CN105036628A - 一种粘度时变性浆液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粘度时变性浆液及其制备方法，属于灌浆技术领域，粘度时变性浆液包括10-30份水泥、0.02-0.1份纤维素类溶剂、0.5-2份合成钙硅质早强剂、0.05-0.1份酰胺类稳定性调节剂和5-10份水。本发明先将合成钙硅质早强剂和酰胺类稳定性调节剂加水溶解，再加纤维素类溶剂，最后分别加入溶解后的合成钙硅质早强剂和酰胺类稳定性调节剂制得的粘度时变性浆液，在强卸荷深部拉裂岩体以及碎裂岩体的加固中，具有前期强度增长快，后期强度高的特点，可灌性好。
Description
技术领域
本发明涉及到灌浆技术领域，尤其涉及一种粘度时变性浆液及其制备方法。
背景技术
注浆是利用液压、气压或者其他方法，通过注浆钻孔或置入其中的注浆管将具有胶凝能力的浆液注入岩层或者土层中的裂隙、空隙或空洞中，将其中的水分与空气赶走，将原来的松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水抗渗性能强和化学稳定性好的“结石体”，已达到改善岩层或者土层性能为目的的一种施工方法。
目前灌浆材料品种较多，主要为水泥浆液和化学浆液。化学浆液可注性好，浆液粘度低，胶凝可控、抗渗性及耐久性好，能注入到细微裂隙中，但是一般化学浆液都具有毒性并且价格昂贵，且存在结石体强度比水泥浆液的结石体强度低的缺点，因此化学浆液的应用范围受到限制。水泥浆液具有结石体强度高、耐久性好、材料来源丰富、浆液配置方便操作简单、成本较低的特点，在各类工程中得以广泛应用。
普通水泥浆液的凝固时间长、早期强度低、可灌性差，在复杂岩体注浆中质量难以保证，尤其是在卸荷拉裂岩体防渗、固结及锚索灌浆工程、地震岩体损伤灌浆、碎裂岩体加固中，普通水泥浆液更是难以满足要求，需要对普通水泥浆液进行改良。
公开号为CN102924019A，公开日为2013年02月13日的中国专利文献公开了一种高强微膨胀灌浆材料及其制备方法，其特征在于：高强微膨胀灌浆材料的原料为抗压强度大于42.5MPa的硅酸盐水泥，抗压强度大于42.5MPa的硫铝酸盐水泥或高铝水泥，硫铝酸钙类膨胀剂，石英砂、刚玉或铁尾矿，有机硅类消泡剂，聚羧酸高效减水剂，甲酸钙或碳酸锂，葡萄糖酸钠，甲基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚或羟乙基甲基纤维素醚，并按下列重量百分比配制：抗压强度大于42.5MPa的硅酸盐水泥：40-56%；抗压强度大于42.5MPa的硫铝酸盐水泥或高铝水泥：0-8%；硫铝酸钙类膨胀剂：3-6%；石英砂、刚玉或铁尾矿：38-42%；有机硅类消泡剂：0.1-0.5%；聚羧酸高效减水剂：0-0.7%；甲酸钙或碳酸锂：0-1.5%；葡萄糖酸钠：0-1.5%；甲基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚或羟乙基甲基纤维素醚：0-0.3%；水：干粉料总量的13-15%；称取规定配比的硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥或高铝水泥、硫铝酸钙类膨胀剂，采用超细搅拌磨将计量好的硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥或高铝水泥、硫铝酸钙类膨胀剂混合料超细粉磨，然后将配比中的石英砂、刚玉或铁尾矿，有机硅类消泡剂，聚羧酸高效减水剂，甲酸钙或碳酸锂，葡萄糖酸钠，甲基纤维素醚或羟丙基甲基纤维素醚或羟乙基甲基纤维素醚加入在锥型搅拌机或强制式混凝土搅拌机中混合制成干粉料，在现场加水搅拌灌浆成型。