CN104556946B - 制造环境友好的硅酸盐化学灌浆液和灌浆凝胶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了制造环境友好的硅酸盐化学灌浆液和灌浆凝胶的方法，所述硅酸盐化学灌浆液与水泥凝胶混合用于灌浆，以便(例如)在对地面钻孔之后形成防渗墙。所述方法包括：通过对偏硅酸钠(Na2SiO3)添加0.8～1个体积当量的水，制备二硅酸钠(Na2Si2O5)；通过用水稀释乙二醛型、乙酸酯型或酯型有机化合物，制备作为负催化剂的有机化合物；和通过将所述二硅酸钠与所述作为负催化剂的有机化合物以7～8:1的重量比混合，制备环境友好的硅酸盐化学灌浆液。

Description

制造环境友好的硅酸盐化学灌浆液和灌浆凝胶的方法
技术领域
本发明涉及制造环境友好的硅酸盐化学灌浆液和灌浆凝胶的方法，更具体而言，涉及制造用于灌浆以便(例如)在对地面钻孔之后形成防渗墙的环境友好的硅酸盐化学灌浆液和灌浆凝胶的方法。所述化学灌浆液和灌浆凝胶由于显著低的透水性和碱性释放而具有较低的环境污染风险，由于适当的胶凝时间而易于现场操作，并且由于优异的物理性质(如抗压强度)而适用于各种灌浆工作。
背景技术
一般而言，灌浆是指将填料注入地面上的裂纹、空隙等中以便在工程和建造工作中防止漏水和稳定土壤等的方法。
另外，灌浆用于修复建筑物的裂纹或者增强地基或机械基座的承载力。
灌浆取决于目的可分为截水灌浆、地面改善灌浆、充填灌浆和加固灌浆，并且取决于注入的位置可分为空隙灌浆、裂纹灌浆、裂缝灌浆等。
用于灌浆的注入材料称为灰浆或灌浆材料(在下文中，其将被称作“灰浆(grout)”)。灰浆通过重力或用泵填入裂缝或空隙中。
灰浆包括：利用水泥、水、粘土等的水泥型灰浆；由于化学无收缩和高强度而主要用于加固充填的铁型灰浆；主要用于截水和稳定土壤的沥青型灰浆；以及使用日益增多的化学灰浆。
在这些中，化学灰浆的问题在于：当灰浆随时间流逝而经受土壤中湿存水、毛细水以及结合水的淋溶时，注入的灰浆可能失去其固有功能并污染地下水。
为了避免此问题，化学改性的化学液体灰浆的使用日益增加。
化学液体灰浆可分为酸性硅溶胶化学液体灰浆和中性硅溶胶化学液体灰浆。
酸性硅溶胶化学液体灰浆具有稳定性和水污染问题，因为其是由硅酸钠和诸如硫酸、盐酸、硝酸等强酸制备的。
通过用特定酸性材料预处理硅酸钠，然后在用离子交换树脂、薄膜等去除副产物后进行浓缩，从而制备中性硅溶胶化学液体灰浆。
中性硅溶胶化学液体灰浆的问题在于：原位制备是复杂且不经济的。
当用化学液体灰浆进行灌浆时，化学液体与水泥水溶液(在下文中为“水泥溶胶”)混合。
作为利用化学液体和水泥溶胶的混合物的灌浆方法，存在Labiles Wasser玻璃(LW)法，此方法利用稀释的低浓度硅酸钠和水泥溶胶的混合物。
LW法基于硅酸钠中硅酸盐和水泥中Ca离子之间的反应，由于反应慢且质量低而在应用上受到限制。
为了弥补此问题，SGR法用碳酸氢钠(NaHCO3)作为快凝添加剂以减小胶凝时间(溶胶变为凝胶状态所需的时间)。
然而，SGR法的缺点在于其对于反应温度非常敏感。
另外，由于高碱性释放，LW法和SGR法均具有低耐久性和地下水污染的问题。
此外，现存的化学灌浆液和灌浆凝胶的问题在于：由于过长或过短的胶凝时间而不方便且不适合于各种灌浆工作。
发明内容
鉴于前述的问题，本发明的目的是提供：制造胶凝时间适合于现场灌浆的化学灌浆液和灌浆凝胶的方法。
