CN106220107A - 抗冲水泥基膏状浆液及其制备方法 - Google Patents

抗冲水泥基膏状浆液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗冲水泥基膏状浆液及其制备方法，抗冲水泥基膏状浆液包括：硫铝酸盐水泥、水、多糖型有机高分子絮凝剂、羟丙基甲基纤维素、氯化钙、铝酸钠、石灰、碱、明矾、硅酸钠、聚丙烯酸钠。本发明的优点是：大幅改善浆液性能，增强浆液抵抗动水冲刷能力，缩短浆液凝结时间，提高堵漏效果，简化施工流程，保护自然环境。

Description

抗冲水泥基膏状浆液及其制备方法
技术领域
本发明属于水利工程领域，具体地，涉及一种能够抵抗一定水流冲击的灌浆材料及其制备方法。
背景技术
灌浆是解决坝基或者围堰的渗漏问题问题行之有效的方法之一。灌浆是将具有充填胶结性能的材料，通过设备注入到地层的裂隙或者孔洞中，待浆液凝结硬化，形成强度高、抗渗性能好、具有良好耐久性的“浆液结石体”，以达到填充加固、防渗堵漏的目的。
由于在灌浆工程中需要面对的地质条件比较复杂，传统膏浆主要在素水泥浆中添加膨润土、粉煤灰和一定量的减水剂，做为常规施工尚可，但无法在大渗漏量、高压力大流量涌水的复杂地层中形成有效帷幕，为了解决此类问题，需要一种有良好抗水流稀释、冲击特性，可以根据灌浆需要调整和控制凝结时间，浆液在水中凝结后有一定强度的高性能灌浆材料。
发明内容
为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种水泥基膏状浆液及其制备方法，通过在水泥浆中添加外加剂来调节水泥浆液的性能，以有机高分子化合物取代传统膏浆中的膨润土、粉煤灰等添加剂，大幅改善浆液性能，大大增强浆液抵抗动水冲刷能力，提高堵漏效果，有效减少浆液凝结时间，简化施工流程，保护自然环境。
本发明的技术方案为：一种抗冲水泥基膏状浆液，其特征在于：包括：硫铝酸盐水泥、水、多糖型有机高分子絮凝剂、羟丙基甲基纤维素、氯化钙、铝酸钠、石灰、碱、明矾、硅酸钠、聚丙烯酸钠，其中：水的重量为硫铝酸盐水泥重量的50％，多糖型有机高分子絮凝剂重量为硫铝酸盐水泥重量的1～4％，羟丙基甲基纤维素重量为硫铝酸盐水泥重量的0.5～2％，氯化钙、铝酸钠、石灰、碱以及明矾的重量和为硫铝酸盐水泥重量的1～4％，硅酸钠的重量为硫铝酸盐水泥重量的0.1～0.2％，聚丙烯酸钠的重量为硫铝酸盐水泥重量的0.05～0.1％。
优选地，氯化钙、铝酸钠、石灰、碱以及明矾的重量比为3∶3∶2∶1∶1。
此外，本发明提供一种上述抗冲水泥基膏状浆液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将硫铝酸盐水泥和水混合，搅拌至充分溶解，制得水泥浆，置于双桶低速搅拌机的上桶中；
2)将多糖型有机高分子絮凝剂、羟丙基甲基纤维素、氯化钙、铝酸钠、石灰、碱、明矾、硅酸钠、聚丙烯酸钠分别称量后，放入水中混合，搅拌至充分溶解，制得外加剂溶液，置于双桶低速搅拌机的下桶中；
3)开启搅拌机，将上桶的水泥浆放入下桶与外加剂溶液混合，搅拌速度为150r/min，搅拌时间为300s，即得。
本发明的有益效果为：
1、抗冲膏浆具有屈服强度低，但塑性粘度很高、流动度高、可操作性强等特点，具备很好的抗冲性能。
2、抗冲膏浆基本不降低水泥结石的强度，结石具有很好的耐久性。
3、浆液的凝结时间在几分钟(甚至瞬间)至数小时范围内可控、可调；浆液在凝胶之后具有一定的抗冲强度和黏结强度，无毒、无臭、不污染环境，对人体无害。