该专利文献公开的灌浆材料，原料多，生产工艺复杂，其凝固时间较长，可灌性较差，不适宜在卸荷拉裂岩体防渗、固结及锚索灌浆工程、地震岩体损伤灌浆、碎裂岩体加固中使用。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种粘度时变性浆液及其制备方法，本发明的粘度时变性浆液在强卸荷深部拉裂岩体以及碎裂岩体的加固中，具有前期强度增长快，后期强度高的特点，可灌性好。
本发明通过下述技术方案实现：
一种粘度时变性浆液，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
水泥--------10-30份
纤维素类溶剂--------0.02-0.1份
合成钙硅质早强剂0.5-2份
酰胺类稳定性调节剂0.05-0.1份
水5-10份。
所述纤维素类溶剂是羟乙基甲基纤维素。
所述合成钙硅质早强剂包括硝酸钙和硅酸钠。
所述酰胺类稳定性调节剂包括聚丙烯酰胺和丙烯酸钠。
一种粘度时变性浆液的制备方法，其特征在于，依次包括以下工艺步骤：
A、先分别取配方量的合成钙硅质早强剂和配方量的酰胺类稳定性调节剂，加入配方量的水分别搅拌溶解合成钙硅质早强剂和酰胺类稳定性调节剂；
B、然后将余量水置于搅拌器中，加入纤维素类溶剂并充分搅拌；
C、再将配方量的水泥倒入搅拌器中充分搅拌，搅拌均匀后加入溶解后的合成钙硅质早强剂，并充分搅拌；
D、最后在搅拌器中加入溶解后的酰胺类稳定性调节剂并充分搅拌，即形成粘度时变性浆液。
所述B步骤中纤维素类溶剂的搅拌时间为3-7分钟。
所述C步骤中水泥的搅拌时间为3-5分钟，合成钙硅质早强剂的搅拌时间为3-5分钟。
所述D步骤中酰胺类稳定性调节剂的搅拌时间为4-8分钟。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
一、本发明，纤维素类溶剂采用羟乙基甲基纤维素，具有良好的耐盐性，易溶于水，在金属盐或有机电解质存在的时候，水溶液中比较稳定，水溶液具有高粘度，具有高效的保水性。
二、本发明，合成钙硅质早强剂包括硝酸钙和硅酸钠，材料来源丰富，对浆液凝结时间以及早期强度作用显著，材料混合使用后，早期强度效果更为突出，并且可以降低使用成本。
三、本发明，酰胺类稳定性调节剂包括聚丙烯酰胺和丙烯酸钠，两种材料来源丰富，在水泥浆的碱性介质中，解离成带多电荷大分子的阴离子，在掺量很少的情况下就能起到良好的调节性能，并且使浆液具有抗冲蚀性。
四、本发明，粘度时变性浆液为稳定性浆液，可以保证浆液在灌注过程中当达到一个最大距离的有限距离后就停止扩散，降低浆液的流失量，不会使灌好后浆液中由于析水而留下空隙；采用0.02-0.1份纤维素类溶剂、0.5-2份合成钙硅质早强剂、0.05-0.1份酰胺类稳定性调节剂这样的特定配比，作为一个整体，能够调节水泥水化以及硬化进程，使浆液具有良好的初始流动性，在可泵时间内粘度增长缓慢，保持良好的可灌性，提高浆液的可控性，使浆液固结体前期强度增长快，后期强度高；通过调整不同外加剂的掺入量，形成性能优良的灌浆材料，适宜不同岩层灌浆，尤其在强卸荷深部拉裂岩体以及碎裂岩体的加固中，可灌性好，灌浆加固强度高。
五、本发明，粘度时变性浆液在可泵期内具有较好的流变特性，粘度增长缓慢，过可泵时间后，粘度迅速增长，失去流动性，保证了浆液在可泵时间内保持了良好的可灌性，利于浆液充分灌注地层孔隙和裂隙中。
六、本发明，粘度时变性浆液固结特征表现为浆液初凝到终凝的时间间隔短，可以大大降低在裂隙中被水体冲刷，快速形成强度，具有快速收敛的性质。
