胺时所用的16.4kg水量。试验数据见表1。
(实施例11)
本实施例的改性硅酸盐水泥浆液由下列组分组成：425号普通硅酸盐水泥100kg、水58kg、硫酸钠1.2kg、三乙醇胺0.07kg、玻璃纤维0.1kg、硅灰5kg、砂子50kg。
将水、水泥、硅灰和砂子混合物、10％的硫酸钠溶液、5％的三乙醇胺溶液、玻璃纤维按先后顺序倒入容器内进行搅拌至均匀即得，玻璃纤维也可边搅拌边加入。
制拌好的浆液应在可泵期内灌入锚孔的锚固段内形成锚固体。总用水量包括溶解硫酸钠、三乙醇胺时所用的13.4kg水量。试验数据见表1。
(实施例12)
本实施例的改性硅酸盐水泥浆液由下列组分组成：425号普通硅酸盐水泥100kg、水58kg、硫酸钠1.2kg、氯化钠0.3kg、三乙醇胺0.08kg、玻璃纤维0.08kg、砂子50kg。
将水、水泥和砂子混合物、10％的硫酸钠溶液、10％的氯化钠溶液、5％的三乙醇胺溶液、玻璃纤维按先后顺序倒入容器内进行搅拌至均匀即得，玻璃纤维也可边搅拌边加入。
制拌好的浆液应在可泵期内灌入锚孔的锚固段内形成锚固体。总用水量包括溶解硫酸钠、氯化钠和三乙醇胺时所用的16.6kg水量。试验数据见表1。
(对比例1)
本对比例的硅酸盐水泥浆液由下列组分组成：425号普通硅酸盐水泥100kg、水55kg。试验数据见表1。
(对比例2)
本对比例的硅酸盐水泥浆液由下列组分组成：425号复合硅酸盐水泥100kg、水60kg。试验数据见表1。
(对比例3)
本对比例的硅酸盐水泥浆液由下列组分组成：425号普通硅酸盐水泥100kg、水55kg、氯化钠1.0kg、三乙醇胺0.1kg、水玻璃3kg。
将水、水泥、10％的氯化钠溶液、5％的三乙醇胺溶液、5％的水玻璃溶液按先后顺序倒入容器内进行搅拌至均匀即得。
制拌好的浆液应在可泵期内灌入锚孔的锚固段内形成锚固体。总用水量包括溶解氯化钠、三乙醇胺和水玻璃时所用的27kg水量。试验数据见表1。
(对比例4)
本对比例的硅酸盐水泥浆液由下列组分组成：425号普通硅酸盐水泥100kg、水50kg、硫酸钠1.3kg、三乙醇胺0.07kg、木质素磺酸钙0.5kg。
将水、水泥、10％的木质素磺酸钙溶液、10％的硫酸钠溶液、5％的三乙醇胺溶液按先后顺序倒入容器内进行搅拌至均匀即得。
制拌好的浆液应在可泵期内灌入锚孔的锚固段内形成锚固体。总用水量包括溶解硫酸钠、三乙醇胺和木质素磺酸钙时所用的19.4kg水量。试验数据见表1。
(对比例5)
本对比例的硅酸盐水泥浆液由下列组分组成：425号普通硅酸盐水泥100kg、水58kg、硫酸钠1.5kg、三乙醇胺0.07kg、砂子50kg。
将水、水泥和砂子的混合物、10％的硫酸钠溶液、5％的三乙醇胺溶液按先后顺序倒入容器内进行搅拌至均匀即得。
制拌好的浆液应在可泵期内灌入锚孔的锚固段内形成锚固体。总用水量包括溶解硫酸钠和三乙醇胺时所用的16.4kg水量。试验数据见表1。
                                                  表1
  水灰比(m/m)   可泵期(min)   初凝时间(h:min)   终凝时间(h:min)   抗压强度(MPa)
  2d   3d   7d   28d
  实施例1   0.55   35   4:30   5:55   16   28   36   60
  实施例2   0.56   32   4:25   5:45   20   23   32   53
  实施例3   0.50   45   4:25   5:30   23   32   42   64
  实施例4   0.58   23   4:30   5:45   19   27   36   62
  实施例5   0.56   53   2:38   3:42   17   22   27   50
  实施例6   0.55   25   1:15   1:40   18   29   42   68
  实施例7   0.55   52   4:36   5:40   16   23   29   56
  实施例8   0.52   52   4:25   5:05   24   28   35   60
实施例9 0.56 26 4:20 5:15 16 21 29 53
  实施例10   0.56   40   4:45   5:35   20   29   33   59
  实施例11   0.58   28   5:30   6:35   17   22   29   60
  实施例12   0.58   40   5:55   6:40   15   21   30   59
  对比例1   0.55   80   7:10   9:20   7   9   15   42
  对比例2   0.60   170   7:30   9:45   5   8   13   37
  对比例3   0.55   60   4:40   5:45   13   17   26   50
  对比例4   0.50   50   6:10   8:05   13   16   21   51
  对比例5   0.58   46   6:15   8:20   11   15   23   48
从表1可知，使用本发明的改性硅酸盐水泥浆液形成的锚固体2d凝期抗压强度达到15～25MPa，3d凝期抗压强度达到20～35MPa，比普通的水泥浆液(对比例1和对比例2)平均提高了100～200％，比没有加抗裂剂的改性硅酸盐水泥浆液(对比例3、对比例4和对比例5)平均提高了50％～100％；改性后的硅酸盐水泥浆液可泵期能够满足锚固工程灌浆作业的需要。

Claims (8)

1、一种锚固工程用改性硅酸盐水泥浆液，其特征在于具有下述重量份的组分：硅酸盐水泥100份、水40～70份、无机钠盐0.3～2.5份、三乙醇胺0.03～0.20份、抗裂剂0.01～0.30份、减水剂0～1.0份、速凝剂0～4.0份，本浆液由各组分混合均匀得到。
2、根据权利要求1所述的锚固工程用改性硅酸盐水泥浆液，其特征在于：还具有下述重量份的组分：硅灰3～10份和/或砂子30～80份。
3、根据权利要求1所述的锚固工程用改性硅酸盐水泥浆液，其特征在于：所述硅酸盐水泥为425号普通硅酸盐水泥、525号普通硅酸盐水泥、425号复合硅酸盐水泥或者525号复合硅酸盐水泥中的一种。
4、根据权利要求1所述的锚固工程用改性硅酸盐水泥浆液，其特征在于：所述无机钠盐为氯化钠和/或硫酸钠。
5、根据权利要求1所述的锚固工程用改性硅酸盐水泥浆液，其特征在于：所述抗裂剂为玻璃纤维、聚丙烯纤维、尼龙、聚酯或者聚乙烯中的一种。
6、根据权利要求1所述的锚固工程用改性硅酸盐水泥浆液，其特征在于：所述减水剂为萘磺酸盐类缩聚物、磺化三聚氰胺水溶性树脂、X404或者木质素磺酸钙中的一种。
7、根据权利要求1所述的锚固工程用改性硅酸盐水泥浆液，其特征在于：所述速凝剂为水玻璃、氯化锂或者碳酸锂中的一种。
8、由权利要求1至7之一所述的改性硅酸盐水泥浆液用于锚固工程灌浆需要，形成锚固体。
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