CN101597497A - 水玻璃-三醋酸甘油酯注浆材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种加固粉细砂用水玻璃类注浆材料，以水玻璃为主材，以固化剂、催化剂、表面活性剂为辅材，按以下重量份配比而成，水100份；水玻璃40～75份；固化剂三醋酸甘油酯3～15份；催化剂0.05～0.5份；表面活性剂0.5～2份。该注浆材料固砂强度可以达到1.2MPa，固化时间30min左右，解决了用水玻璃加固粉细砂强度低、渗透性不稳定、污染地下水的技术问题。在0.3～0.5MPa的注浆压力下对密实型粉细砂注浆渗透半径可达50cm，适合于地下工程施工时对粉细砂层进行预加固。

Description

水玻璃-三醋酸甘油酯注浆材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种建筑施工用的注浆材料及其制备方法。

背景技术

粉细砂的加固是地基开挖过程中遇到最为棘手的问题之一，由于粉细砂不易加固，施工时地基坍塌现象时常发生。目前用来加固粉细砂的注浆材料主要是超细水泥和酸性水玻璃。其中超细水泥等颗粒类注浆材料浆体的强度较高，但是存在渗透性不稳定等问题，只能解决松散型粉细砂的注浆问题。酸性水玻璃注浆材料由于渗透性好，已在粉细砂加固方面取得了广泛应用，但是其强度较低，一旦遇到拱顶承压较大的地层，极易产生塌方。为了提高水玻璃类注浆材料的强度，随之出现了乙二醛固化剂，但是乙二醛有一定的化学毒性，易对地下水造成污染，使其使用受到很大限制。因此，对粉细砂地层的注浆加固一直没有得到很好的解决，成为科研工作者研究的热点和难点。

发明内容

本发明提供一种加固粉细砂用水玻璃类注浆材料及其制备方法，要解决了用水玻璃作为注浆材料加固粉细砂强度低、渗透性不稳定、污染地下水的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

这种加固粉细砂用水玻璃类注浆材料，其特征在于：以水玻璃为主材，以固化剂、催化剂、表面活性剂为辅材，按以下重量份配比而成，

水                            100份；

水玻璃                        40～75份；

三醋酸甘油酯作为固化剂        3～15份；

催化剂                        0.05～0.5份；

表面活性剂                    0.5～2份。

上述催化剂为乙酸或稀硫酸。

上述表面活性剂可为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠或乙二醇。

上述水玻璃的模数为1.6～3.4。

上述水玻璃的模数最好为2.8。

一种加固粉细砂用水玻璃类注浆材料的制备方法，其特征在于：

首先在搅拌器A中加入40L～60L的水，然后在缓慢搅拌下依次加入50～60kg水玻璃、0.5～1kg表面活性剂，此混合物称为A组份；

在搅拌器B中加入余量的水，在缓慢搅拌下依次加入10kg三醋酸甘油酯、0.1kg催化剂，此混合物称为B组份；

以上两个组份搅拌达5min以上即可进行注浆，调节注浆泵使A、B组份的体积比为2～2.2∶1。

上述注浆的压力为0.3～0.6MPa。

本发明的有益效果如下：

1)、三醋酸甘油酯水玻璃化学灌浆材料浆液抗压强度大，无毒无污染，并具有良好的渗透性，对粉细砂注浆具有实用意义。三醋酸甘油酯为无毒无污染的高分子材料，其与水玻璃可以在常温下迅速发生反应，并形成一定强度的试块。该注浆材料固砂强度可以达到1.2MPa，固化时间30min左右，克服了酸性水玻璃强度较低的问题，并且无毒无污染。

2)、十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂可以显著提高注浆材料的渗透性，其最佳用量为0.6％。

3)、水玻璃的模数对注浆材料的强度有较大的影响，选用模数为2.4-3，可以达到较高的抗压强度。

本发明渗透能力较强，在0.3～0.5MPa的注浆压力下对密实型粉细砂注浆渗透半径可达50cm，适合于地下工程施工时对粉细砂层进行预加固，也可用于高密实度及高承压粉细砂层的加固。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是固化剂含量对固砂强度的影响的图表。

