CN105367016A - 一种性能可调节的无收缩灌浆浆液及其配制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种性能可调节的无收缩灌浆浆液及其配制方法，步骤包括：实验找出普通硅酸盐水泥浆液的性质，针对浆液的技术指标试验验证；根据不同地质条件所需不同浆液的性质要求；浆液中分别加入外加剂，获得所需的复合浆料；针对不同灌浆目的浆液，把合适的浆液配比试验出来。所述浆液的组分为：硅酸盐水泥57.1％-64.5％、减水剂0.50％-5.0％、膨润土0.10％-3.0％、速凝剂0.40％-6.0％、膨胀剂1.0％-7.0％。发明是一种性能可根据需要随意调节，具有粘度小，浆液可以保持适中的有相容性的8种可调控特点，可以硬化成等体积的混凝土的灌浆浆液及其配制该混凝土灌浆浆液的配制方法。

Description

一种性能可调节的无收缩灌浆浆液及其配制方法

技术领域

本发明涉及一种土木工程、采矿工程及紧急抢修工程、地下工程、隧道工程、锚固工程、截水堵漏、补强工程等使用的灌浆浆液，特别涉及岩体工程，是一种性能可调节的无收缩灌浆浆液及其配制方法。

背景技术

目前在水利水电、公路、铁路、矿山、桥梁、隧洞和岩土体地基加固等工程中，水泥灌浆浆液防渗与加固是经常采用的方法。其中最常用的是纯水泥灌浆，在(2012-03-01实施的电力行业标准)水工建筑物水泥灌浆施工技术规范中，推荐了两种浆液。两种浆液都存在浆液收缩率过大和终凝时间过长的弊病：一种弊病需多次灌浆才能达到工程要求；另一种弊病是待凝时间太长，使灌浆工作效率极低，直接拖长施工周期等。所以不同的用途的灌浆浆液就需要不同的性能，如：浅层劈裂、挤压充填与防渗的灌浆浆液，除了具备普遍需求的浆液粘度小、零收缩、固化混凝土强度高和浆液稳定性强有利性质外，还有对浆液维持液态时间、塑态时间不要太长的要求，前者为30分钟较好，后者为在2小时以内完成，这种时间有利于多轮回的加固灌浆，可以保证灌浆质量，大幅度缩短灌浆施工周期；仰向钻孔充填灌浆浆液，由于仰向灌浆，灌浆难度较大，灌浆过程中的辅助时间不易控制，浆液容易从底部粘塑化而引起堵管，因此浆液维持液态时间要长，不少于1个半小时，其它，还应具有普遍需求的稠浆粘度小、零收缩、固化强度高和浆液稳定性好等4项有利性质。

发明内容

本发明解决的技术问题是，克服用纯水泥灌浆浆液引起的一次灌浆不能保证质量，灌浆的辅助时间过长等缺陷。发明一种性能可根据需要随意调节，具有稠浆流动粘度小，浆液可以保持适中的液态时间、终凝时间，可以保持水灰不分离的稳定状态，硬化成适中的强度和浆液颗粒与被灌裂隙宽度有相容性的8种可调控特点，可以硬化成等体积的混凝土(零收缩)的灌浆浆液及其配制该混凝土灌浆浆液的配制方法。

本发明一种性能可调节的无收缩灌浆浆液的配制方法，配制步骤：

--实验找出普遍使用的普通硅酸盐水泥灌浆液的性质，包括水泥标号、出厂厂家，技术指标(28天与23天的抗折强度、抗压强度、粘度、流动度、初凝时间、水灰比、终凝时间，特别是细度)，针对灌浆浆液的技术指标进行试验验证；

--根据不同地质条件所需不同灌浆浆液的性质要求，确定所需灌浆液的稠浆粘度、收缩率、固化混凝土强度和浆液稳定性、维持液态时间、塑态时间、终凝时间和浆液颗粒的细度等浆液性质；

--在普遍使用的普通硅酸盐水泥灌浆浆液中分别加入减水剂、膨润土、速凝剂、膨胀剂四种单料，其中减水剂、膨润土、速凝剂、膨胀剂，统称为外加剂，测定浆液粘度要低40秒以下所需要的减水剂用量，测定浆液防止水灰分离所需的膨润土用量，测定灌浆浆液所需的硬化时间需要的速凝剂的用量，用膨胀量去占据水泥硬化剩余水所占据的空间，测定膨胀剂的用量；

--在灌浆浆液中加入适量的减水剂、膨润土、速凝剂、膨胀剂进行混合，获得所需的复合浆料；

--针对不同灌浆目的灌浆浆液，把合适的配比试验出来以后，还要进行一次平行试验。

根据上述一种性能可调节的无收缩灌浆浆液的配制方法所配制的灌浆浆液的组分为：硅酸盐水泥57.1％-64.5％、减水剂0.50％-5.0％、膨润土0.10％-3.0％、速凝剂0.40％-6.0％、膨胀剂1.0％-7.0％。其

