CN106866065A - 一种防渗抗蚀水泥‑粘土固化浆液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防渗抗蚀水泥‑粘土固化浆液，以重量份数计，由以下原料组成：普通粘土（干土）25‑30份、高岭土6‑8份、水泥3‑6份、固化剂1‑3.5份、早强剂0.5‑1.5份、有机类稳定剂0.01‑0.1份和水55‑60份。本发明在粘土‑水泥浆液中加入固化剂、早强剂、稳定剂后，使粘结较差的粘土浆液成为一种具有凝结时间短、抗冲蚀能力强、流动性好且施工简单而廉价的防渗抗蚀粘土固化浆液，解决了水泥浆液在土石坝中固结边界融合性差，以及岩土工程中存在的地基加固、止水堵漏、防塌防沉的工程质量与可靠性等难题。

Description

一种防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液及其制备方法
技术领域
本发明涉及水利水电学科岩土工程材料的技术领域，具体是涉及一种防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液及其制备方法，属于灌浆材料技术领域，适用于水库、山塘、堤防、尾矿坝等工程的防渗或充填加固处理。
背景技术
我国大大小小的山塘、水库、堤防大多修建于上世纪60年代前后，鉴于当时的物力财力和技术水平，坝体大多采用土坝。由于历史原因当时水利工程坝基清基质量差，坝体填筑材料填筑质量差，并存在白蚁老鼠啃噬隐患，加之年久失修，均渗漏严重，有的甚至形成了管涌，严重危及水利经济与民生发展，山塘、水库、堤防治理已刻不容缓。面对如此严峻的形势，我国提出要加快推进水利科技创新。一般情况下，在土石坝中存在细小或中等以上裂隙时，常采用水泥-粘土浆或水泥浆进行坝体加固或止水堵漏；目前虽然对水泥浆或水泥-粘土浆劈裂灌浆技术研究较多，但仍存在较多问题。
普通水泥浆液的凝固时间较短、强度高，但可灌性差，成本高，弹性模量较高，硬化水泥浆液结石体脆性大、收缩大，与周边的坝体土很难相适应，不能适应较大的变形而引起应力集中，产生拉应力，容易形成新的裂缝，在相对柔性的坝体注浆中质量难以保证，普通水泥浆液难以满足实际要求，需要对普通水泥浆液进行改良。
此外，为解决土石坝的渗漏现象，常采用灌浆技术进行堵漏止水处理。常规土石坝坝体灌浆材料采用粘土浆，粘土浆凝结时间长，加上需要分段多次复灌，两次灌浆时间至少5天，生产效率极低。为了加速浆液凝固，掺入适当的水泥，小的掺量效果不明显，大的掺量普通水泥灌浆，存在水泥颗粒较粗、流动性差、浆液-土体固结边界融合性差，容易产生新的裂缝等问题。
再者，传统水泥-粘土浆液，其主要成分为粘土、水泥，再加上水玻璃等添加剂，在进行地下（如土石坝、堤坝等）防渗处理时，由于地下水的稀释、流动、冲刷等，导致浆液容易顺缝跑，增加了灌浆难度，虽然相对普通水泥浆液弹性模量有所降低，但仍存在土坝与浆液相容性差的问题，且易离析、凝固速率不可控、凝固后体积收缩大、工程成本高等困难，影响施工效果，提高了施工成本，给坝体灌浆带来了一定的困难。
随着经济的发展，国内对环保的重视程度越来越高，环保制度越来越规范，对工业副产品的要求越来越严格。因此，国内外学者纷纷认识到对粉煤灰、矿渣、赤泥等工业副产品在混凝土中的回收利用研究较多，而在灌浆材料领域研究相对较少。
发明内容
针对现有技术的上述技术问题，本发明的目的是提供一种防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液及其制备方法，在粘土-水泥浆液中加入固化剂、早强剂、稳定剂后，使粘结较差的粘土浆液成为一种具有凝结时间短、抗地下水冲刷能力强、抗盐侵蚀能力强、流动性好且施工简单而廉价的防渗抗蚀粘土固化浆液，解决了水泥浆液在土石坝中固结边界融合性差，粘土浆液短时间内难以固结，以及岩土工程中存在的地基加固、止水堵漏、防塌防沉的工程质量与可靠性等难题。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液，以重量份数计，由以下原料组成：
普通粘土（干土） 25-30份
高岭土 6-8份