本发明的另一个目的是提供：制造环境友好的化学灌浆液和灌浆凝胶的方法，所述化学灌浆液和灌浆凝胶由于显著低的透水性和碱性释放而容易应用于含地下水的地面，并且具有较低的污染地下水的风险。
本发明的又一个目的是提供：制造由于高抗压强度而可提高灌浆工作质量的化学灌浆液和灌浆凝胶的方法。
本发明的再一个目的是提供制造化学灌浆液和灌浆凝胶的方法，所述化学灌浆液和灌浆凝胶适用于各种灌浆工作，包括截水灌浆、地面改善灌浆、充填灌浆、加固灌浆等。
在一般方面中，本发明提供了制造环境友好的硅酸盐化学灌浆液的方法，所述化学灌浆液与水泥凝胶混合用于灌浆，以便(例如)在对地面钻孔之后形成防渗墙，所述方法包括：通过对偏硅酸钠(Na2SiO3)添加0.8～1体积当量的水，制备二硅酸钠(Na2Si2O5)；通过用水稀释乙二醛型、乙酸酯型或酯型有机化合物，制备作为负催化剂的有机化合物；和通过将所述二硅酸钠与所述作为负催化剂的有机化合物以7～8:1的重量比混合，制备环境友好的硅酸盐化学灌浆液。
在示例性实施方式中，通过用水稀释乙二醛型有机化合物，制备所述作为负催化剂的有机化合物，并且所述乙二醛型有机化合物与水的体积比为1:8～9。
在另一个示例性实施方式中，通过用水稀释乙二醇二乙酸酯，制备所述作为负催化剂的有机化合物，并且所述乙二醇二乙酸酯与水的体积比为1:7～8。
在另一个示例性实施方式中，通过用水稀释乙酸酯，制备所述作为负催化剂的有机化合物，并且所述乙酸酯与水的体积比为1:6～8。
在另一个一般方面中，本发明提供了制造环境友好的硅酸盐灌浆凝胶的方法，所述方法包括将通过上述方法制备的环境友好的硅酸盐化学灌浆液与相同重量的水泥溶胶混合。
在示例性实施方式中，通过将水泥与相同重量的水混合，制备所述水泥溶胶。
根据本发明，可提供胶凝时间足够用于现场灌浆的化学灌浆液和灌浆凝胶。
另外，可提供环境友好的化学灌浆液和灌浆凝胶，其由于显著低的透水性和碱性释放而容易应用于含地下水的地面，并且具有较低的污染地下水的风险。
此外，可提供由于优异的机械性质(如抗压强度)而能够提高灌浆质量的化学灌浆液和灌浆凝胶。
另外，可提供适用于包括截水灌浆、地面改善灌浆、充填灌浆、加固灌浆等各种灌浆工作的化学灌浆液和灌浆凝胶。
附图说明
图1是图示本发明制造环境友好的硅酸盐化学灌浆液和灌浆凝胶的工艺的流程图。
具体实施方式
现将参照附图描述本发明的优选实施方式。
<实施例1>
在根据本发明的实施例1中，由偏硅酸钠制备二硅酸钠，并且由乙二醛型有机化合物制备作为负催化剂的有机化合物。之后，通过将二硅酸钠与作为负催化剂的有机化合物混合而制备环境友好的硅酸盐化学灌浆液，并且通过将化学灌浆液与水泥溶胶混合制备灌浆凝胶。
制造环境友好的硅酸盐化学灌浆液的方法如下。首先，通过对偏硅酸钠(Na2SiO3)添加0.8～1体积当量的水制备二硅酸钠(Na2Si2O5)。化学反应式如下。
2Na2SiO3+H2O→Na2Si2O5+2NaOH
然后，制备在灌浆期间作为负催化剂以维持足够的胶凝时间的有机化合物。
所述作为负催化剂的有机化合物通过用水稀释乙二醛型有机化合物制备，并且所述乙二醛型有机化合物与水的体积比为1:8～9。
然后，通过将二硅酸钠与作为所述负催化剂的有机化合物以7～8:1的重量比混合，制备环境友好的硅酸盐化学灌浆液。
最后，通过将所述化学灌浆液与相同重量的水泥溶胶混合制备灌浆凝胶，所述水泥溶胶通过将水泥与相同重量的水混合制备。
将根据此方法制备的灌浆凝胶与下面描述的比较例1-1至1-3中制备的灌浆凝胶进行比较。
(比较例1-1)
