CN105198333A

CN105198333A - 一种改性注浆材料

Info

Publication number: CN105198333A
Application number: CN201510719840.8A
Authority: CN
Inventors: 王璐
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2015-12-30

Abstract

本发明公开了一种改性注浆材料，所述的注浆材料是由下述重量份配比的原料制成：硅酸盐水泥55～65份、铝酸盐水泥10～15份、聚合物乳液6～9份、矿物外加剂25～35份、消泡稳定剂0.1～0.3份、激发剂4～8份、保水剂0.1～0.3份、表面活性剂0.2～0.4份、膨润土2～4份、细砂0.2～0.6份、碳酸钠0.2～0.6份、陶瓷纤维0.02～0.04份、乳胶粉0.01～0.03份、白云石0.02～0.04份、叶腊石0.01～0.03份、甲基硅酸钠6～8份。本发明利用聚合物的柔性和矿物外加剂的刚性进行共同改性，从而获得性能良好的注浆材料，进而扩宽其的应用范围。

Description

一种改性注浆材料

技术领域

本发明涉及一种改性注浆材料，属于材料科学技术领域。

背景技术

随着我国经济的快速发展，交通建设(如高铁、地铁、公路)规模越来越大，地下工程和水利工程也越来越受到人们的重视。这是由于高铁、地铁不断地增多，且地下交通工程条件日趋复杂，逐渐显现出崩塌、突水、涌泥等问题；另外，交通流量和轴重飞速增加，公路也逐渐出现了沉陷、翻浆、裂缝等各种结构性缺损。为了解决这些问题，人们采取注浆技术对地下工程和水利工程进行加固和封堵。

注浆技术是将具有充填胶结性能的材料配成浆液，且运用适当的加压注浆设备将其注入到被注体内，如地层的裂隙、孔隙或孔洞等，使浆液渗透、填充，并发生凝结、硬化，进而实现加固或封堵的目的。因此，注浆材料是确保地下工程和水利工程加固和封堵的关键。

目前，注浆材料主要可分为水泥注浆材料和化学注浆材料。水泥注浆材料又包括水泥浆、水泥黏土浆和水泥-水玻璃浆等。水泥类注浆材料虽然具有原料来源丰富、价格较低且结石体强度高等优点，但其存在粒径较粗，岩体中微细裂隙难以注入，初凝与终凝时间较长且不易准确控制、稳定性差、强度增长速度慢及析水率高等缺点，并且存在大孔隙地层中注浆易出现漏浆和小孔隙地层中可注性差等现象。化学注浆材料包括丙烯酰胺类、木质素类、脲醛树脂类、聚氨树脂类和环氧树脂浆液等。化学类注浆材料虽然具有稳定性好、可注性强、粘度低、凝胶时间易控等优点，且能注入岩土中的较细小的裂隙或孔隙，但其不足之处在于：强度较低、耐久性较差、一定的毒性、对环境产生污染且价格昂贵。因此，这些注浆材料的应用范围是非常有限的。

近年来，国内外在改善注浆材料方面做了大量的研究工作，如中国专利CN102001847B公开了一种《一种膏状速凝注浆材料及其制备方法》，该种材料是由重量份比为硅酸盐水泥1份，水1份，化学改性剂0.1～1.5份制成，其中所述的化学改性剂重量百分比组成为硅酸钠90％，聚羧酸系减水剂5％，聚乙二醇5％。其弥补了目前速凝注浆材料不易操控、水中不抗分散的缺点，具有不易造成注浆管路堵塞或钻孔堵塞、强度高的特点。又如CN102924013A公开了一种《路用快凝无机注浆材料》，该材料由硅酸盐水泥、添加剂和水组成，其中硅酸盐水泥的重量为基准，添加剂则由重量百分比为缓凝剂1‰～3‰，减水剂0.5％～3％，膨胀剂2％～10％，矿物外加剂0～50％，硅酸盐水泥和矿物外加剂与水的重量比为：硅酸盐水泥和矿物外加剂∶水＝1∶0.40～0.45制成。其适应于路基加固，具有强度高、稳定性好、流动性好、耐久性好，早期无收缩，原材料丰富，价格价廉等的特点。虽然注浆材料的研究工作取得了一定的成就，但是聚合物和矿物外加剂双掺在注浆材料的研究仍然是非常有限的。因此，开发一种新型的注浆材料将对扩宽其应用范围起到非常重要的作用。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明所要解决的技术问题是提出了一种改性注浆材料。

本发明为解决上述问题所采取的技术方案为：

一种改性注浆材料，由下述重量份配比的原料制成：硅酸盐水泥55～65份、铝酸盐水泥10～15份、聚合物乳液6～9份、矿物外加剂25～35份、消泡稳定剂0.1～0.3份、激发剂4～8份、保水剂0.1～0.3份、表面活性剂0.2～0.4份、膨润土2～4份、细砂0.2～0.6份、碳酸钠0.2～0.6份、陶瓷纤维0.02～0.04份、乳胶粉0.01～0.03份、白云石0.02～0.04份、叶腊石0.01～0.03份、甲基硅酸钠6～8份。