水泥 3-6份
固化剂 1-3.5份
早强剂 0.5-1.5份
有机类稳定剂 0.01-0.1份
水 55-60份。
所述的普通粘土采用粘粒含量＞25%的粘土为基本原料。
所述的高岭土不低于1250目，二氧化硅含量不少于52%。
所述的水泥为P.O 42.5的普通硅酸盐水泥。
所述的固化剂为活性氧化硅和工业废渣研磨成通过80目筛的混合料，掺入激发剂石灰，混合均匀；所述的工业废渣为粉煤灰、赤泥或矿粉中的一种或几种。
所述的活性氧化硅为0.1-0.5份，所述的石灰为0.5-1份，所述的工业废渣为1-3份。
所述的早强剂为氯化钙、三乙醇胺、硅酸钠、硫酸钙或硫酸铝钾中的一种或几种。
所述的有机类稳定剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、钠羟甲基纤维素或丙烯酸纳中的一种或几种。
所述防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液的粘度为21～52s。
一种防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液的制备方法，包括以下步骤：
（1）将活性氧化硅和工业废渣研磨一定时间，过60-100目筛，形成混合料；
（2）在混合料中掺入激发剂石灰，搅拌至均匀，形成固化剂；
（3）将粘土、高岭土同时放入搅拌机中，加入水，慢速搅拌5min，生成1.25-1.4g/cm3的粘土浆，然后加入水泥搅拌1min至均匀，形成水泥-粘土浆；
（4）向水泥-粘土浆中直接加入固化剂和早强剂，搅拌均匀，再加入已溶解的稳定剂，快速搅拌50-60s，即生成可用的防渗抗蚀粘土固化浆液。
本发明的防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液及其制备方法，与现有技术相比具有如下有益效果：
1、抗渗和耐久性效果明显。一般的粘土浆液或水泥-粘土浆液膨胀性不明显，收缩大；本发明掺入硫酸盐类材料，为生成难溶于水、膨化系数较大的钙矾石晶体提供条件，在同样配比、同等条件下，本发明的膨胀效果明显，从而使浆液结石体更为密实，起到更好的抗渗和耐久性效果。
2、良好的流变性能。本发明的固化浆液流动性较好，可以调整流动性参数来使其符合现场实际操作要求。
3、良好的稳定性。本发明的水泥-粘土固化浆液在拌入大量水后不易发生离析现象，稳定性好，在地下水条件下能起到止水的效果，且流失较少，从而节约了注浆成本。
4、节约成本。可使用施工现场满足要求的粘土为基本原料，节约材料成本和运输成本；此外，使用粉煤灰、赤泥或矿粉等工业废渣作为固化剂原料，既可变废为宝，又低碳环保，成本相对较低，在同等条件下可节约灌浆材料中固化剂的成本。
5、凝结时间可调，满足要求。水泥-粘土固化浆液根据施工要求，初凝时间从几十分钟到十几小时可调。
6、变形协调性好。水泥-粘土固化浆液凝固后与坝体土土性接近，具有变形一致性好，减少拉裂裂缝。
7、操作简单，无特殊操作要求，现场施工方便。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
实施例1的防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液，原料配比（100份为基数）为粘粒含量26.2%的普通粘土（干土）25份、高岭土6.5份、P.O 42.5的普通硅酸盐水泥6份、固化剂（活性氧化硅、II级粉煤灰、石灰）1.8份、早强剂（氯化钙、三乙醇胺、硅酸钠、硫酸钙、硫酸铝钾）0.65份、有机类稳定剂（聚丙烯酰胺）0.05份和水60份。
材料重量份数（100份为基数）的组分具体如下：
普通粘土（干土） 25份
高岭土 6.5份
P．O 42.5普通硅酸盐水泥 6份
活性氧化硅 0.3份
II级粉煤灰 1份
石灰 0.5份
氯化钙 0.2份
三乙醇胺 0.05份
硅酸钠 0.1份
硫酸铝钾 0.1份
硫酸钙 0.2份
聚丙烯酰胺 0.05份
水 60份
