CN108358586A - 添加废旧纺织纤维的双液注浆材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及双液注浆材料技术，公开了一种添加废旧纺织纤维的双液注浆材料及其制备方法。本发明由混合料A与混合料B按照质量比1:1混合组成，混合料A将硅酸盐水泥50‑60份，稳定剂1‑3份，纤维1‑2份和水19‑30份混合而成，混合料B将水玻璃18‑40份，附加剂1‑2份，纤维1‑2份和水10‑15份混合而成。本发明组分构成简单，便于制备，成本低，抗压强度大，结石率高。

Description

添加废旧纺织纤维的双液注浆材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及双液注浆材料技术，特别是涉及一种添加废旧纺织纤维的双液注浆材料及其制备方法。
背景技术
在建筑施工、道路工程、隧道工程、地质工程等众多领域中，都经常使用注浆材料填充到裂隙或孔隙中，实现堵水或加固作用。
现有的液体注浆材料主要分为单液浆和双液浆两种，单液浆主要由粉煤灰、砂、水泥、水、外加剂等一次拌合制成，具有施工工艺简单、不易堵管等优点，广泛地应用于盾构施工注浆中，但是凝结时间长，凝固后能达到的最高强度有限，持久性相对较差；双液浆主要由水泥与水玻璃等组成，双液浆具有凝结时间短、固结后强度高、不易渗入周边土体等优点，适用范围广泛，但是组分构成复杂，成本较高。
废旧的纤维，尤其是纺织纤维，近年来产量逐年增加，而废旧纺织品的综合利用率却只有15%左右，目前，关于聚酯纤维等废旧纺织纤维在注浆材料中的应用和研究还相对较少，认知比较片面。
发明内容
本发明提供一种组分构成简单，便于制备，成本低，抗压强度大，结石率高的添加废旧纺织纤维的双液注浆材料及其制备方法。
解决的技术问题是：目前浆液材料中废旧纺织纤维的使用较少，相关研究不成熟，纤维的功效无法充分发挥出来，浆液的抗压强度、结石率和生产成本无法达到理想的契合点。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明添加废旧纺织纤维的双液注浆材料，由混合料A与混合料B按照质量比1:1混合组成，其中混合料A与混合料B分别包括以下重量份数的组分：
混合料A：硅酸盐水泥50-60份，稳定剂1-3份，纤维1-2份，水19-30份；
混合料B：水玻璃18-40份，附加剂1-2份，纤维1-2份，水10-15份。
本发明添加废旧纺织纤维的双液注浆材料，进一步的，所述纤维为聚酯纤维，聚酯纤维的直径为20-25μm，长度为6-12mm。
本发明添加废旧纺织纤维的双液注浆材料，进一步的，所述纤维经过紫外照射处理，辐照度值为100μW/cm2，照射时间不少于30min。
本发明添加废旧纺织纤维的双液注浆材料，进一步的，所述水玻璃为模数3.1-3.3的硅酸钠或硅酸钾溶液。
本发明添加废旧纺织纤维的双液注浆材料，进一步的，所述稳定剂包括减水剂和缓凝剂，所述减水剂与缓凝剂的质量比为1：（0.3-3）。
本发明添加废旧纺织纤维的双液注浆材料，进一步的，所述减水剂为聚羧酸减水剂或萘系减水剂；所述缓凝剂为木质素磺酸钠和/或羧甲基纤维素钠。
本发明添加废旧纺织纤维的双液注浆材料，进一步的，所述附加剂包括表面活性剂和催化剂，所述表面活性剂与催化剂的质量比为1：（1-4）。
本发明添加废旧纺织纤维的双液注浆材料，进一步的，所述表面活性剂与催化剂的质量比为1：2。
本发明添加废旧纺织纤维的双液注浆材料，进一步的，所述表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵和/或十八烷基三甲基氯化铵；所述催化剂为二甲基乙醇胺和/或三乙烯二胺。
本发明添加废旧纺织纤维的双液注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、备料：按照下述重量份数的组分进行备料：
硅酸盐水泥50-60份，水玻璃18-40份，纤维2-4份，稳定剂1-3份，附加剂1-2份，水29-45份；
步骤二、将纤维等分为两份，第一份纤维与硅酸盐水泥和稳定剂混合，搅拌均匀；