上述的性能可调节的无收缩灌浆浆液，用的硅酸盐水泥为普通的硅酸盐水泥。

本发明的有益效果是：由于本发明利用减水剂的增水性，改变水泥的稠浆流动性差的缺陷；利用膨润土的悬浮性，改变水泥浆液水灰分离的不稳定状态；利用速凝剂的速凝性，改变水泥浆液硬化慢的缺点；利用膨胀剂的膨胀量，填补水泥浆液硬化收缩的空间。并且可以根据不同需求调节复合浆料组分的配制，达到不同的需求，如为了浅层劈裂、挤压充填与防渗的灌浆浆液，除了具备普遍需求4种有利性质外，还有对浆液维持液态时间、塑态时间不要太长的要求，前者为30分钟较好，后者为在2小时以内完成。本发明的产品有稠浆流动粘度小，浆液可以保持适中的液态时间、终凝时间，可以硬化成等体积的混凝土(零收缩)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例子，对本发明进一步详细说明。

本发明所述的一种性能可调节的无收缩灌浆浆液配制方法包括：

第一步，大量的生产实践表明：目前普遍使用的普通硅酸盐水泥灌浆浆液，存在有水灰(指水泥)分离，稠浆粘度大，泥浆硬化后收缩率大，硬化历时过长等四项缺点。为了解决这些问题，首先了解生产厂家、水泥标号、灌浆浆液技术指标(28天与23天的抗折强度、抗压强度、粘度、流动度、初凝时间、水灰比、终凝时间，特别是细度)的性质，然后对灌浆液在实验室进行试验验证。

本步骤中，通过试验找出了目前普遍使用的普通硅酸盐水泥灌浆浆液，确实存在水灰(指水泥)分离，稠浆粘度大，泥浆硬化后收缩率大，硬化历时过长的数量指标，如(表1)所述。

国内普通使用的纯泥浆液性质表

第二步，根据不同地质条件所需不同灌浆浆液的性质要求，确定灌浆浆液所需稠浆粘度、收缩率、固化混凝土强度和浆液稳定性、维持液态时间、塑态时间、终凝时间和浆液颗粒的细度性质，如：浅层劈裂、挤压充填与防渗的灌浆浆液，除了具备普遍需求的浆粘度小、零收缩、固化混凝土强度高和浆液稳定性强4种有利性质外，还有对浆液维持液态时间、塑态时间不要太长的要求。前者以30分钟较好，后者最好在2小时以内完成。这种时间有利于多轮回的加固灌浆，可以保证灌浆质量，大幅度缩短灌浆施工周期；倾向钻孔充填灌浆液，对于灌浆液维持液态时间、终凝时间和浆液的水泥颗粒细度未有特殊要求，只要求浆液具有普遍需求的浆粘度小、零收缩、固化混凝土强度高和浆液稳定性强4种有利性质即可；仰向钻孔充填灌浆浆液，由于仰向灌浆，灌浆难度较大，灌浆过程中的辅助时间不易控制，浆液容易从底部粘塑化而引起堵管，因此浆液维持液态时间要长，不少于1个半小时，其它，还应具有普遍需求的4项有利性质；倾向钻孔基岩裂隙灌浆浆液，除浆液具有普遍需求的4种有利性质外，还要满足浆液与裂隙宽度相容的浆液颗粒细度的要求；仰向钻孔基岩裂隙灌浆浆液，具有普遍需求的4种有利性质，还要满足浆液与裂隙宽度相容的浆液颗粒细度以及较长的浆液维持液态时间的要求，他们都不应少于4个小时。

第三步，在使用的普通硅酸盐水泥灌浆浆液中分别测定浆液粘度要低到一定数值所需要的减水剂用量，测定浆液要防止水灰分离所需的膨润土用量，测定灌浆浆液所需的硬化时间所需要速凝剂的用量，用膨胀量去占据水泥硬化剩余水所占据的空间所需的膨胀剂用量；

本步骤中，对不同水灰比的浆液中，首先应计算出灌浆浆液的含水量。灌浆浆液中的含水量，一部分用于浆液固化的吸收水，其余部分成为灌浆浆液固化的剩余水。如果不消耗掉剩余水，它占据的空间，最终会形成空洞，即混凝土收缩量。用膨胀剂的膨胀量，去占据固化剩余水所占据的空间。若膨胀剂用少了，浆液会形成收缩混凝土；膨胀剂用多了，浆液会形成膨胀混凝土，影响混凝土的强度。只有知道了剩余水是多少，才可根据单位体积的膨胀剂的膨胀量从而试验计算出膨胀剂的用量。