所述的聚合物乳液为2～3份聚乙烯醇、2～3份聚乙烯醋酸酯、2～3份硅溶胶的混合物，其中所述硅溶胶的SiO₂含量为30～50％，粒径范围为20～80nm。

所述的矿物外加剂为2～5份硅灰粉、15～20份粉煤灰、8～10份钢渣的混合物，且细度在200～300目。

所述的激发剂为2～4份硅酸钠、2～4份熟石灰的混合物，其中硅酸钠模数为1.5～1.9。

所述的消泡稳定剂为二甲基硅油；所述的保水剂为羧甲基纤维素；所述的表面活性剂为十二烷基磺酸钠。

优选的，

一种改性注浆材料，由下述重量份配比的原料制成：硅酸盐水泥60份、铝酸盐水泥13份、聚乙烯醇2.5份、聚乙烯醋酸酯2.5份、硅溶胶2.5份、硅灰粉4份、粉煤灰18份、钢渣9份、二甲基硅油0.2份、硅酸钠3份、熟石灰3份、羧甲基纤维素0.2份、十二烷基磺酸钠0.3份、膨润土3份、细砂0.4份、碳酸钠0.4份、陶瓷纤维0.03份、乳胶粉0.02份、白云石0.03份、叶腊石0.02份、甲基硅酸钠7份。

本发明中，硅酸盐水泥和铝酸盐水泥的各项指标如下：

表1硅酸盐水泥和铝酸盐水泥各成分的重量百分含量(％)

名称	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO
					硅酸盐水泥	21～24	4～7	2～4	63～67
铝酸盐水泥	5～8	>52	1～3	42～47

硅酸盐水泥具有早期强度高、凝结快、耐冻性好特点，是一种低成本的注浆材料；铝酸盐水泥中氧化铝含量比较高，而铝离子能与聚合物发生交联反应形成稳定的分子结构，提高了颗粒之间的胶结作用，从而改善注浆材料的性能。

聚合物乳液能与水泥水化产物间发生化学反应，形成以化学键结合的界面结构，改善水灰比高、孔隙率大的骨料与水泥之间的界面过渡区，从而使注浆材料具有流动性好、抗压强度高、耐久性好。特别是硅溶胶中纳米二氧化硅能够很好改性聚合物，使聚合物获得更好的综合性能，进而改善注浆材料的耐久性能、渗透性能和抗压强度等。同时，还利用了多种乳液的共混来克服单一乳液改性注浆材料的不足。

矿物外加剂在激发剂硅酸钠和熟石灰的作用下，能使注浆材料的耐久性能和结石率提高，同时还能使注浆材料的成本降低。其中，硅灰粉能够填充水泥颗粒间的孔隙，提高注浆材料的密实性，进而提高浆液的结石率，降低浆液的析水率；粉煤灰能够改善注浆材料的和易性、可泵性和抗渗能力；钢渣能够提高注浆材料的抗压性能、耐久性能和抗侵蚀性能。

由于水泥浆体中的钙离子或铝离子等多价阳离子及砂浆在拌和时所产生的剪切力会导致乳液破乳凝聚和气泡增加，影响注浆材料的性能，因此添加消泡稳定剂二甲基硅油则可以解决；保水剂羧甲基纤维素能够提高注浆材料的流动性，防止水分流失和二次污染；表面活性剂十二烷基苯磺酸钠能够改善表面张力，使表面张力更低，渗透能力更强，从而提高注浆材料的耐久性能。

膨润土、细砂的加入，使注浆材料的和易性能增加；碳酸钠，能够缩短凝结时间，提高早期强度，同时由于其能与钙离子反应生成碳酸钙，进而减少注浆材料的孔隙率；陶瓷纤维，能提高注浆材料的耐磨性、韧性和热膨胀性，减少脱落；乳胶粉，能改善注浆材料的施工性，同时还提高抗折强度和耐久性能；白云石、叶腊石，能填充在能够填充水泥颗粒间的孔隙，提高注浆材料的密实性，增强防水性能和阻燃性能，扩大注浆材料的应用范围；甲基硅酸钠，一方面具有减缓初、终凝时间和增强抗压强度作用，另一方面，还具有渗透结晶、微膨胀、增加密实性功能。

本发明所述的注浆材料在使用时，只需将各组成物料按配比混合均匀，加入水充分搅拌即可。

本发明的有益效果是：

本发明是一种由硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、聚合物乳液、矿物外加剂和各种助剂组成的改性注浆材料。具有如下几个有益效果：