图2是固化剂含量对凝胶时间的影响的图表。

图3是水玻璃含量与固砂强度关系的曲线图。

图4是表面活性剂添加量与渗透系数关系的曲线图。

图5是水玻璃模数与抗压强度关系的曲线图。

具体实施方式

实施例1，这种加固粉细砂用水玻璃类注浆材料，以水玻璃为主材，以固化剂、催化剂、表面活性剂为辅材，按以下重量份配比而成，

水                                   100份；

水玻璃                            50份；

三醋酸甘油酯作为固化剂            10份；

催化剂                            0.1份；

表面活性剂                        1份。

上述催化剂为乙酸或稀硫酸，表面活性剂可为十二烷基苯磺酸钠，水玻璃的模数为1.6～3.4，最好为2.8。

实施例2，这种加固粉细砂用水玻璃类注浆材料，以水玻璃为主材，以固化剂、催化剂、表面活性剂为辅材，按以下重量份配比而成，

水                                100份；

水玻璃                            60份；

三醋酸甘油酯作为固化剂            5份；

催化剂                            0.2份；

表面活性剂                        1.5份。

实施例3，这种加固粉细砂用水玻璃类注浆材料，以水玻璃为主材，以固化剂、催化剂、表面活性剂为辅材，按以下重量份配比而成，

水                                100份；

水玻璃                            70份；

三醋酸甘油酯作为固化剂            12份；

催化剂                            0.3份；

表面活性剂                        0.7份。

实施例4，这种加固粉细砂用水玻璃类注浆材料，以水玻璃为主材，以固化剂、催化剂、表面活性剂为辅材，按以下重量份配比而成，

水                                100份；

水玻璃                            45份；

三醋酸甘油酯作为固化剂            12份；

催化剂                            0.4份；

表面活性剂                        1.2份。

制备方法实施例一，首先在搅拌器A中加入60L水，然后在缓慢搅拌下依次加入水玻璃60Kg、表面活性剂-十二烷基苯磺酸钠1Kg，此混合物称为A组份。在搅拌器B中加入50L水，在缓慢搅拌下依次加入固化剂-三醋酸甘油酯10Kg、催化剂-乙酸0.1Kg，此混合物称为B组份。以上两个组份搅拌达5min以上即可进行注浆，采用双液注浆泵进行注浆，调节注浆泵使得A、B组份的体积比为2∶1。

制备方法实施例二，首先在搅拌器A中加入40L水，在缓慢搅拌下依此加入水玻璃60Kg、表面活性剂-十二烷基苯磺酸钠0.5Kg。在搅拌器B中加入35L水，在缓慢搅拌下依次加入固化剂-三醋酸甘油酯15Kg、催化剂-稀硫酸0.1Kg。搅拌5min后进行注浆，A、B组份的体积比为2∶1。该配方的浆液强度达1.2MPa以上，可对高承压粉细砂层进行注浆加固，注浆压力0.4MPa。

制备方法实施例三，首先在搅拌器A中加入60L水，在缓慢搅拌下依此加入水玻璃50Kg、表面活性剂-十二烷基磺酸钠1Kg。在搅拌器B中加入40L水，在缓慢搅拌下依次加入固化剂三醋酸甘油酯10Kg、催化剂-乙酸0.1Kg。搅拌5min后进行注浆，A、B组份的体积比为2.2∶1。该配方的浆液的渗透性较高，可对高密实度的粉细砂层进行注浆加固，注浆压力0.5MPa。

参见图1-5，本发明针对固化剂含量对固砂强度的影响、固化剂含量对凝胶时间的影响、水玻璃含量与固砂强度关系、表面活性剂添加量与渗透系数关系、水玻璃模数与抗压强度关系分别做了大量试验。

试验原料：

水玻璃：工业级，模数1.6-3.2，比重0.79；

三醋酸甘油酯：分析纯，北京市化学试剂有限公司；

表面活性剂：十二烷基苯磺酸钠，十二烷基磺酸钠，乙二醇；

标准砂：北京地铁工地。

本发明的注浆材料按如下方法进行测试：

1)、抗压强度：执行GB/T 1767-1999，制作40mm×40mm×160mm试件，在恒温恒湿条件下养护后进行抗压强度试验。

2)、凝胶时间：采用倾斜法，将配置好的浆液在室温下置于烧杯中，用秒表测出倾倒时液面不发生移动的时间。

3)、渗透性：在渗透仪筒内先加入标准砂，再灌入配置好的水玻璃浆液，在常压下静置30min后，将筒中混合体推出，去掉干燥的标准砂，量取浆体渗入砂中的深度，以此评价浆体的渗透性能。