在比较例1-1中，通过对偏硅酸钠(Na2SiO3)添加0.8～1体积当量的水制备二硅酸钠(Na2Si2O5)。
然后，通过将二硅酸钠与相同重量的水泥溶胶混合制备灌浆凝胶，所述水泥溶胶通过将水泥与相同重量的水混合制备。
(比较例1-2)
在比较例1-2中，通过对偏硅酸钠(Na2SiO3)添加0.8～1体积当量的水制备二硅酸钠(Na2Si2O5)。
然后，通过将乙二醛型有机化合物用水以1:8-9的体积比稀释，制备作为负催化剂的有机化合物。
然后，通过将二硅酸钠与作为负催化剂的有机化合物以7～8:1的重量比混合制备化学灌浆液。
然后，通过将二硅酸钠与水泥溶胶混合制备灌浆凝胶，所述水泥溶胶通过将水、作为快凝剂的碳酸氢钠(NaHCO3)与水泥以4:2:1的重量比混合制备。
(比较例1-3)
在比较例1-3中，通过对偏硅酸钠(Na2SiO3)添加0.8～1体积当量的水制备二硅酸钠(Na2Si2O5)。
然后，通过将二硅酸钠与水泥溶胶混合制备灌浆凝胶，所述水泥溶胶通过将水、作为快凝剂的碳酸氢钠(NaHCO3)与水泥以4:2:1的重量比混合制备。
实施例1、比较例1-1、比较例1-2和比较例1-3中制备的灌浆凝胶的胶凝时间的测量结果在表1中示出。
表1.实施例1和比较例1-1至1-3中制备的灌浆凝胶的胶凝时间
实施例1 比较例1-1 比较例1-2 比较例1-3 备注
胶凝时间(秒) 55 90 20 30
实施例1中制备的灌浆凝胶的胶凝时间为55秒，其足够用于现场灌浆工作。
<实施例2>
在根据本发明的实施例2中，通过用水稀释乙二醇二乙酸酯制备作为负催化剂的有机化合物，并且乙二醇二乙酸酯与水的体积比为1:7～8。
其它程序与实施例1中所述的相同。
将根据此方法制备的灌浆凝胶与下面描述的比较例2-1至2-3中制备的灌浆凝胶进行比较。
(比较例2-1)
在比较例2-1中，通过对偏硅酸钠(Na2SiO3)添加0.8～1体积当量的水制备二硅酸钠(Na2Si2O5)。
然后，通过将二硅酸钠与相同重量的水泥溶胶混合制备灌浆凝胶，所述水泥溶胶通过将水泥与相同重量的水混合制备。
(比较例2-2)
在比较例2-2中，通过对偏硅酸钠(Na2SiO3)添加0.8～1体积当量的水制备二硅酸钠(Na2Si2O5)。
然后，通过将乙二醇二乙酸酯用水以1:7～8的体积比稀释，制备作为负催化剂的有机化合物。
然后，通过将二硅酸钠与作为负催化剂的有机化合物以7～8:1的重量比混合制备化学灌浆液。
然后，通过将二硅酸钠与水泥溶胶混合制备灌浆凝胶，所述水泥溶胶通过将水、作为快凝剂的碳酸氢钠(NaHCO3)与水泥以4:2:1的重量比混合制备。
(比较例2-3)
在比较例2-3中，通过对偏硅酸钠(Na2SiO3)添加0.8～1体积当量的水制备二硅酸钠(Na2Si2O5)。
然后，通过将二硅酸钠与水泥溶胶混合制备灌浆凝胶，所述水泥溶胶通过将水、作为快凝剂的碳酸氢钠(NaHCO3)与水泥以4:2:1的重量比混合制备。
实施例2、比较例2-1、比较例2-2和比较例2-3中制备的灌浆凝胶的胶凝时间的测量结果在表2中示出。
表2.实施例2和比较例2-1至2-3中制备的灌浆凝胶的胶凝时间
实施例2 比较例2-1 比较例2-2 比较例2-3 备注
胶凝时间(秒) 60 100 15 20
实施例2中制备的灌浆凝胶的胶凝时间为60秒，其足够用于现场灌浆工作。
<实施例3>
在根据本发明的实施例3中，通过用水稀释乙酸酯制备作为负催化剂的有机化合物，并且乙酸酯与水的体积比为1:6～8。
其它程序与实施例1中所述的相同。
