CN107892543A - 一种用于岩溶涌水的封孔材料及其制备方法与封孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于岩溶涌水的封孔材料，还相应提供其制备方法和封孔方法。该封孔材料包括以下重量份的组分：硅酸盐水泥70‑90份、粉煤灰10‑15份、膨润土10‑20份、钠羧甲基纤维素0.05‑0.16份、水15‑40份、水玻璃3‑5份、麻丝1‑2份。本发明的封孔材料充分揉捏后能够迅速固化，具备良好的水稳定性、抗分散性、耐久性和强度高等优点，有利于降低成本、提高工程质量、使堵水施工更加便捷，达到高效封孔的目的，适用于高压富水岩溶地区的封孔作业。本发明封孔材料的制备方法及封孔方法操作简便、设备投入少、成本低廉，对环境无污染，可确保封孔效果，提高封孔效率。
Description
技术领域
本发明属于地下工程技术领域，尤其涉及一种用于岩溶涌水的封孔材料及其制备方法与封孔方法。
背景技术
近年来，随着我国经济的快速发展，城市化进程逐步加快，地下工程也迅猛发展。为了解决交通和能源问题，公路隧道、铁路隧道、地铁区间隧道、车站深基坑地下厂房等地下工程正在大规模兴建。在地下工程的施工和使用过程中，时刻都受到地下水的危害。而在高压富水岩溶地区，岩溶涌水是地下工程施工过程中所面临的最主要地质灾害。一方面，涌水不仅降低围岩稳定性，而且给施工带来很多不良影响，特别是在有大量高压涌水的情况下，常常酿成重大事故。另一方面，为了解决地下水灾害问题，采用过量排放又会给施工影响区域带来生态环境问题。
目前，针对地下工程涌水主要采取“防、排、堵、截相结合，因地制宜，综合治理”的原则。在高压富水岩溶区，地下工程的施工过程中，随时可能出现的涌水灾害给地下带来严重影响，涌水水量大、水压高、流速快，钻孔注浆安装注浆管时，管壁间隙由于涌水的冲击很难有效封堵，高水压、高流速的岩溶地下水将封孔材料冲散稀释，达不到封孔效果，从而影响注浆效果。如何快速封孔对地下工程的涌水注浆治理至关重要，因此，亟需要研发设计一种可快速凝结的封孔材料以达到高效封堵地下水的目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种凝结速度快、抗分散性能好、强度高、耐久性好、无污染、成本低廉且适用于岩溶涌水的封孔材料，还相应提供该封孔材料的制备方法和封孔方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种用于岩溶涌水的封孔材料，包括以下重量份的组分：
硅酸盐水泥 70-90份、
粉煤灰 10-15份、
膨润土 10-20份、
钠羧甲基纤维素 0.05-0.16份、
水 15-40份、
水玻璃 3-5份、
麻丝 1-2份。
本发明所添加的组分中，膨润土具有蒙脱石的层片状结构，具有能在水中溶胀分散成胶体级粘粒的特性，以及良好的增稠性、悬浮稳定性、高温稳定性、润滑性、耐水性及化学稳定性，本发明的封孔材料通过添加膨润土作为原料，使封孔材料具备良好的耐久性、抗分散性等优点；添加钠羧甲基纤维素可增强材料粘性，增大材料与注浆管及孔壁的粘结力，添加的水玻璃可加快材料胶凝时间，添加的麻丝则可以起到骨架作用，增强材料强度；本发明将各组分的含量控制在本发明的范围内，可有效确保材料凝固时间及封孔效果，超出或低于这一范围将造成材料凝固过快或过慢，导致可操作性降低、封孔效果较差。
上述的封孔材料，优选的，所述膨润土为有机膨润土。
上述的封孔材料，优选的，所述水玻璃的浓度为40-42波美度。
上述的封孔材料，优选的，所述钠羧甲基纤维素从高粘棉花纤维中提取。
上述的封孔材料，优选的，所述水为自来水、岩溶地区地下水和/或地表水，其pH值为6.5-7.5。
上述的封孔材料，优选的，所述硅酸盐水泥为P.O 32.5级硅酸盐水泥和/或P.O42.5级硅酸盐水泥，所述粉煤灰为Ⅰ级C类粉煤灰和/或Ⅱ级C类粉煤灰，所述麻丝为麻丝纤维和/或石棉纤维。麻丝在封孔材料中起到骨架的作用，增强材料的强度。
上述的封孔材料，优选的，所述封孔材料的凝固时间为25-100s。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的封孔材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）为了使硅酸盐水泥、粉煤灰和麻丝充分混合，先将硅酸盐水泥、粉煤灰和麻丝混合并搅拌，得到混合物A；
