CN102757213B - 用于粉细砂路堤加宽的边坡注浆浆液的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于粉细砂路堤加宽的边坡注浆浆液，它由下述质量份数配比的原料制成：水玻璃3～15份、醋酸2～10份、氯化钙1～5份、磷酸氢二钠0.2～3份、三氯化铁0.1～5份和氯化铝0.1～5份，磷酸或硫酸0.1～3份。本发明的有益效果如下：（1）本发明的浆液渗透性能好，注浆后扩散半径大，注浆加固体强度高、均匀性好，浆液在空气中和砂层中的胶凝时间长；（2）由于采用的原材料除去醋酸为有机物外，其余材料皆为无机物，均不属于危险品管制的范围。在使用过程中，不会对周边环境造成污染。浆液在固化反应后的副产物对环境也没有污染，环保、无公害；（3）原材料价格低廉，来源广泛。

Description

用于粉细砂路堤加宽的边坡注浆浆液的制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于粉细砂路堤加宽的边坡注浆浆液得制备方法，适用于粉细砂路堤加宽技术领域。

背景技术

随着社会经济的发展和公路交通流量的日益增加，公路加宽扩建已经成为现代交通发展的重要方向之一。在公路扩建中经常会遇到两侧粘性土包边的粉细砂路基加宽，为了保证加宽后路基路面具有良好的工程特性，一般采用清除老路边坡粘性土后再开挖台阶的方法使新老路基有效衔接。但由于粉细砂的黏聚力很小，开挖后的台阶不能自立，易坍塌，因此大多采用开挖小台阶开挖坡表喷水泥砂浆法、桩体支护大台阶开挖法或边坡注浆大台阶开挖法。小台阶开挖法施工复杂、进度慢，不利于施工工期与进度的控制；桩体支护大台阶开挖法经济性较差。

对于边坡注浆大台阶开挖法，目前国内外采用的注浆浆液种类很多，包括水泥浆液、水玻璃浆液以及树脂类浆液等，每种类型的浆液都有一定的使用范围。

其中应用最为广泛的是水泥浆液，但是水泥浆液在粉细砂层中的渗透性差，由于压实后的粉细砂孔隙率较低, 传统水泥浆液粘度较高，注浆过程中水泥浆液的流动阻力大，均匀性差，注浆半径小，很难满足边坡加固要求；因此需要采用粒径很小的超细水泥，这样一来成本将大幅度上升。

水玻璃浆液根据固化剂的类型分为碱性浆液和酸性浆液。碱性浆液以水玻璃-氯化钙浆液为代表，由于浆液的扩散半径小，使用的局限性比较大，目前应用很少。酸性水玻璃浆液在一定程度上提高了浆液的扩散能力，但存在注浆加固体强度较低的问题；另外，由于硫酸的强腐蚀性，易对周边环境造成污染危害，属于危险品，目前只在隧道的初期支护中应用。

树脂类浆液采用各种类型的树脂，包括环氧树脂和聚酰胺类树脂。加固的强度比较高，但是原材料造价也高，实际使用中对环境有不良影响，只在一些特殊的地方应用。

基于目前各类注浆浆液在实际应用中的局限性，迫切需要一种渗透性能好，注浆后扩散半径大，注浆加固体强度高、均匀性好的边坡注浆浆液。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于粉细砂路堤加宽的边坡注浆浆液的制备方法，制成的浆液在注浆后扩散半径大，注浆加固体强度高、均匀性好，浆液在空气中和砂层中的胶凝时间长。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种用于粉细砂路堤加宽的边坡注浆浆液，它由下述质量份数配比的原料制成：水玻璃3～15份、醋酸2～10份、氯化钙1～5份、磷酸氢二钠0.2～3份、三氯化铁0.1～5份和氯化铝0.1～5份，磷酸或硫酸0.1～3份。

上述用于粉细砂路堤加宽的边坡注浆浆液的制备方法如下：将上述各原料均制成溶液；在水玻璃溶液中按配比加入磷酸氢二钠溶液，充分搅拌后再不断加入到醋酸溶液中，调整加入比例，使得二者混合后的溶液为酸性，且pH值不大于5.2；再在上述配制好的溶液中加入稀磷酸或稀硫酸调整pH值为4.3～5.0，搅拌均匀；再加入三氯化铁溶液，搅拌均匀；再加入氯化钙溶液，搅拌均匀；最后加入氯化铝溶液，搅拌均匀，完成整个边坡注浆浆液的制备。

上述用于粉细砂路堤加宽的边坡注浆浆液的制备方法，具体步骤如下：

（1）将醋酸配制成质量百分数为5～25%的醋酸溶液；

（2）将模数为2.3～3.0的水玻璃配制成质量百分数为5～25%的水玻璃溶液，然后在上述配制好的水玻璃溶液中按配比加入质量百分数为1～10%的磷酸氢二钠溶液，充分搅拌备用；