试验的结果及分析如下：

参见图1，为检测三醋酸甘油酯对抗压强度的影响。本发明采用40％的水玻璃溶液作为A液，分别加入占水玻璃质量5％、10％、15％的三醋酸甘油酯，配成浆液进行强度实验。成型24h后脱模，用WDT500型电子万能试验机测定其抗压强度。通过试验可知，三醋酸甘油酯的添加量越高，其抗压强度就越高。但当固化剂添加量为10％时再继续添加，其强度增长已经很不明显，因此，高分子固化剂的用量在10％左右为宜。

参见图2，随着固化剂含量的增加，初凝的时间不断降低。在固化剂含量为5％时，三醋酸甘油酯的初凝时间是32min，含量为10％的时候为18min，含量为20％时为13min，可见固化的时间还是可以满足施工的要求的。而且初凝时间较长说明其凝胶物质能够较为缓慢的释放，对形成均匀的凝胶结构较为有利。

参见图3，水玻璃作为浆液的主材，其用量对固砂强度的影响至关重要。随着水玻璃用量的增加抗压强度迅速上升。当水玻璃含量为注浆材料总重量的50％时，抗压强度为0.93MPa，而当水玻璃含量升至60％时，抗压强度为0.98MPa。

参见图4，为检测表面活性剂对渗透系数的影响，本发明采用TST70型渗透仪测定渗透系数，实验用砂为北京四号线西单隧道工程开挖出的标准砂。表面活性剂分别使用乙二醇、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠。三种表面活性剂中，十二烷基苯磺酸钠的效果最佳，而乙二醇最差。当采用十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂，添加量达到注浆材料总重量的0.6％时，浆液的渗透性达到最好。表面活性剂的量继续增加，则浆液的渗透性有所下降。

参见图5，本发明分别研究了模数为1.6～3.2的水玻璃对注浆材料强度的影响，采用质量浓度为50％的水玻璃和占水玻璃质量10％的三醋酸甘油酯反应，可知在水玻璃模数为2.8之前，浆液抗压强度一直处于上升状态，从0.7MPa上升至1.2MPa，而在2.8之后强度则出现明显下降。而模数为2.8的水玻璃黏度还是处于比较可以接受的范围，因此，可以选用模数为2.8的水玻璃作为粉细砂注浆材料的主剂。

水玻璃的模数是二氧化硅(SiO2)与氧化钠(Na₂O)的摩尔数比值，一般来讲水玻璃模数越高，则密度和黏度越大，硬化后的黏结力与强度就越高。但水玻璃的模数太高，则黏度太大不利于注浆渗透，同时模数太高，水玻璃难溶于水。

Claims (7)

1.一种加固粉细砂用水玻璃类注浆材料，其特征在于：以水玻璃为主材，以固化剂、催化剂、表面活性剂为辅材，按以下重量份配比而成，

水                        100份；

水玻璃                    40～75份；

三醋酸甘油酯作为固化剂    3～15份；

催化剂                    0.05～0.5份；

表面活性剂                0.5～2份。

2.根据权利要求1所述的加固粉细砂用水玻璃类注浆材料，其特征在于：上述催化剂为乙酸或稀硫酸。

3.根据权利要求1所述的加固粉细砂用水玻璃类注浆材料，其特征在于：上述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠或乙二醇。

4.根据权利要求1所述的加固粉细砂用水玻璃类注浆材料，其特征在于：上述水玻璃的模数为1.6～3.4。

5.根据权利要求4所述的加固粉细砂用水玻璃类注浆材料，其特征在于：上述水玻璃的模数为2.8。

6.一种应用权利要求1-5所述任意一项的加固粉细砂用水玻璃类注浆材料的制备方法，其特征在于：

首先在搅拌器A中加入40L～60L的水，然后在缓慢搅拌下依次加入50～60kg水玻璃、0.5～1kg表面活性剂，此混合物称为A组份；

在搅拌器B中加入余量的水，在缓慢搅拌下依次加入10kg三醋酸甘油酯、0.1kg催化剂，此混合物称为B组份；

以上两个组份搅拌达5min以上即可进行注浆，调节注浆泵使A、B组份的体积比为2～2.2∶1。

7.根据权利要求1所述的加固粉细砂用水玻璃类注浆材料的制备方法，其特征在于：上述注浆的压力为0.3～0.6MPa。

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