七、本发明，粘度时变性浆液与普通水泥浆液固结体强度相比较，具有前期强度增长快，后期强度高的特点。
八、本发明，B步骤中纤维素类溶剂的搅拌时间为3-7分钟，具有提高浆液抗分散能力，增强浆液的可灌性、可控性的效果。
九、本发明，C步骤中水泥的搅拌时间为3-5分钟，合成钙硅质早强剂的搅拌时间为3-5分钟，不仅能够大幅提高浆液固结体的早期强度，而且也能够提高浆液固结体的后期强度，能够控制浆液的凝结时间。
十、本发明，D步骤中酰胺类稳定性调节剂的搅拌时间为4-8分钟，能够进一步提高浆液抗分散能力和浆液的可灌性，并能有效的控制浆液的凝结时间。
下述表1为粘度时变性浆液与普通水泥浆液固结时间及固结体强度对比表：
表1
从表1的实验数据得知，粘度时变性浆液较普通水泥浆液的凝固时间大大缩短，粘度时变性浆液较普通水泥浆液前期强度增长快，后期强度高，具有良好的可灌性。
粘度时变性浆液的性能指标为：
可泵时间：65min
初凝时间：87min
终凝时间：98min
析水率：2%（体积比）
抗压强度：3d：7.56Mpa；7d:11.85Mpa；28d:24.62Mpa。
具体实施方式
实施例1
一种粘度时变性浆液，包括以下重量份数的组分：
水泥--------10份
纤维素类溶剂--------0.02份
合成钙硅质早强剂0.5份
酰胺类稳定性调节剂0.05份
水5份。
所述纤维素类溶剂是羟乙基甲基纤维素。
所述合成钙硅质早强剂包括硝酸钙和硅酸钠。
所述酰胺类稳定性调节剂包括聚丙烯酰胺和丙烯酸钠。
本实施例为最基本的实施方式，该特定配比形成的粘度时变性浆液，原料用量少，生产成本较低，具有前期强度增长快，后期强度高的特点，可灌性好。
粘度时变性浆液的性能指标为：
可泵时间：65min
初凝时间：87min
终凝时间：98min
析水率：2%（体积比）
抗压强度：3d：7.56Mpa；7d:11.85Mpa；28d:24.62Mpa。
实施例2
一种粘度时变性浆液，包括以下重量份数的组分：
水泥--------20份
纤维素类溶剂--------0.07份
合成钙硅质早强剂1份
酰胺类稳定性调节剂0.08份
水8份。
所述纤维素类溶剂是羟乙基甲基纤维素。
所述合成钙硅质早强剂包括硝酸钙和硅酸钠。
所述酰胺类稳定性调节剂包括聚丙烯酰胺和丙烯酸钠。
本实施例为较佳实施方式，粘度时变性浆液具有前期强度增长快，后期强度高的特点，可灌性较好。
实施例3
一种粘度时变性浆液，包括以下重量份数的组分：
水泥--------30份
纤维素类溶剂--------0.1份
合成钙硅质早强剂2份
酰胺类稳定性调节剂0.1份
水10份。
所述纤维素类溶剂是羟乙基甲基纤维素。
所述合成钙硅质早强剂包括硝酸钙和硅酸钠。
所述酰胺类稳定性调节剂包括聚丙烯酰胺和丙烯酸钠。
本实施例为最佳实施方式，纤维素类溶剂采用羟乙基甲基纤维素，具有良好的耐盐性，易溶于水，在金属盐或有机电解质存在的时候，水溶液中比较稳定，水溶液具有高粘度，具有高效的保水性；合成钙硅质早强剂包括硝酸钙和硅酸钠，材料来源丰富，对浆液凝结时间以及早期强度作用显著，材料混合使用后，早期强度效果更为突出，并且可以降低使用成本；
酰胺类稳定性调节剂包括聚丙烯酰胺和丙烯酸钠，两种材料来源丰富，在水泥浆的碱性介质中，解离成带多电荷大分子的阴离子，在掺量很少的情况下就能起到良好的调节性能，并且使浆液具有抗冲蚀性；按配比形成的
粘度时变性浆液在强卸荷深部拉裂岩体以及碎裂岩体的加固中，具有极好的可灌性。
实施例4
一种粘度时变性浆液的制备方法，依次包括以下工艺步骤：