测定它们的固化剩余水量，根据单位体积的膨胀剂的膨胀量从而试验计算膨胀剂的用量，以0.55∶1水灰比的浆液为例，膨胀剂用量计算，由以下7项步骤来完成。

(1)计算纯水泥灌浆浆液的析水率；

(2)计算纯水泥灌浆浆液的固化水量：分别用0.55∶1、0.50∶1、0.45∶1、0.40∶1的纯水泥灌浆浆液，测试出它们的析水量，其中析水率接近为零的那个水灰比的含水量比值，即为纯水泥灌浆浆液的固化水比值；

(3)0.55∶1的纯水泥浆液中的0.55比值减去纯水泥灌浆浆液固化水比值，其差值即为固化剩余水的比值；

(4)在0.55∶1的纯水泥灌浆液中，加入占水泥用量的0.8％、1.0％、1.2％的速凝剂，测试它们的凝结速度，从中选择接近1.5-2.5小时的那个凝结速度作为选取的凝结速度，将选取的凝结速度的速凝剂用量加入到在0.55∶1的纯水泥灌浆浆液中，然后测量其析水率，这个析水率即为需要的膨胀率(膨润土在浆液中，既不增加水量，也不减少水量)；

(5)在加有速凝剂的水灰比中加入占水泥用量的0.2％的膨润土，然后分别加入1.0％、1.55和2.0％的减水剂，测量浆液粘度和析水率，选择粘度最小的那一组为选定组；

(6)膨胀剂的膨胀率，一般生产厂家提供的灌浆浆液膨胀率是固化6天时的累加膨胀率，不能满足不同特殊地质条件工程所需要的要求，固化1.5-2.5小时的累加膨胀率是常用膨胀率，这个不标准的累加膨胀率无法计算，需要通过试验测定，其试验方法是：

1)将速凝剂用量加入到在0.55∶1的纯水泥灌浆浆液中，再加入0.2％的膨润土，再分别加入1％、2％、3％、4％和5％的膨胀剂，按膨胀剂含量多少的顺序进行灌浆浆液收缩率试验，直至得出接近零收缩的那一组出现时为止；

2)接近零收缩那组的膨胀剂用量，再增加0.1％与0.3％的膨胀剂用量进行两组厘定试验。

(7)在塑态浆液硬化后，测试浆液的析水率；在立方试盒中量测收缩率。

本步骤中测定灌浆浆液的含水量与含灰量，含水量与含灰量是按下式计算出来的。以水灰比为0.75∶1和0.55∶1两种灌浆浆液原料为例。

水料比0.75∶1的含水量百分数＝0.75/(0.75+1)＝0.429＝42.9％。

水料比0.75∶1的固体含量百分数＝1/(0.75+1)＝0.571＝57.1％。

水料比0.75∶1的含灰量百分比＝[0.571-0.571×(D₁+......+D_n)]×100/100

水料比0.55∶1的含水量＝0.55/(0.55+1)＝0.355＝35.5％。

水料比0.55∶1的含固体量＝1/(0.55+1)＝0.645＝64.5％。

水料比0.55∶1的含灰量百分比＝[0.645-0.645×(D₁+......+D_n)]×100/100

式中：D₁、......、D_n分别为各外加剂单料占含固粒量的百分比。

含固体量百分比＝含灰量百分比+外加剂单料占含固粒量的百分比。

第四步，各种不同灌浆目的灌浆浆液，把合适的配比试验出来以后，还要进行一次平行试验，如果两者的正负误差超过5％时，应重新进行配比试验，直至平行试验的误差小于5％时为止，最终确定不同灌浆目的的灌浆浆液的配比。