4、该膏浆施工对灌浆设备要求不高，采用常规的双桶搅拌机和3SNS灌浆泵灌注即可。
具体实施方式
实施例1
按照重量配比备料：
硫铝酸盐水泥 10000g
水 5000g
外加剂 265g
其中，外加剂包括：多糖型有机高分子絮凝剂100g、羟丙基甲基纤维素50g、氯化钙20g、铝酸钠20g、石灰20g、碱20g、明矾20g、硅酸钠10g、聚丙烯酸钠5g。
将硫铝酸盐水泥和水混合，搅拌至充分溶解，制得水泥浆，置于双桶低速搅拌机的上桶中；
将多糖型有机高分子絮凝剂、羟丙基甲基纤维素、氯化钙、铝酸钠、石灰、碱、明矾、硅酸钠、聚丙烯酸钠分别称量后，放入水中混合，搅拌至充分溶解，制得外加剂溶液，置于双桶低速搅拌机的下桶中；
开启搅拌机，将上桶的水泥浆放入下桶与外加剂溶液混合，搅拌速度为150r/min，搅拌时间为300s，即得。
灌注方式采用3SNS灌浆泵灌注孔口封闭纯压式灌浆。
实施例2
按照重量配比备料：
硫铝酸盐水泥 10000g
水 5000g
外加剂 647.5g
其中，外加剂包括：多糖型有机高分子絮凝剂250g、羟丙基甲基纤维素125g、氯化钙60g、铝酸钠56g、石灰50g、碱50g、明矾34g、硅酸钠15g、聚丙烯酸钠7.5g。
将硫铝酸盐水泥和水混合，搅拌至充分溶解，制得水泥浆，置于双桶低速搅拌机的上桶中；
将多糖型有机高分子絮凝剂、羟丙基甲基纤维素、氯化钙、铝酸钠、石灰、碱、明矾、硅酸钠、聚丙烯酸钠分别称量后，放入水中混合，搅拌至充分溶解，制得外加剂溶液，置于双桶低速搅拌机的下桶中；
开启搅拌机，将上桶的水泥浆放入下桶与外加剂溶液混合，搅拌速度为150r/min，搅拌时间为300s，即得。
灌注方式采用3SNS灌浆泵灌注孔口封闭纯压式灌浆。
实施例3
按照重量配比备料：
硫铝酸盐水泥 10000g
水 5000g
外加剂 1300g
其中，外加剂包括：多糖型有机高分子絮凝剂400g，羟丙基甲基纤维素200g，氯化钙120g、铝酸钠120g、石灰80g、碱40g、明矾40g、硅酸钠20g、聚丙烯酸钠10g。
将硫铝酸盐水泥和水混合，搅拌至充分溶解，制得水泥浆，置于双桶低速搅拌机的上桶中；
将多糖型有机高分子絮凝剂、羟丙基甲基纤维素、氯化钙、铝酸钠、石灰、碱、明矾、硅酸钠、聚丙烯酸钠分别称量后，放入水中混合，搅拌至充分溶解，制得外加剂溶液，置于双桶低速搅拌机的下桶中；
开启搅拌机，将上桶的水泥浆放入下桶与外加剂溶液混合，搅拌速度为150r/min，搅拌时间为300s，即得。
灌注方式采用3SNS灌浆泵灌注孔口封闭纯压式灌浆。
对照例1(CN 104591647 A)
按照重量配比备料：
硅酸盐水泥 10000g
水 7500g
外加剂 100g
其中，外加剂包括：维兰胶20g，硅酸钠60g和聚丙烯酸钠20g。
将硅酸盐水泥和水混合，搅拌至充分溶解，制得水泥浆，置于双桶低速搅拌机的上桶中。
将外加剂称量后，放入水中混合，搅拌至充分溶解，制得外加剂溶液，置于双桶低速搅拌机的下桶中。
开启搅拌机，将上桶的水泥浆放入下桶与外加剂溶液混合，搅拌速度为150r/min，搅拌时间为300s，即得。
对照例2(CN 104556919 A)
按照重量配比备料：
硫铝酸盐水泥 10000g
水 5000g
外加剂 200g
其中，外加剂包括：黄原胶31g，氯化锂154g和硝酸钙15g。
将硫铝酸盐水泥和水混合，搅拌至充分溶解，制得水泥浆，置于双桶低速搅拌机的上桶中。