将活性氧化硅和II级粉煤灰在球磨机中研磨10min，过80目筛，形成混合料，在混合料中掺入激发剂石灰，搅拌至均匀，形成固化剂；然后将普通粘土、高岭土同时放入搅拌机中，加入水，搅拌5min，生成粘土浆，密度为1.287g/cm3，然后加入P.O 42.5普通硅酸盐水泥，搅拌1min形成水泥-粘土浆；向水泥-粘土浆中直接加入已称好的固化剂、氯化钙、三乙醇胺、硅酸钠、硫酸钙、硫酸铝钾，搅拌均匀，再加入溶解的聚丙烯酰胺，快速搅拌60s。
生成的水泥-粘土固化浆液粘度为35s，标准养护条件下初凝时间960min，终凝时间1440min，析水率0.2%，标准养护7d后无侧限抗压强度为151kPa，剪切强度c=32kPa，内摩察角25.5°，渗透系数为5.4×10-7cm/s，压缩模量1.38MPa，结石体浸出液pH=7。
实施例2
实施例2的防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液，原料配比（100份为基数）为粘粒含量26.2%的普通粘土（干土）25份、高岭土6.5份、P.O 42.5的普通硅酸盐水泥5份、固化剂（活性氧化硅、II级粉煤灰、石灰）2.5份、早强剂（氯化钙、三乙醇胺、硅酸钠、硫酸钙）0.95份、有机类稳定剂（聚丙烯酰胺）0.05份和水60份。
材料重量份数（100份为基数）的组分具体如下：
普通粘土（干土） 25份
高岭土 6.5份
P.O 42.5普通硅酸盐水泥 5份
活性氧化硅 0.5份
II级粉煤灰 1.5份
石灰 0.5份
氯化钙 0.2份
三乙醇胺 0.05份
硅酸钠 0.2份
硫酸钙 0.5份
聚丙烯酰胺 0.05份
水 60份
将活性氧化硅和II级粉煤灰在球磨机中研磨10min，过80目筛，形成混合料，在混合料中掺入激发剂石灰，搅拌至均匀，形成固化剂；然后将普通粘土、高岭土同时放入搅拌机中，加入水，搅拌5min，生成粘土浆，密度为1.298g/cm3，然后加入P.O 42.5的普通硅酸盐水泥，搅拌1min形成水泥-粘土浆；向水泥-粘土浆中直接加入已称好的固化剂、氯化钙、三乙醇胺、硅酸钠、硫酸钙，搅拌均匀，再加入溶解的聚丙烯酰胺，快速搅拌60s。
生成的水泥-粘土固化浆液粘度为22s，标准养护条件下初凝时间900min，终凝时间1400min，析水率0.1%，标准养护7d后无侧限抗压强度为178kPa，剪切强度c=32kPa，内摩察角28°，渗透系数为1.5×10-6cm/s，压缩模量1.88MPa，结石体浸出液pH=7。
实施例3
实施例3的防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液，原料配比（100份为基数）为粘粒含量26.2%的普通粘土（干土）25份、高岭土6.5份、P.O 42.5的普通硅酸盐水泥3.4份、固化剂（活性氧化硅、II级粉煤灰、石灰）3.5份、早强剂（氯化钙、三乙醇胺、硅酸钠、硫酸钙、硫酸铝钾）1.5份、有机类稳定剂（聚丙烯酰胺）0.1份和水60份。
材料重量份数（100份为基数）的组分具体如下：
普通粘土（干土） 25份
高岭土 6.5份
P.O 42.5普通硅酸盐水泥 3.4份
活性氧化硅 0.5份
II级粉煤灰 2份
石灰 1份
氯化钙 0.2份
三乙醇胺 0.05份
硅酸钠 0.5份
硫酸钙 0.5份
硫酸铝钾 0.25份
聚丙烯酰胺 0.1份
水 60份
将活性氧化硅和II级粉煤灰在球磨机中研磨10min，过80目筛，形成混合料，在混合料中掺入激发剂石灰，搅拌至均匀，形成固化剂；然后将普通粘土、高岭土同时放入搅拌机中，加入水，搅拌5min，生成粘土浆，密度为1.312g/cm3，然后加入P.O 42.5的普通硅酸盐水泥，搅拌1min形成水泥-粘土浆；向水泥-粘土浆中直接加入已称好的固化剂、氯化钙、三乙醇胺、硅酸钠、硫酸钙、硫酸铝钾，搅拌均匀，再加入溶解的聚丙烯酰胺，快速搅拌60s。
生成的水泥-粘土固化浆液粘度为29s，标准养护条件下初凝时间390min，终凝时间1350min，析水率0%，标准养护7d后无侧限抗压强度为261kPa，剪切强度c=38kPa，内摩察角30.5°，渗透系数为6.0×10-7cm/s，压缩模量2.25MPa，结石体浸出液pH=7。
实施例4-6
实施例4-6的组分含量见下表1，制备方法与实施例1相同。