步骤三、在步骤二得到的干粉混合物中加入适量的水，搅拌均匀，得到混合料A；
步骤四、将水玻璃、附加剂和剩余的水混合，搅拌均匀，得到混合料B；
步骤五、将第二份纤维与混合料A、混合料B混合，充分搅拌，得到注浆材料成品。
本发明添加废旧纺织纤维的双液注浆材料及其制备方法与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明添加废旧纺织纤维的双液注浆材料原料组分简单，成本低，便于制备，在混合料A和混合料B中分别加入了经过紫外照射处理的废旧的聚酯纤维，在注浆材料中具有优异的分散性，不仅提高了废旧聚酯纤维的利用率，降低了环境负担，而且通过与其他组分的协同作用，提高了结石体的抗渗性、抗折强度、抗拉强度和耐久性，同时减少了混合料的收缩性能；通过大量试验的筛选，确定了合适的聚酯纤维的直径和长度，使得加入的聚酯纤维在保持较好分散性的同时，可以与加入的稳定剂和附加剂将协同作用的效果最大化，最大限度的提高注浆材料的抗折强度和抗拉强度，并确保合理的经济成本和聚酯纤维的高利用率；聚酯纤维在使用之前经过紫外照射处理，可有效提高注浆材料结石体的耐久性和使用寿命。
本发明在水泥基料中加入了一定配比的减水剂和缓凝剂，通过对其种类的选择和配比的调整，实现了注浆材料胶凝时间精准的可控性，同时有效减缓了水泥基与水玻璃之间的快速反应，减少游离水对结石体的影响。
本发明在水玻璃基料中加入了一定配比的表面活性剂和催化剂，通过对其种类的选择和配比的调整，使其与水泥基混合料混合后，激发注浆材料形成结构层，同时降低分散体系中的两相间的界面自由能，最大程度的提高了混合物的稳定性。
附图说明
图1为本发明制备实施例1得到的注浆材料的结石体破碎截面状态图；
图2为试验组1-2制得的注浆材料的结石体破碎截面状态图。
具体实施方式
本发明添加废旧纺织纤维的双液注浆材料按照下述方法进行制备，具体包括以下步骤：
步骤一、备料：按照表1所述重量份数的组分进行备料；其中纤维为经过紫外线照射处理的废旧的聚酯纤维，聚酯纤维的直径为20-25μm，长度为6-12mm；
其中纤维进行紫外照射处理，具体按照以下方法进行：
将提取筛选出的废旧聚酯纤维放入紫外线消毒器内，照射灯源选用2支30W的高硼玻璃紫外线灯；设定辐照度值设定为100μW/cm2，照射时间为30-45min；
使用的硅酸盐水泥为42.5普通硅酸盐水泥，水玻璃为模数在3.1-3.3之间的硅酸钠或硅酸钾溶液；
减水剂选用聚羧酸减水剂或萘系减水剂，其中，萘系减水剂优选β-萘磺酸盐甲醛缩合物；
步骤二、将纤维等分为两份，第一份纤维与硅酸盐水泥和稳定剂混合，搅拌均匀；
步骤三、在步骤二得到的干粉混合物中加入适量的水，搅拌均匀，得到混合料A；
步骤四、将水玻璃、附加剂和剩余的水混合，搅拌均匀，得到混合料B；
步骤五、将第二份纤维与混合料A、混合料B混合，充分搅拌，搅拌速度为50-60r/min，得到注浆材料成品。
表1 制备实施例各原料组分的重量份数
表1 制备实施例各原料组分的重量份数
制备1 制备2 制备3 制备4 制备5
硅酸盐水泥 53 50 55 60 58
水玻璃 18 35 30 40 25
纤维 2.5 2 3 4 3.5
减水剂 1.5 1 0.5 1 0.5
木质素磺酸钠 0.5 0.2 - 0.5 1
羧甲基纤维素钠 - 0.6 0.5 - 0.5
十六烷基三甲基氯化铵 0.5 - 0.4 0.2 0.1
十八烷基三甲基氯化铵 0.5 0.25 - 0.4 0.3
二甲基乙醇胺 1 - 0.6 1 0.5
三乙烯二胺 - 0.75 1 0.2 0.5
水 29 45 41 33 38
将上述制备实施例制得的注浆材料参照标准《水工建筑物水泥灌浆施工技术规程》（DL/T5148-2001）、《既有建筑地基基础加固技术规范》（JGJ123-2000）进行性能测试，具体的性能测试结果如表2所示。
表2 各制备实施例制得的注浆材料的性能测试结果
制备1 制备2 制备3 制备4 制备5
凝胶时间s 226 266 242 284 246