（3）将步骤（2）制备好的溶液不断加入到步骤（1）制备好的醋酸溶液中，调整加入比例，使二者混合后的溶液为酸性，且pH值不大于5.2，搅拌均匀备用；

（4）测定步骤（3）制备好的溶液的pH值，然后加入稀磷酸作为调节液，直至溶液的pH值为4.3～5.0，搅拌均匀备用；

（5）在步骤（4）制备好的溶液中按配比缓慢加入质量百分数为10～20%的三氯化铁溶液，搅拌均匀备用；

（6）在步骤（5）制备好的溶液中按配比缓慢加入质量百分数为10%～20%的氯化钙溶液，搅拌均匀备用；

（7）在步骤（6）制备好的溶液中按配比缓慢加入质量百分数为3～10%氯化铝溶液，搅拌均匀；

（8）将步骤（7）制备好的溶液继续搅拌3～5分钟，完成整个边坡注浆浆液的制备。

本发明所述浆液为溶液和胶体溶液状态，粘度低，扩散性好，扩散半径为0.8～2.5m，能够使浆液在压力低的情况下均匀扩散。浆液中的氯化钙和硅酸钠在无机盐添加剂的作用下，经过化学反应产生粘结能力高的硅酸钙，形成硅酸钙胶凝材料后使粉细砂加固体的强度高达0.5～3.5MPa，且硅酸钙加固体的耐水性比较好。

本发明通过调节无机盐组分在浆液中的含量，使水玻璃与醋酸形成的硅酸溶胶的胶凝时间大幅度延长，在空气中的胶凝时间达到300～600min，在砂层中的胶凝时间达到40～120min。这是国内现有各种水玻璃浆液配方无法实现的。

由于醋酸属于弱酸，电离度和电离常数都比较低，醋酸水溶液中的HAc大部分以分子状态存在，只有部分发生电离。浆液在粉细砂内前行扩散过程中，当溶解碳酸盐消耗了H＋后，处于分子状态的HAc不断电离出H＋，可以使浆液扩散过程中前端溶液pH值不断发生小幅度变化，克服了硫酸-水玻璃体系浆液在细砂内前行的扩散过程中前端区域的H＋迅速大量消耗，而H＋无法得到补充，导致pH值升高，造成末端胶凝过快的缺陷。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明的水玻璃及硅酸盐复合凝胶体系浆液渗透性能好，注浆后扩散半径大，注浆加固体强度高、均匀性好，浆液在空气中和砂层中的胶凝时间长；

（2）由于本发明采用的原材料除去醋酸为有机物外，其余材料皆为无机物，均不属于危险品管制的范围。在使用过程中，不会对周边环境造成污染。浆液在固化反应后的副产物对环境也没有污染，具有环保、无公害的特点；

（3）本发明的原材料价格低廉，来源广泛，浆液造价仅为有机酯类固化剂浆液的30～50%。

具体实施方式

实施例1

本发明所述的用于粉细砂路堤加宽的边坡注浆浆液，由下述质量份数配比的原料制成：水玻璃3份、醋酸2份、氯化钙1份、磷酸氢二钠0.2份、三氯化铁0.1份和氯化铝0.1份，磷酸或硫酸0.1份。

上述用于粉细砂路堤加宽的边坡注浆浆液的制备方法，具体步骤如下：

（1）将醋酸配制成质量百分数为5～25%的醋酸溶液；

（2）将模数为2.3～3.0的水玻璃配制成质量百分数为5～25%的水玻璃溶液，然后在上述配制好的水玻璃溶液中按配比加入质量百分数为1～10%的磷酸氢二钠溶液，充分搅拌备用；

（3）将步骤（2）制备好的溶液不断加入到步骤（1）制备好的醋酸溶液中，调整加入比例，使二者混合后的溶液为酸性，且pH值不大于5.2，搅拌均匀备用；

（4）测定步骤（3）制备好的溶液的pH值，然后加入稀磷酸作为调节液，直至溶液的pH值为4.3～5.0，搅拌均匀备用；由于醋酸是弱酸，在溶液中的电离不稳定，因此需要加入强酸具体调节pH值。

（5）在步骤（4）制备好的溶液中按配比缓慢加入质量百分数为10～20%的三氯化铁溶液，搅拌均匀备用；

（6）在步骤（5）制备好的溶液中按配比缓慢加入质量百分数为10%～20%的氯化钙溶液，搅拌均匀备用；

（7）在步骤（6）制备好的溶液中按配比缓慢加入质量百分数为3～10%氯化铝溶液，搅拌均匀；

（8）将步骤（7）制备好的溶液继续搅拌3～5分钟，完成整个边坡注浆浆液的制备。

实施例2

本发明所述的用于粉细砂路堤加宽的边坡注浆浆液，由下述质量份数配比的原料制成：水玻璃9份、醋酸6份、氯化钙3份、磷酸氢二钠1.6份、三氯化铁2.5份和氯化铝2.5份，磷酸或硫酸1.5份。