（2）将膨润土、钠羧甲基纤维素加入水中，进行搅拌，得到泥浆；
（3）将水玻璃加入步骤（2）后的泥浆中，进行搅拌，冷却至室温后得到混合物B；
（4）将混合物A加入混合物B中，进行搅拌和揉捏，以保证硅酸盐水泥与其余添加组分充分混合，使水泥的水化更彻底，一般揉捏10-20s即可，揉捏成具有一定粘性及塑形强度的块体材料，得到封孔材料。
本发明的制备方法，制备混合物B时需先将膨润土加入水中浸润，这样形成的封孔材料具备很强的粘结力。
上述的方法，优选的，所述步骤（3）中冷却至15℃-20℃。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种使用上述的封孔材料进行封孔的方法，包括以下具体操作步骤：首先在岩溶发育区域钻进注浆孔，钻孔结束后安装注浆管，然后迅速将所述封孔材料均匀填入注浆管与孔壁之间的间隙，封孔材料能够迅速凝固，形成15-20cm的环状止浆带。
上述的方法，优选的，所述注浆管与孔壁之间的间隙凹凸不平。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明的封孔材料，在传统水泥-水玻璃浆液的基础上添加了膨润土和钠羧甲基纤维素进行改性，并节省了拌合用水，使水泥-水玻璃材料凝固后的结石体具有较高的塑性强度，从而可以抵抗地下水压力，钠羧甲基纤维素与硅酸盐水泥进行水化反应后，还可以增强材料粘性，增大材料与管壁及地层粘结力；同时通过将本发明封孔材料各组分的含量控制在本发明的范围内，以确保材料凝固时间以及封孔效果，使材料充分揉捏后能够迅速凝固胶化，并且具备良好的水稳定性、抗分散性、耐久性和强度高等优点，有利于降低成本、提高工程质量、使堵水施工更加便捷，达到高效封孔的目的，适用于高压富水岩溶地区的封孔作业。
（2）本发明的封孔材料，水灰比较小，混合后呈软塑状，其凝结时间可根据现场施工条件，通过调整水玻璃的添加量和揉捏时间进行调节，使用简单方便。
（3）本发明封孔材料的制备方法及封孔方法操作简便、设备投入少、成本低廉，对环境无污染，可确保封孔效果，提高封孔效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1中封孔方法的剖面布置示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种本发明用于岩溶涌水的封孔材料，包括以下重量份的组分：
硅酸盐水泥 80份、
粉煤灰 10份、
膨润土 10份、
钠羧甲基纤维素 0.05份、
水 30份、
水玻璃 3份、
麻丝 1份。
本实施例中，所采用的膨润土为有机膨润土；水玻璃的浓度为42波美度；钠羧甲基纤维素为高粘棉花纤维；水为基坑内地下水，其pH值为7.1；硅酸盐水泥为P.O 42.5级硅酸盐水泥；粉煤灰为Ⅱ级C类粉煤灰；麻丝为麻丝纤维。
本实施例的封孔材料的凝固时间为25s，强度为2.43MPa。
一种本实施例的封孔材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将硅酸盐水泥、粉煤灰和麻丝混合并搅拌，得到混合物A；
（2）将膨润土、钠羧甲基纤维素加入水中，进行搅拌，得到泥浆；
（3）将水玻璃加入步骤（2）后的泥浆中，进行搅拌，冷却至15℃-20℃得到混合物B；
（4）将混合物A加入混合物B中，进行搅拌和揉捏，得到封孔材料。
一种使用本实施例的封孔材料进行封孔的方法，其剖面布置图如图1所示，包括以下步骤：首先在岩溶发育区域钻进注浆孔，钻孔结束后安装注浆管，然后迅速将封孔材料均匀填入注浆管与孔壁之间的凹凸不平的间隙，封孔材料迅速凝固后形成15-20cm的环状止浆带。
实施例2：
一种本发明用于岩溶涌水的封孔材料，包括以下重量份的组分：
硅酸盐水泥 80份、
粉煤灰 10份、
膨润土 15份、
钠羧甲基纤维素 0.1份、
水 30份、
水玻璃 5份、
麻丝 1份。
本实施例中，所采用的膨润土为有机膨润土；水玻璃的浓度为42波美度；钠羧甲基纤维素为高粘棉花纤维；水为基坑内地下水，其pH值为7.1；硅酸盐水泥为P.O 42.5级硅酸盐水泥；粉煤灰为Ⅱ级C类粉煤灰；麻丝为麻丝纤维。