析水率% 4.2 4.6 4.9 4.0 4.4
结石率% 98 95 95 97 98
3d抗压强度MPa 4.1 4.5 3.9 5.6 4.8
28d抗压强度MPa 16.5 16.9 15.9 17.6 15.8
抗拉强度MPa 0.83 0.81 0.82 0.96 0.92
抗折强度MPa 1.02 0.96 0.98 0.88 0.93
纤维分散性 好 好 好 好 好
海水养护下的28d抗压强度 3.83 3.72 3.77 4.23 3.96
由表2可知，采用本发明所述方法制备得到的注浆材料的凝胶时间在200-300s之间，凝胶时间可以通过对各组分之间的配比进行微调来实现可控；本发明注浆材料的析水率不高于5%，结石率在95%以上，3d的抗压强度不低于4MPa，而28d的抗压强度可达15 MPa以上，抗拉强度不低于0.8MPa，抗折强度不小于0.8MPa，具有优异的抗拉强度、抗折强度和抗压强度；在海水加速侵蚀的试验条件下，28d后的抗压强度不小于3.7MPa。
本发明在水泥与水玻璃两主基料中分别加入了聚酯纤维，与其他纤维相比，聚酯纤维在注浆材料中的分散性好，同时可以提高结石体的抗渗性和抗压强度，减少了混合料的收缩性能。而且通过大量试验的筛选，确定了合适的聚酯纤维的直径和长度，使其可以与加入的稳定剂和附加剂将协同作用的效果最大化，在保持较好分散性的同时，具有较高的抗压强度和抗拉强度。
本发明在水泥中还加入了稳定剂，可以减缓水泥基与水玻璃之间的快速反应，同时减少游离水对结石体的影响；稳定剂包括减水剂和缓凝剂，通过大量试验的筛选，确定了减水剂和缓凝剂的种类和用量范围，并通过调整减水剂和缓凝剂的配比，及其在混合料A中的用量，使得注浆材料的凝胶时间可控。在水玻璃中还加入了附加剂，包括表面活性剂和催化剂，通过大量试验的筛选，确定了表面活性剂和催化剂的种类和用量范围，使其与其他组分发挥协同作用，激发注浆材料形成结构层，同时降低分散体系中的两相间的界面自由能，最大程度的提高了混合物的稳定性。双液浆料与聚酯纤维、稳定剂和附加剂协同作用，使得注浆材料保持较高的抗压强度下，具有高结石率和低析水率，同时凝胶时间可控，使用更加方便。
对比实施例
对比例
以制备例1为对照组，设置4个试验组，试验组1-1在所有组分中均不加入聚酯纤维，试验组1-2在混合料A和混合料B中加入聚丙烯纤维替换聚酯纤维，试验组1-3中使用的聚酯纤维直径为10μm，长度为15mm，试验组1-4中使用未经过紫外照射处理的聚酯纤维，除上述组分的变化情况外，各试验组中其余组分的用量配比及制备方法与制备例1一致。
对上述对比例中制得的双液注浆材料进行性能测试，得到的具体测试结果如表3所示。
表3 对比例1各试验组制得的注浆材料的性能测试结果
制备例1 试验1-1 试验1-2 试验1-3 试验1-4
凝胶时间s 226 212 218 220 221
析水率% 4.2 5.2 4.8 4.3 4.3
结石率% 98 95 97 98 97
3d抗压强度MPa 4.1 3.4 3.4 3.6 4.2
28d抗压强度MPa 16.5 14.2 14.7 15.2 16.3
抗拉强度MPa 0.83 0.42 0.53 0.65 0.88
抗折强度MPa 1.02 0.47 0.66 0.87 0.98
纤维分散性 好 - 差 较好 好
海水养护下的28d抗压强度 3.83 2.92 2.99 3.45 3.26
由表3可知，与制备实施例1相比，试验组1-1除掉了原料中的所有聚酯纤维，导致注浆材料的结石率下降了3%，3d抗压强度降低了17%，28d抗压强度降低了14%，而抗拉强度降低了49%，抗折强度降低了54%，说明在注浆材料中加入聚酯纤维，可以有效提高注浆材料的抗折强度和抗拉强度；与制备实施例1相比，不加聚酯纤维的注浆材料在海水养护28d的抗压强度降低了30%左右，注浆材料的耐久性也大打折扣，说明聚酯纤维的加入，可以有效提高注浆材料的耐久性和使用寿命。