A、先分别取配方量的合成钙硅质早强剂和配方量的酰胺类稳定性调节剂，加入配方量的水分别搅拌溶解合成钙硅质早强剂和酰胺类稳定性调节剂；
B、然后将余量水置于搅拌器中，加入纤维素类溶剂并充分搅拌；
C、再将配方量的水泥倒入搅拌器中充分搅拌，搅拌均匀后加入溶解后的合成钙硅质早强剂，并充分搅拌；
D、最后在搅拌器中加入溶解后的酰胺类稳定性调节剂并充分搅拌，即形成粘度时变性浆液。
所述纤维素类溶剂是羟乙基甲基纤维素。
所述合成钙硅质早强剂包括硝酸钙和硅酸钠。
所述酰胺类稳定性调节剂包括聚丙烯酰胺和丙烯酸钠。
按本实施例工艺制得的粘度时变性浆液为稳定性浆液，可以保证浆液在灌注过程中当达到一个最大距离的有限距离后就停止扩散，降低浆液的流失量，不会使灌好后浆液中由于析水而留下空隙，灌浆加固性能好。
实施例5
一种粘度时变性浆液的制备方法，依次包括以下工艺步骤：
A、先分别取配方量的合成钙硅质早强剂和配方量的酰胺类稳定性调节剂，加入配方量的水分别搅拌溶解合成钙硅质早强剂和酰胺类稳定性调节剂；
B、然后将余量水置于搅拌器中，加入纤维素类溶剂并充分搅拌；
C、再将配方量的水泥倒入搅拌器中充分搅拌，搅拌均匀后加入溶解后的合成钙硅质早强剂，并充分搅拌；
D、最后在搅拌器中加入溶解后的酰胺类稳定性调节剂并充分搅拌，即形成粘度时变性浆液。
所述纤维素类溶剂是羟乙基甲基纤维素。
所述合成钙硅质早强剂包括硝酸钙和硅酸钠。
所述酰胺类稳定性调节剂包括聚丙烯酰胺和丙烯酸钠。
所述B步骤中纤维素类溶剂的搅拌时间为3分钟。
所述C步骤中水泥的搅拌时间为3分钟，合成钙硅质早强剂的搅拌时间为3分钟。
所述D步骤中酰胺类稳定性调节剂的搅拌时间为4分钟。
本实施例制得的粘度时变性浆液在可泵期内具有较好的流变特性，粘度增长缓慢，过可泵时间后，粘度迅速增长，失去流动性，保证了浆液在可泵时间内保持了良好的可灌性，利于浆液充分灌注地层孔隙和裂隙中。
实施例6
一种粘度时变性浆液的制备方法，依次包括以下工艺步骤：
A、先分别取配方量的合成钙硅质早强剂和配方量的酰胺类稳定性调节剂，加入配方量的水分别搅拌溶解合成钙硅质早强剂和酰胺类稳定性调节剂；
B、然后将余量水置于搅拌器中，加入纤维素类溶剂并充分搅拌；
C、再将配方量的水泥倒入搅拌器中充分搅拌，搅拌均匀后加入溶解后的合成钙硅质早强剂，并充分搅拌；
D、最后在搅拌器中加入溶解后的酰胺类稳定性调节剂并充分搅拌，即形成粘度时变性浆液。
所述B步骤中纤维素类溶剂的搅拌时间为5分钟。
所述C步骤中水泥的搅拌时间为4分钟，合成钙硅质早强剂的搅拌时间为4分钟。
所述D步骤中酰胺类稳定性调节剂的搅拌时间为6分钟。
本实施例制得的粘度时变性浆液固结特征表现为浆液初凝到终凝的时间间隔短，可以大大降低在裂隙中被水体冲刷，快速形成强度，具有快速收敛的性质。
实施例7
一种粘度时变性浆液的制备方法，依次包括以下工艺步骤：
A、先分别取配方量的合成钙硅质早强剂和配方量的酰胺类稳定性调节剂，加入配方量的水分别搅拌溶解合成钙硅质早强剂和酰胺类稳定性调节剂；
B、然后将余量水置于搅拌器中，加入纤维素类溶剂并充分搅拌；
C、再将配方量的水泥倒入搅拌器中充分搅拌，搅拌均匀后加入溶解后的合成钙硅质早强剂，并充分搅拌；
D、最后在搅拌器中加入溶解后的酰胺类稳定性调节剂并充分搅拌，即形成粘度时变性浆液。
所述纤维素类溶剂是羟乙基甲基纤维素。
所述合成钙硅质早强剂包括硝酸钙和硅酸钠。
所述酰胺类稳定性调节剂包括聚丙烯酰胺和丙烯酸钠。
所述B步骤中纤维素类溶剂的搅拌时间为6分钟。
所述C步骤中水泥的搅拌时间为4分钟，合成钙硅质早强剂的搅拌时间为4分钟。
所述D步骤中酰胺类稳定性调节剂的搅拌时间为7分钟。