本实施例的封孔材料的凝固时间为35s，强度为3.24MPa。
一种本实施例的封孔材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将硅酸盐水泥、粉煤灰和麻丝混合并搅拌，得到混合物A；
（2）将膨润土、钠羧甲基纤维素加入水中，进行搅拌，得到泥浆；
（3）将水玻璃加入步骤（2）后的泥浆中，进行搅拌，冷却至15℃-20℃得到混合物B；
（4）将混合物A加入混合物B中，进行搅拌和揉捏，得到封孔材料。
一种使用本实施例的封孔材料进行封孔的方法，包括以下步骤：首先在岩溶发育区域钻进注浆孔，钻孔结束后安装注浆管，然后迅速将封孔材料均匀填入注浆管与孔壁之间的凹凸不平的间隙。封孔材料迅速凝固后形成15-20cm的环状止浆带。
实施例3：
一种本发明用于岩溶涌水的封孔材料，包括以下重量份的组分：
硅酸盐水泥 80份、
粉煤灰 15份、
膨润土 20份、
钠羧甲基纤维素 0.15份、
水 40份、
水玻璃 5份、
麻丝 1份。
本实施例中，所采用的膨润土为有机膨润土；水玻璃的浓度为42波美度；钠羧甲基纤维素为高粘棉花纤维；水为基坑内地下水，其pH值为7.1；硅酸盐水泥为P.O 42.5级硅酸盐水泥；粉煤灰为Ⅱ级C类粉煤灰；麻丝为麻丝纤维。
本实施例的封孔材料的凝固时间为50s，强度为3.56MPa。
一种本实施例的封孔材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将硅酸盐水泥、粉煤灰和麻丝混合并搅拌，得到混合物A；
（2）将膨润土、钠羧甲基纤维素加入水中，进行搅拌，得到泥浆；
（3）将水玻璃加入步骤（2）后的泥浆中，进行搅拌，冷却至15℃-20℃得到混合物B；
（4）将混合物A加入混合物B中，进行搅拌和揉捏，得到封孔材料。
一种使用本实施例的封孔材料进行封孔的方法，包括以下步骤：首先在岩溶发育区域钻进注浆孔，钻孔结束后安装注浆管，然后迅速将封孔材料均匀填入注浆管与孔壁之间的凹凸不平的间隙。封孔材料迅速凝固后形成15-20cm的环状止浆带。
Claims (10)
1. 一种用于岩溶涌水的封孔材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：
硅酸盐水泥 70-90份、
粉煤灰 10-15份、
膨润土 10-20份、
钠羧甲基纤维素 0.05-0.16份、
水 15-40份、
水玻璃 3-5份、
麻丝 1-2份。
2.根据权利要求1所述的封孔材料，其特征在于，所述膨润土为有机膨润土。
3.根据权利要求1所述的封孔材料，其特征在于，所述水玻璃的浓度为40-42波美度。
4.根据权利要求1所述的封孔材料，其特征在于，所述钠羧甲基纤维素从高粘棉花纤维中提取。
5.根据权利要求1所述的封孔材料，其特征在于，所述水为自来水、岩溶地区地下水和/或地表水，其pH值为6.5-7.5。
6. 根据权利要求1所述的封孔材料，其特征在于，所述硅酸盐水泥为P.O 32.5级硅酸盐水泥和/或P.O 42.5级硅酸盐水泥，所述粉煤灰为Ⅰ级C类粉煤灰和/或Ⅱ级C类粉煤灰，所述麻丝为麻丝纤维和/或石棉纤维。
7.根据权利要求1所述的封孔材料，其特征在于，所述封孔材料的凝固时间为25-100s。
8.一种如权利要求1-7中任一项所述的封孔材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将硅酸盐水泥、粉煤灰和麻丝混合并搅拌，得到混合物A；
（2）将膨润土、钠羧甲基纤维素加入水中，进行搅拌，得到泥浆；
（3）将水玻璃加入步骤（2）后的泥浆中，进行搅拌，得到混合物B；
（4）将混合物A加入混合物B中，进行搅拌和揉捏，得到封孔材料。
9.一种使用如权利要求1-7中任一项所述的封孔材料进行封孔的方法，其特征在于，包括以下具体操作步骤：首先在岩溶发育区域钻进注浆孔，钻孔结束后安装注浆管，然后迅速将所述封孔材料均匀填入注浆管与孔壁之间的间隙。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述注浆管与孔壁之间的间隙凹凸不平。
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