制备方法同实施例1。

实施例3

本发明所述的用于粉细砂路堤加宽的边坡注浆浆液，由下述质量份数配比的原料制成：水玻璃15份、醋酸10份、氯化钙5份、磷酸氢二钠3份、三氯化铁5份和氯化铝5份，磷酸或硫酸3份。

制备方法同实施例1。

本发明所述浆液为溶液和胶体溶液状态，粘度低，扩散性好，扩散半径为0.8～2.5m，能够使浆液在压力低的情况下均匀扩散。浆液中的氯化钙和硅酸钠在无机盐添加剂的作用下，经过化学反应产生粘结能力高的硅酸钙，形成硅酸钙胶凝材料后使粉细砂加固体的强度高达0.5～3.5MPa，且硅酸钙加固体的耐水性比较好。

本发明通过调节无机盐组分在浆液中的含量，使水玻璃与醋酸形成的硅酸溶胶的胶凝时间大幅度延长，在空气中的胶凝时间达到300～600min，在砂层中的胶凝时间达到40～120min。这是国内现有各种水玻璃浆液配方无法实现的。

由于醋酸属于弱酸，电离度和电离常数都比较低，醋酸水溶液中的HAc大部分以分子状态存在，只有部分发生电离。浆液在粉细砂内前行扩散过程中，当溶解碳酸盐消耗了H＋后，处于分子状态的HAc不断电离出H＋，可以使浆液扩散过程中前端溶液pH值不断发生小幅度变化，克服了硫酸-水玻璃体系浆液在细砂内前行的扩散过程中前端区域的H＋迅速大量消耗，而H＋无法得到补充，导致pH值升高，造成末端胶凝过快的缺陷。

综上所述，本发明水玻璃及硅酸盐复合凝胶体系浆液渗透性能好，注浆后扩散半径大，注浆加固体强度高、均匀性好，浆液在空气中和砂层中的胶凝时间长。

Claims (2)

1.用于粉细砂路堤加宽的边坡注浆浆液的制备方法，其特征在于，所述用于粉细砂路堤加宽的边坡注浆浆液，由下述质量份数配比的原料制成：水玻璃3～15份、醋酸2～10份、氯化钙1～5份、磷酸氢二钠0.2～3份、三氯化铁0.1～5份和氯化铝0.1～5份，磷酸或硫酸0.1～3份；其方法步骤如下：将上述原料均制成溶液；在水玻璃溶液中按配比加入磷酸氢二钠溶液，充分搅拌后再不断加入到醋酸溶液中，调整加入比例，使得二者混合后的溶液为酸性，且pH值不大于5.2；再在上述配制好的溶液中加入稀磷酸或稀硫酸调整pH值为4.3～5.0，搅拌均匀；再加入三氯化铁溶液，搅拌均匀；再加入氯化钙溶液，搅拌均匀；最后加入氯化铝溶液，搅拌均匀，完成整个边坡注浆浆液的制备。

2.根据权利要求1所述的用于粉细砂路堤加宽的边坡注浆浆液的制备方法，其特征在于，其具体方法步骤如下：

（1）将醋酸配制成质量百分数为5～25%的醋酸溶液；

（2）将模数为2.3～3.0的水玻璃配制成质量百分数为5～25%的水玻璃溶液，然后在上述配置好的水玻璃溶液中按配比加入质量百分数为1～10%的磷酸氢二钠溶液，充分搅拌备用；

（3）将步骤（2）制备好的溶液不断加入到步骤（1）制备好的醋酸溶液中，调整加入比例，使二者混合后的溶液为酸性，且PH值不大于5.2，搅拌均匀备用；

（4）测定步骤（3）制备好的溶液的PH值，然后加入稀磷酸作为调节液，直至溶液的PH值为4.3～5.0，搅拌均匀备用；

（5）在步骤（4）制备好的溶液中按配比缓慢加入质量百分数为10～20%的三氯化铁溶液，搅拌均匀备用；

（6）在步骤（5）制备好的溶液中按配比缓慢加入质量百分数为10%～20%的氯化钙溶液，搅拌均匀备用；

（7）在步骤（6）制备好的溶液中按配比缓慢加入质量百分数为3～10%氯化铝溶液，搅拌均匀；

（8）将步骤（7）制备好的溶液继续搅拌3～5分钟，完成整个边坡注浆浆液的制备。