本实施例制得的粘度时变性浆液与普通水泥浆液固结体强度相比较，具有前期强度增长快，后期强度高的特点。
实施例8
一种粘度时变性浆液的制备方法，依次包括以下工艺步骤：
A、先分别取配方量的合成钙硅质早强剂和配方量的酰胺类稳定性调节剂，加入配方量的水分别搅拌溶解合成钙硅质早强剂和酰胺类稳定性调节剂；
B、然后将余量水置于搅拌器中，加入纤维素类溶剂并充分搅拌；
C、再将配方量的水泥倒入搅拌器中充分搅拌，搅拌均匀后加入溶解后的合成钙硅质早强剂，并充分搅拌；
D、最后在搅拌器中加入溶解后的酰胺类稳定性调节剂并充分搅拌，即形成粘度时变性浆液。
所述纤维素类溶剂是羟乙基甲基纤维素。
所述合成钙硅质早强剂包括硝酸钙和硅酸钠。
所述酰胺类稳定性调节剂包括聚丙烯酰胺和丙烯酸钠。
所述B步骤中纤维素类溶剂的搅拌时间为7分钟。
所述C步骤中水泥的搅拌时间为5分钟，合成钙硅质早强剂的搅拌时间为5分钟。
所述D步骤中酰胺类稳定性调节剂的搅拌时间为8分钟。
本实施例，B步骤中纤维素类溶剂的搅拌时间为7分钟，具有提高浆液抗分散能力，增强浆液的可灌性、可控性的效果。C步骤中水泥的搅拌时间为5分钟，合成钙硅质早强剂的搅拌时间为5分钟，不仅能够大幅提高浆液固结体的早期强度，而且也能够提高浆液固结体的后期强度，能够控制浆液的凝结时间。D步骤中酰胺类稳定性调节剂的搅拌时间为8分钟，能够进一步提高浆液抗分散能力和浆液的可灌性，并能有效的控制浆液的凝结时间。通过该工艺步骤制得的粘度时变性浆液，能够调节水泥水化以及硬化进程，使浆液具有良好的初始流动性，在可泵时间内粘度增长缓慢，保持良好的可灌性，提高浆液的可控性，使浆液固结体前期强度增长快，后期强度高；通过调整不同外加剂的掺入量，形成性能优良的灌浆材料，适宜不同岩层灌浆，尤其在强卸荷深部拉裂岩体以及碎裂岩体的加固中，可灌性好，灌浆加固强度高。
Claims (8)
1.一种粘度时变性浆液，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
水泥--------10-30份
纤维素类溶剂--------0.02-0.1份
合成钙硅质早强剂0.5-2份
酰胺类稳定性调节剂0.05-0.1份
水5-10份。
2.根据权利要求1所述的一种粘度时变性浆液，其特征在于：所述纤维素类溶剂是羟乙基甲基纤维素。
3.根据权利要求1所述的一种粘度时变性浆液，其特征在于：所述合成钙硅质早强剂包括硝酸钙和硅酸钠。
4.根据权利要求1所述的一种粘度时变性浆液，其特征在于：所述酰胺类稳定性调节剂包括聚丙烯酰胺和丙烯酸钠。
5.根据权利要求1所述的一种粘度时变性浆液的制备方法，其特征在于，依次包括以下工艺步骤：
A、先分别取配方量的合成钙硅质早强剂和配方量的酰胺类稳定性调节剂，加入配方量的水分别搅拌溶解合成钙硅质早强剂和酰胺类稳定性调节剂；
B、然后将余量水置于搅拌器中，加入纤维素类溶剂并充分搅拌；
C、再将配方量的水泥倒入搅拌器中充分搅拌，搅拌均匀后加入溶解后的合成钙硅质早强剂，并充分搅拌；
D、最后在搅拌器中加入溶解后的酰胺类稳定性调节剂并充分搅拌，即形成粘度时变性浆液。
6.根据权利要求5所述的一种粘度时变性浆液的制备方法，其特征在于所述B步骤中纤维素类溶剂的搅拌时间为3-7分钟。
7.根据权利要求6所述的一种粘度时变性浆液的制备方法，其特征在于所述C步骤中水泥的搅拌时间为3-5分钟，合成钙硅质早强剂的搅拌时间为3-5分钟。
8.根据权利要求7所述的一种粘度时变性浆液的制备方法，其特征在于所述D步骤中酰胺类稳定性调节剂的搅拌时间为4-8分钟。
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