CN105272084A - 一种无机-有机复合注浆材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无机-有机复合注浆材料，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60～70份、铝酸盐水泥20～30份、聚合物乳液5～10份、矿物外加剂30～40份、消泡稳定剂0.1～0.3份、激发剂6～9份、保水剂0.1～0.3份、表面活性剂0.2～0.4份、膨润土2～6份、细砂0.3～0.5份、碳酸钠0.4～0.6份、陶瓷纤维0.03～0.05份、乳胶粉0.01～0.03份、白云石0.03～0.05份、叶腊石0.01～0.03份、甲基硅酸钠4～8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

-种无机-有机复合注浆材料

技术领域

[0001] 本发明设及一种无机-有机复合注浆材料，属于材料科学技术领域。

背景技术

[0002] 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。运是由于高铁、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。为了解决运些问题，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。

[0003] 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、孔隙或孔桐等，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。

[0004] 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±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W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締酷胺类、木质 素类、脈醒树脂类、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±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，运些注 浆材料的应用范围是非常有限的。 阳0化]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 为娃酸盐水泥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 比组成为娃酸钢90 %，聚簇酸系减水剂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》，该材料由娃酸盐水泥、添加剂和 水组成，其中娃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 %，娃酸盐水泥和矿物外加剂与水的 重量比为：娃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渗在注浆材料的研 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

[0006] 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无机-有 机复合注浆材料。

[0007] 本发明为解决上述问题所采取的技术方案为：

[0008] 一种无机-有机复合注浆材料，由下述重量份配比的原料制成：娃酸盐水泥60~ 70份、侣酸盐水泥20~30份、聚合物乳液5~10份、矿物外加剂30~40份、消泡稳定剂 0. 1~0. 3份、激发剂6~9份、保水剂0. 1~0. 3份、表面活性剂0. 2~0. 4份、膨润± 2~ 6份、细砂0. 3~0. 5份、碳酸钢0. 4~0. 6份、陶瓷纤维0. 03~0. 05份、乳胶粉0.Ol~ 0. 03份、白云石0. 03~0. 05份、叶腊石0.Ol~0. 03份、甲基娃酸钢4~8份。

[0009] 所述的聚合物乳液为1~2份聚乙締醇、1~2份聚乙締醋酸醋、1~2份聚丙締酸 醋、1~2份下苯乳液、1~2份娃溶胶的混合物，其中所述娃溶胶的Si〇2含量为30~50%， 粒径范围为20~80nm。

[0010] 所述的矿物外加剂为4~6份娃灰粉、16~20份粉煤灰、10~14份钢渣的混合 物，且细度在200~300目。

[0011] 所述的激发剂为2~3份娃酸钢、2~3份熟石灰、2~3份无水石膏的混合物，其 中娃酸钢模数为1. 5~1. 9。

[0012] 所述的消泡稳定剂为二甲基硅油；所述的保水剂为簇甲基纤维素；所述的表面活 性剂为十二烷基横酸钢。 阳〇1引优选的，

[0014] 一种无机-有机复合注浆材料，由下述重量份配比的原料制成：娃酸盐水泥65份、 侣酸盐水泥25份、聚乙締醇1. 5份、聚乙締醋酸醋1. 5份、聚丙締酸醋1. 5份、下苯乳液1. 5 份、娃溶胶1. 5份、娃灰粉5份、粉煤灰18份、钢渣12份、二甲基硅油0. 2份、娃酸钢2. 5份、 熟石灰2. 5份、无水石膏2. 5份、簇甲基纤维素0. 2份、十二烷基横酸钢0. 3份、膨润± 4份、 细砂0. 4份、碳酸钢0. 5份、陶瓷纤维0. 04份、乳胶粉0. 02份、白云石0. 04份、叶腊石0. 02 份、甲基娃酸钢6份。

[0015] 本发明中，娃酸盐水泥和侣酸盐水泥的各项指标如下：

[0016] 表1娃酸盐水泥和侣酸盐水泥各成分的重量百分含量（％ )

[0017]

[0018] 娃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； 侣酸盐水泥中氧化侣含量比较高，而侣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。

[0019] 聚合物乳液能与水泥水化产物间发生化学反应，形成W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。特别是娃溶胶中纳米二氧化娃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。

[0020] 矿物外加剂在激发剂娃酸钢、熟石灰和无水石膏的作用下，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，娃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、可累性和抗渗能力；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。

[0021] 由于水泥浆体中的巧离子或侣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娃 油则可W解决；保水剂簇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横酸钢能够改善表面张力，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。

[00巧膨润±、细砂的加入，使注浆材料的和易性能增加；碳酸钢，能够缩短凝结时间，提 高早期强度，同时由于其能与巧离子反应生成碳酸巧，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、初性和热膨胀性，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；甲基娃 酸钢，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。

[0023] 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 分揽拌即可。

[0024] 本发明的有益效果是：

[0025] 本发明是一种由娃酸盐水泥、侣酸盐水泥、聚合物乳液、矿物外加剂和各种助剂组 成的无机-有机复合注浆材料。具有如下几个有益效果：

[0026] 1、聚合物乳液和矿物外加剂双渗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。

[0027] 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 用了娃溶胶中纳米二氧化娃作进一步改性聚合物，W获得更好综合性能的注浆材料。

[002引3、陶瓷纤维的加入，能提高注浆材料的耐磨性、初性和热膨胀性；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；甲基娃酸钢和纳米二氧化娃能够形成无机-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 阳029]实施例1

[0030] 本实施例中，娃溶胶的Si〇2含量为40%，粒径范围为50nm;矿物外加剂的细度为 250目；娃酸钢模数为1. 7 ;