实施例1一种性能可调节的无收缩灌浆浆液

本灌浆浆液由水灰比0.55∶1的硅酸盐水泥灌浆浆液、外加剂(减水剂、膨润土、速凝剂、膨胀剂)组成，其中外加剂单料的质量配比为：

本实施例1所得的灌浆浆液的物理性质如表2所示

表2灌浆浆液的物理性质表

本实施例1的产品主要用于：井巷壁后浅层灌浆；软岩与土层劈裂与充填灌浆；细沙、粉细砂的水泥置换与劈裂灌浆；砂砾石层的防渗灌浆；滑坡滑带的劈裂充填灌浆。

实施例2一种性能可调节的无收缩灌浆浆液

本灌浆浆液由水灰比0.55∶1的硅酸盐水泥灌浆液、外加剂(减水剂、膨润土、速凝剂、膨胀剂)组成，其中外加剂单料的配比为：

本实施例2所得的灌浆浆液的物理性质如表3所示

表3灌浆浆液的物理性质表

本实施例2的产品：主要用于被灌岩体内分布有构造滑脱带、张性断层引起的破碎带、滑坡后的拉裂带等分布于平峒下方的钻孔充填灌浆。

实施例3一种性能可调节的无收缩灌浆浆液

本灌浆浆液由水灰比0.55∶1的硅酸盐水泥灌浆浆料、外加剂(减水剂、膨润土、速凝剂、膨胀剂)组成，其中外加剂单料的配比为：

减水剂3.0％膨润土2.4％

速凝剂1.8％膨胀剂1.5％

本实施例3所得的灌浆浆液的物理性质如表4所示

表4灌浆浆液的物理性质表

本实施例3的产品主要用于被灌岩体内分布有构造滑脱带、张性断层引起的破碎带、滑坡后的拉裂带等分布于平洞上方的仰向钻孔充填灌浆。

实施例4一种性能可调节的无收缩灌浆浆液

本灌浆浆液由水灰比0.75∶1的硅酸盐水泥灌浆浆液、外加剂(减水剂、膨润土、速凝剂、膨胀剂)组成，其中复合外加剂单料的配比为：

本实施例4所得的灌浆浆液的物理性质如表5所示

表5灌浆浆液的物理性质

本实施例4的产品主要用于分布平洞下方的倾向钻孔裂隙岩体灌浆。

实施例5一种性能可调节的无收缩灌浆浆液

本灌浆浆液由水灰比0.75∶1的硅酸盐水泥灌浆浆液、外加剂(减水剂、膨润土、速凝剂、膨胀剂)组成，其中外加剂单料的配比为：

减水剂1.5％速凝剂3.6％

膨润土2.4％膨胀剂7.5％

本实施例5所得的灌浆浆液的物理性能如表6所示

表6灌浆浆液的物理性质表

本实施例5的产品主要用于分布平洞上方仰向钻孔的裂隙岩体灌浆。

Claims (5)

1.一种性能可调节的无收缩灌浆浆液的配制方法，包括步骤：

--实验找出普遍使用的普通硅酸盐水泥灌浆浆液的性质，针对灌浆浆液的技术指标试验验证；

--根据不同地质条件所需不同灌浆浆液的性质要求，确定所需灌浆液的稠浆粘度、收缩率、固化混凝土强度和浆液稳定性、维持液态时间、塑态时间、终凝时间和浆液颗粒的细度等浆液性质；

--在普遍使用的普通硅酸盐水泥灌浆浆液中分别加入减水剂、膨润土、速凝剂、膨胀剂，测定浆液粘度要低40秒以下所需要的减水剂用量，测定浆液防止水灰分离所需的膨润土用量，测定灌浆浆液所需的硬化时间需要的速凝剂的用量，用膨胀量去占据水泥硬化剩余水所占据的空间，测定膨胀剂的用量；

--在灌浆浆液中加入适量的减水剂、膨润土、速凝剂、膨胀剂进行混合，获得所需的复合浆料；

--针对不同灌浆目的灌浆浆液，把合适的配比试验出来以后，还要进行一次平行试验。

2.如权利要求1所述的一种性能可调节的无收缩灌浆浆液的配制方法，其特征是：膨胀剂用量的试验测定步骤包括：

--计算纯水泥灌浆浆液析水率；

--计算纯水泥灌浆液固化水量；

--计算纯水泥灌浆液固化剩余水的比值；

--在加有速凝剂的水灰比中加入占水泥用量的0.2％的膨润土，然后分别加入1％、1.55和2％的减水剂，测量浆液粘度和析水率，选择粘度最小的那一组为选定组；

--计算纯水泥灌浆液膨胀剂的累加膨胀率；

--在塑态浆液中测试浆液的析水率，在立方盒中量测收缩率。

3.如权利要求2所述的一种性能可调节的无收缩灌浆浆液的配制方法，其特征是：纯水泥灌浆液膨胀剂的累加膨胀率试验测定方法包括：

--将速凝剂用量加入到在的纯水泥灌浆液中，再加入0.2％的膨润土，再分别加入1％、2％、3％、4％和5％的膨胀剂。按膨胀剂含量多少的顺序进行灌浆液收缩率试验，直至接近零收缩的那一组出现时为止；

--接近零收缩那组的膨胀剂用量，再增加0.1％与0.3％的膨胀剂用量进行两组厘定试验。

4.如权利要求1所述的一种性能可调节的无收缩灌浆浆液的配制方法配制的灌浆浆液，其特征是：所述的灌浆浆液的组分为：硅酸盐水泥57.1％-64.5％、减水剂0.50％-5.0％、膨润土0.10％-3.0％、速凝剂0.40％-6.0％、膨胀剂1.0％-7.0％。

5.如权利要求4所述的一种性能可调节的无收缩灌浆浆液的配制方法配制的灌浆浆液，其特征是：所述的硅酸盐水泥为普通的硅酸盐水泥。