将根据此方法制备的灌浆凝胶与下面描述的比较例3-1至3-3中制备的灌浆凝胶进行比较。
(比较例3-1)
在比较例3-1中，通过对偏硅酸钠(Na2SiO3)添加0.8～1体积当量的水制备二硅酸钠(Na2Si2O5)。
然后，通过将二硅酸钠与相同重量的水泥溶胶混合制备灌浆凝胶，所述水泥溶胶通过将水泥与相同重量的水混合制备。
(比较例3-2)
在比较例3-2中，通过对偏硅酸钠(Na2SiO3)添加0.8～1体积当量的水制备二硅酸钠(Na2Si2O5)。
然后，通过将乙酸酯用水以1:6～8的体积比稀释制备作为负催化剂的有机化合物。
然后，通过将二硅酸钠与作为负催化剂的有机化合物以7～8:1的重量比混合制备化学灌浆液。
然后，通过将二硅酸钠与水泥溶胶混合制备灌浆凝胶，所述水泥溶胶通过将水、作为快凝剂的碳酸氢钠(NaHCO3)与水泥以4:2:1的重量比混合制备。
(比较例3-3)
在比较例3-3中，通过对偏硅酸钠(Na2SiO3)添加0.8～1体积当量的水制备二硅酸钠(Na2Si2O5)。
然后，通过将二硅酸钠与水泥溶胶混合制备灌浆凝胶，所述水泥溶胶通过将水、作为快凝剂的碳酸氢钠(NaHCO3)与水泥以4:2:1的重量比混合制备。
实施例3、比较例3-1、比较例3-2和比较例3-3中制备的灌浆凝胶的胶凝时间的测量结果在表3中示出。
表3.实施例3和比较例3-1至3-3中制备的灌浆凝胶的胶凝时间
实施例3 比较例3-1 比较例3-2 比较例3-3 备注
胶凝时间(秒) 55 90 20 25
实施例3中制备的灌浆凝胶的胶凝时间为55秒，其足够用于现场灌浆工作。
在本发明中，由偏硅酸钠制备二硅酸钠，并且由乙二醛型、乙酸酯型或酯型有机化合物制备作为负催化剂的有机化合物。然后，通过将二硅酸钠与作为负催化剂的有机化合物混合制备化学灌浆液，并且通过将所述化学灌浆液与水泥溶胶混合制备灌浆凝胶。
由此，可制备胶凝时间足够用于现场灌浆的化学灌浆液和灌浆凝胶。
根据本发明制备的灌浆凝胶由于显著低的透水性和碱性释放而容易应用于含地下水的地面，并且具有较低的污染地下水的风险。
另外，通过优异的机械性质，如抗压强度等，其可提高灌浆的质量，并且可有效用于各种灌浆工作，包括截水灌浆、地面改善灌浆、充填灌浆、加固灌浆等。
虽然显示和描述了示例性实施方式，但本发明的范围并非限于这些示例性实施方式。本领域普通技术人员将理解在不背离本发明范围的情况下可进行各种变化和修改。

Claims (1)

1.一种制造环境友好的硅酸盐灌浆凝胶的方法，所述方法包括：将环境友好的硅酸盐化学灌浆液与相同重量的水泥溶胶混合，所形成的硅酸盐灌浆凝胶用于灌浆，以便在对地面钻孔之后形成防渗墙，其中，
所述水泥溶胶通过将水泥与相同重量的水混合而制备，
所述环境友好的硅酸盐化学灌浆液通过包括以下步骤的方法制造：
通过对偏硅酸钠(Na2SiO3)添加0.8～1个体积当量的水，制备二硅酸钠(Na2Si2O5)；
通过用水稀释乙二醛型有机化合物，制备作为负催化剂的有机化合物，并且所述乙二醛型有机化合物与水的体积比为1:8～9；或通过用水稀释乙二醇二乙酸酯，制备作为负催化剂的有机化合物，并且所述乙二醇二乙酸酯与水的体积比为1:7～8；或通过用水稀释乙酸酯，制备作为负催化剂的有机化合物，并且所述乙酸酯与水的体积比为1:6～8；和
通过将所述二硅酸钠与所述作为负催化剂的有机化合物以7～8:1的重量比混合，制备环境友好的硅酸盐化学灌浆液。
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