表1
实施例4-6生成的水泥-粘土固化浆液粘度为21-52s，标准养护条件下初凝时间300-390min，终凝时间800-1350min，析水率0-0.5%，标准养护7d后无侧限抗压强度为128-187kPa，剪切强度c=28-33kPa，内摩察角25-30.5°，渗透系数为5.2×10-7-1.6×10-6cm/s，压缩模量0.8-2.5MPa，结石体浸出液pH=7。
综上所述，本发明的防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液，具有凝结时间短、可灌性好、抗渗效果好、稳定性好、收缩较小、相容性好、成本较低等优点。
上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液，其特征在于以重量份数计，由以下原料组成：
普通粘土（干土） 25-30份
高岭土 6-8份
水泥 3-6份
固化剂 1-3.5份
早强剂 0.5-1.5份
有机类稳定剂 0.01-0.1份
水 55-60份。
2.如权利要求1所述的防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液，其特征在于：所述的普通粘土采用粘粒含量＞25%的粘土为基本原料。
3.如权利要求1所述的防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液，其特征在于：所述的高岭土不低于1250目，二氧化硅含量不低于52%。
4.如权利要求1所述的防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液，其特征在于：所述的水泥为P.O42.5的普通硅酸盐水泥。
5.如权利要求1所述的防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液，其特征在于：所述的固化剂为活性氧化硅和工业废渣研磨成通过80目筛的混合料，掺入激发剂石灰，混合均匀；所述的工业废渣为粉煤灰、赤泥或矿粉中的一种或几种。
6.如权利要求5所述的防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液，其特征在于：所述的活性氧化硅为0.1-0.5份，所述的石灰为0.5-1份，所述的工业废渣为1-3份。
7.如权利要求1所述的防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液，其特征在于：所述的早强剂为氯化钙、三乙醇胺、硅酸钠、硫酸钙或硫酸铝钾中的一种或几种。
8.如权利要求1所述的防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液，其特征在于：所述的有机类稳定剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、钠羟甲基纤维素或丙烯酸纳中的一种或几种。
9.如权利要求1-8任一权利要求所述的防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液，其特征在于：所述防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液的粘度为21～52s。
10.一种防渗抗蚀水泥-粘土固化浆液的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将活性氧化硅和工业废渣研磨一定时间，过60-100目筛，形成混合料；
（2）在混合料中掺入激发剂石灰，搅拌至均匀，形成固化剂；
（3）将粘土、高岭土同时放入搅拌机中，加入水，慢速搅拌5min，生成1.25-1.4g/cm3的粘土浆，然后加入水泥搅拌1min形成水泥-粘土浆；
（4）向水泥-粘土浆中直接加入固化剂和早强剂，搅拌均匀，再加入稳定剂，快速搅拌50-60s，即生成可用的防渗抗蚀粘土固化浆液。
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