将外加剂称量后，放入水中混合，搅拌至充分溶解，制得外加剂溶液，置于双桶低速搅拌机的下桶中。
开启搅拌机，将上桶的水泥浆放入下桶与外加剂溶液混合，搅拌速度为150r/min，搅拌时间为300s，即得。
通过对以上三个实施例和两个对照例分别进行抗冲蚀测试，结果如下表：
编号 最大流速(m/s) 连续水流时间(H) 水蚀残留率最大值(％)
实施例1 2.5 2 56％
实施例2 2.5 2 69％
实施例3 2.5 2 70％
对照例1 2 2 35％
对照例2 2 2 40％
通过上表表明，在连续水流时间相同情况下，实施例1、2、3在水流速度大于对照例1、2的情况下，水蚀残留率反而大大高于对照例1、2，因此抗冲蚀的效果明显优于对照例1、2。
本发明的优点在于：
1、抗冲膏浆具有屈服强度低，但塑性粘度很高、流动度高、可操作性强等特点，具备很好的抗冲性能。
2、抗冲膏浆基本不降低水泥结石的强度，结石具有很好的耐久性。
3、浆液的凝结时间在几分钟(甚至瞬间)至数小时范围内可控、可调；浆液在凝胶之后具有一定的抗冲强度和黏结强度，无毒、无臭、不污染环境，对人体无害。
4、该膏浆施工对灌浆设备要求不高，采用常规的双桶搅拌机和3SNS灌浆泵灌注即可。
工程应用
本发明在泸定和沙湾水电站渗漏处理项目推广应用，应用的地层为渗漏非常严重的溶蚀大裂隙地层，通过岩芯观察，最大溶蚀裂隙达5cm，开始使用普通水泥浆液、普通水泥膏浆进行灌浆，复灌多次，灌浆始终不能起压，灌浆没有任何效果；采用本产品抗冲膏浆进行灌浆，在复灌1-2次后可正常结束灌浆。表明膏浆在大渗漏量、高压力、大流量涌水的复杂地层堵漏灌浆中的效果明显。
上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或更改。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等均包含在本发明的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种抗冲水泥基膏状浆液，其特征在于：包括：硫铝酸盐水泥、水、多糖型有机高分子絮凝剂、羟丙基甲基纤维素、氯化钙、铝酸钠、石灰、碱、明矾、硅酸钠、聚丙烯酸钠，其中：水的重量为硫铝酸盐水泥重量的50％，多糖型有机高分子絮凝剂重量为硫铝酸盐水泥重量的1～4％，羟丙基甲基纤维素重量为硫铝酸盐水泥重量的0.5～2％，所述所述氯化钙、铝酸钠、石灰、碱以及明矾的重量和为硫铝酸盐水泥重量的1～4％，硅酸钠的重量为硫铝酸盐水泥重量的0.1～0.2％，聚丙烯酸钠的重量为硫铝酸盐水泥重量的0.05～0.1％。
2.如权利要求1所述的抗冲水泥基膏状浆液，其特征在于：所述所述氯化钙、铝酸钠、石灰、碱以及明矾的重量比为3∶3∶2∶1∶1。
3.一种如权利要求1或2所述的抗冲水泥基膏状浆液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将硫铝酸盐水泥和水混合，搅拌至充分溶解，制得水泥浆，置于双桶低速搅拌机的上桶中；
2)将多糖型有机高分子絮凝剂、羟丙基甲基纤维素、氯化钙、铝酸钠、石灰、碱、明矾、硅酸钠、聚丙烯酸钠分别称量后，放入水中混合，搅拌至充分溶解，制得外加剂溶液，置于双桶低速搅拌机的下桶中；
3)开启搅拌机，将上桶的水泥浆放入下桶与外加剂溶液混合，搅拌速度为150r/min，搅拌时间为300s，即得。
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