[0031] 一种无机-有机复合注浆材料，由下述重量份配比的原料制成：娃酸盐水泥65份、 侣酸盐水泥25份、聚乙締醇1. 5份、聚乙締醋酸醋1. 5份、聚丙締酸醋1. 5份、下苯乳液1. 5 份、娃溶胶1. 5份、娃灰粉5份、粉煤灰18份、钢渣12份、二甲基硅油0. 2份、娃酸钢2. 5份、 熟石灰2. 5份、无水石膏2. 5份、簇甲基纤维素0. 2份、十二烷基横酸钢0. 3份、膨润± 4份、 细砂0. 4份、碳酸钢0. 5份、陶瓷纤维0. 04份、乳胶粉0. 02份、白云石0. 04份、叶腊石0. 02 份、甲基娃酸钢6份。

[0032] 注浆材料性能：析水率0. 82%、粘度18. 12S、初凝时间15min、终凝时间51min、结 石体7d抗压强度14. 9MPa、28d抗压强度24. 8MPa、结实率95. 2 %。 阳〇3引 实施例2

[0034]本实施例中，娃溶胶的Si化含量为30 %，粒径范围为20nm;矿物外加剂的细度为 200目；娃酸钢模数为1. 5 ;

[0035] 一种无机-有机复合注浆材料，由下述重量份配比的原料制成：娃酸盐水泥60份、 侣酸盐水泥20份、聚乙締醇1份、聚乙締醋酸醋1份、聚丙締酸醋1份、下苯乳液1份、娃溶 胶1份、娃灰粉4份、粉煤灰16份、钢渣10份、二甲基硅油0. 1份、娃酸钢2份、熟石灰2份、 无水石膏2份、簇甲基纤维素0. 1份、十二烷基横酸钢0. 2份、膨润± 2份、细砂0. 3份、碳 酸钢0. 4份、陶瓷纤维0. 03份、乳胶粉0.Ol份、白云石0. 03份、叶腊石0.Ol份、甲基娃酸 钢4份。

[0036] 注浆材料性能：析水率0. 85%、粘度18. 18S、初凝时间17min、终凝时间53min、结 石体7d抗压强度14. 7MPa、28d抗压强度24. 6MPa、结实率94. 9 %。

[0037] 实施例3

[0038]本实施例中，娃溶胶的Si化含量为50 %，粒径范围为SOnm;矿物外加剂的细度为 300目；娃酸钢模数为1. 9 ;

[0039] 一种无机-有机复合注浆材料，由下述重量份配比的原料制成：娃酸盐水泥70份、 侣酸盐水泥30份、聚乙締醇2份、聚乙締醋酸醋2份、聚丙締酸醋2份、下苯乳液2份、娃溶 胶2份、娃灰粉6份、粉煤灰20份、钢渣14份、二甲基硅油0. 3份、娃酸钢3份、熟石灰3份、 无水石膏3份、簇甲基纤维素0. 3份、十二烷基横酸钢0. 4份、膨润± 6份、细砂0. 5份、碳 酸钢0. 6份、陶瓷纤维0. 05份、乳胶粉0. 03份、白云石0. 05份、叶腊石0. 03份、甲基娃酸 钢8份。

[0040] 注浆材料性能：析水率0. 88%、粘度18. 26S、初凝时间19min、终凝时间56min、结 石体7d抗压强度14. 4MPa、28d抗压强度24. 3MPa、结实率94. 7 %。

[0041] 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W此限制本发明 的实施范围，凡依本发明的原理、构造W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 (3)

1. 一种无机-有机复合注浆材料，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60~70份、铝酸盐水泥20~30份、聚合物乳液5~10份、矿物外加剂30~40 份、消泡稳定剂0. 1~0. 3份、激发剂6~9份、保水剂0. 1~0. 3份、表面活性剂0. 2~0. 4 份、膨润土 2~6份、细砂0. 3~0. 5份、碳酸钠0. 4~0. 6份、陶瓷纤维0. 03~0. 05份、 乳胶粉0.01~0.03份、白云石0.03~0.05份、叶腊石0.01~0.03份、甲基娃酸钠4~ 8份。

2. 根据权利要求1所述的无机-有机复合注浆材料，其特征在于：所述的聚合物乳液 为1~2份聚乙烯醇、1~2份聚乙烯醋酸酯、1~2份聚丙烯酸酯、1~2份丁苯乳液、1~ 2份硅溶胶的混合物，其中所述硅溶胶的Si02含量为30~50%，粒径范围为20~80nm;所 述的矿物外加剂为4~6份硅灰粉、16~20份粉煤灰、10~14份钢渣的混合物，且细度在 200~300目；所述的激发剂为2~3份硅酸钠、2~3份熟石灰、2~3份无水石膏的混合 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所述的无机-有机复合注浆材料，其特征在于：由下述重量份配比 的原料制成：硅酸盐水泥65份、铝酸盐水泥25份、聚乙烯醇1. 5份、聚乙烯醋酸酯1. 5份、 聚丙烯酸酯1. 5份、丁苯乳液1. 5份、硅溶胶1. 5份、硅灰粉5份、粉煤灰18份、钢渣12份、 二甲基硅油0. 2份、硅酸钠2. 5份、熟石灰2. 5份、无水石膏2. 5份、羧甲基纤维素0. 2份、 十二烷基磺酸钠0. 3份、膨润土 4份、细砂0. 4份、碳酸钠0. 5份、陶瓷纤维0. 04份、乳胶粉 0. 02份、白云石0.04份、叶腊石0.02份、甲基硅酸钠6份。