1、聚合物乳液和矿物外加剂双掺在注浆材料进行共同改性，综合利用聚合物的柔性改性和矿物外加剂的刚性改性特点，优势互补进一步改善注浆材料的性能。

2、本发明利用了多种乳液的共混来克服单一乳液改性注浆材料的不足，同时还利用了硅溶胶中纳米二氧化硅作进一步改性聚合物，以获得更好综合性能的注浆材料。

3、陶瓷纤维的加入，能提高注浆材料的耐磨性、韧性和热膨胀性；白云石、叶腊石，能填充在能够填充水泥颗粒间的孔隙，提高注浆材料的密实性，增强防水性能和阻燃性能，扩大注浆材料的应用范围；甲基硅酸钠和纳米二氧化硅能够形成无机-有机整体防水体系，进而提高注浆材料的耐久性能。

具体实施方式

实施例1

本实施例中，硅溶胶的SiO₂含量为40％，粒径范围为50nm；矿物外加剂的细度为250目；硅酸钠模数为1.7；

注浆材料性能：析水率0.89％、粘度18.48S、初凝时间15min、终凝时间53min、结石体7d抗压强度12.8MPa、28d抗压强度22.9MPa、结实率95.0％。

实施例2

本实施例中，硅溶胶的SiO₂含量为30％，粒径范围为20nm；矿物外加剂的细度为200目；硅酸钠模数为1.5；

一种改性注浆材料，由下述重量份配比的原料制成：硅酸盐水泥55份、铝酸盐水泥10份、聚乙烯醇2份、聚乙烯醋酸酯2份、硅溶胶2份、硅灰粉2份、粉煤灰15份、钢渣8份、二甲基硅油0.1份、硅酸钠2份、熟石灰2份、羧甲基纤维素0.1份、十二烷基磺酸钠0.2份、膨润土2份、细砂0.2份、碳酸钠0.2份、陶瓷纤维0.02份、乳胶粉0.01份、白云石0.02份、叶腊石0.01份、甲基硅酸钠6份。

注浆材料性能：析水率0.92％、粘度18.56S、初凝时间16min、终凝时间54min、结石体7d抗压强度12.6MPa、28d抗压强度22.5MPa、结实率94.8％。

实施例3

本实施例中，硅溶胶的SiO₂含量为50％，粒径范围为80nm；矿物外加剂的细度为300目；硅酸钠模数为1.9；

一种改性注浆材料，由下述重量份配比的原料制成：硅酸盐水泥65份、铝酸盐水泥15份、聚乙烯醇3份、聚乙烯醋酸酯3份、硅溶胶3份、硅灰粉5份、粉煤灰20份、钢渣10份、二甲基硅油0.3份、硅酸钠4份、熟石灰4份、羧甲基纤维素0.3份、十二烷基磺酸钠0.4份、膨润土4份、细砂0.6份、碳酸钠0.6份、陶瓷纤维0.04份、乳胶粉0.03份、白云石0.04份、叶腊石0.03份、甲基硅酸钠8份。

注浆材料性能：析水率0.95％、粘度18.62S、初凝时间17min、终凝时间56min、结石体7d抗压强度12.2MPa、28d抗压强度22.1MPa、结实率94.6％。

当然，上面只是本发明优选的具体实施方式作了详细描述，并非以此限制本发明的实施范围，凡依本发明的原理、构造以及结构所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims

1.一种改性注浆材料，其特征在于：其是由下述重量份配比的原料制成：硅酸盐水泥55～65份、铝酸盐水泥10～15份、聚合物乳液6～9份、矿物外加剂25～35份、消泡稳定剂0.1～0.3份、激发剂4～8份、保水剂0.1～0.3份、表面活性剂0.2～0.4份、膨润土2～4份、细砂0.2～0.6份、碳酸钠0.2～0.6份、陶瓷纤维0.02～0.04份、乳胶粉0.01～0.03份、白云石0.02～0.04份、叶腊石0.01～0.03份、甲基硅酸钠6～8份。

2.根据权利要求1所述的改性注浆材料，其特征在于：所述的聚合物乳液为2～3份聚乙烯醇、2～3份聚乙烯醋酸酯、2～3份硅溶胶的混合物，其中所述硅溶胶的SiO₂含量为30～50％，粒径范围为20～80nm；所述的矿物外加剂为2～5份硅灰粉、15～20份粉煤灰、8～10份钢渣的混合物，且细度在200～300目；所述的激发剂为2～4份硅酸钠、2～4份熟石灰的混合物，其中硅酸钠模数为1.5～1.9；所述的消泡稳定剂为二甲基硅油；所述的保水剂为羧甲基纤维素；所述的表面活性剂为十二烷基磺酸钠。

3.根据权利要求1所述的改性注浆材料，其特征在于：由下述重量份配比的原料制成：硅酸盐水泥60份、铝酸盐水泥13份、聚乙烯醇2.5份、聚乙烯醋酸酯2.5份、硅溶胶2.5份、硅灰粉4份、粉煤灰18份、钢渣9份、二甲基硅油0.2份、硅酸钠3份、熟石灰3份、羧甲基纤维素0.2份、十二烷基磺酸钠0.3份、膨润土3份、细砂0.4份、碳酸钠0.4份、陶瓷纤维0.03份、乳胶粉0.02份、白云石0.03份、叶腊石0.02份、甲基硅酸钠7份。