试验组1-2使用混凝土中常用的聚丙烯纤维替换了聚酯纤维，如图1和图2所示，对纤维在结石体中分散性的观察可知，聚丙烯纤维在注浆材料中会出现严重的抱团现象，无论采用何种方式添加，如何搅拌，都无法分散均匀，而在制备例1中，在两种混合料中分别加入聚酯纤维，搅拌均匀后拌和，纤维分散性均要远优于试验组1-2。这也从本质上决定了试验组1-2制得的注浆材料的抗压强度、抗拉强度和耐久性均远差于制备例1。
试验组1-3改变了加入的聚酯纤维的规格，根据试验结果可知，加入聚酯纤维的直径过小或长度过短，会明显降低注浆材料的抗拉强度；加入聚酯纤维的长度过长，会导致聚酯纤维在注浆材料中相互缠绕而降低其分散性。本发明结合聚酯纤维对注浆材料抗压强度和抗拉强度的影响，和其与其他添加辅料之间的相互作用，优选了加入的聚酯纤维的直径为20-25μm，长度为6-12mm，使得加入的聚酯纤维在保持较好分散性的同时，可最大限度提高注浆材料的抗压强度和抗拉强度，并确保合理的经济成本和聚酯纤维的高利用率。
试验组1-4中使用未经过紫外照射处理的聚酯纤维，与制备例1相比，可见注浆材料短期内的抗压强度和抗拉强度没有明显差别，但是海水养护试验结果显示，其注浆材料结石体的耐久性要远差于使用经过紫外照射的聚酯纤维的注浆材料结石体，海水侵蚀28d后的抗压强度要降低17%，可见，聚酯纤维在使用前按照本发明所述条件进行紫外照射，可有效提高注浆材料结石体的耐久性和使用寿命。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.添加废旧纺织纤维的双液注浆材料，其特征在于：由混合料A与混合料B按照质量比1:1混合组成，其中混合料A与混合料B分别包括以下重量份数的组分：
混合料A：硅酸盐水泥50-60份，稳定剂1-3份，纤维1-2份，水19-30份；
混合料B：水玻璃18-40份，附加剂1-2份，纤维1-2份，水10-15份。
2.根据权利要求1所述的添加废旧纺织纤维的双液注浆材料，其特征在于：所述纤维为聚酯纤维，聚酯纤维的直径为20-25μm，长度为6-12mm。
3.根据权利要求1所述的添加废旧纺织纤维的双液注浆材料，其特征在于：所述纤维经过紫外照射处理，辐照度值为100μW/cm2，照射时间不少于30min。
4.根据权利要求1所述的添加废旧纺织纤维的双液注浆材料，其特征在于：所述水玻璃为模数3.1-3.3的硅酸钠或硅酸钾溶液。
5.根据权利要求1所述的添加废旧纺织纤维的双液注浆材料，其特征在于：所述稳定剂包括减水剂和缓凝剂，所述减水剂与缓凝剂的质量比为1：（0.3-3）。
6.根据权利要求5所述的添加废旧纺织纤维的双液注浆材料，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸减水剂或萘系减水剂；所述缓凝剂为木质素磺酸钠和/或羧甲基纤维素钠。
7.根据权利要求1所述的添加废旧纺织纤维的双液注浆材料，其特征在于：所述附加剂包括表面活性剂和催化剂，所述表面活性剂与催化剂的质量比为1：（1-4）。
8.根据权利要求7所述的添加废旧纺织纤维的双液注浆材料，其特征在于：所述表面活性剂与催化剂的质量比为1：2。
9.根据权利要求7所述的添加废旧纺织纤维的双液注浆材料，其特征在于：所述表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵和/或十八烷基三甲基氯化铵；所述催化剂为二甲基乙醇胺和/或三乙烯二胺。
10.权利要求1-9任意一项所述的添加废旧纺织纤维的双液注浆材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、备料：按照下述重量份数的组分进行备料：
硅酸盐水泥50-60份，水玻璃18-40份，纤维2-4份，稳定剂1-3份，附加剂1-2份，水29-45份；
步骤二、将纤维等分为两份，第一份纤维与硅酸盐水泥和稳定剂混合，搅拌均匀；
步骤三、在步骤二得到的干粉混合物中加入适量的水，搅拌均匀，得到混合料A；
步骤四、将水玻璃、附加剂和剩余的水混合，搅拌均匀，得到混合料B；
步骤五、将第二份纤维与混合料A、混合料B混合，充分搅拌，得到注浆材料成品。
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