CN108706949A - 膨润土基注浆材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种建筑施工材料领域，具体涉及一种膨润土基注浆材料及其制备方法。所述膨润土基注浆材料，按质量份数计，包括以下组分：膨润土20~50份，水泥50~80份，水120~160份，水玻璃40~200份。本发明在现有水泥‑水玻璃的浆液的基础上引入高比例的膨润土作为稳定剂，配制出了价格低廉、稳定性好、防渗性优良的注浆材料，通过对膨润土基注浆材料的实验研究，不仅确定了最佳配合比，而且从理论上分析了膨润土基注浆技术的可行性。对比传统的水泥‑水玻璃注浆材料，具有稳定性好、造价低廉、绿色环保、取材方便的特点，并具有更好的防渗堵水效果，在富水砂卵石地层中具有广阔的发展应用前景。

Description

膨润土基注浆材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑施工材料领域，具体涉及一种膨润土基注浆材料及其制备方法。

背景技术

注浆技术作为止水加固措施已在交通、水利、建筑等工程领域内普遍应用，其中，合理选择注浆材料是注浆技术封堵的关键因素，目前常采用水泥-水玻璃双液注浆材料。水泥-水玻璃双液注浆材料具有凝胶时间短且可调、结石率高等特点，可以达到快速止水堵漏、加固等目的，被广泛应用于地铁隧道工程。

但是传统的水泥-水玻璃浆液还存在一些缺点，如在砂卵石地层中扩散不均匀，导致加固效果不稳定，抗渗效果也不尽如意。以北京地铁隧道工程为例，常遇见富水砂卵石地层，该地层自稳性差，采用传统的水泥-水玻璃浆液作为注浆材料，常发生突水、涌水灾害，成本和风险高，严重影响施工进度，造成经济损失。

发明内容

本发明克服了上述缺点，提供了一种价格低廉、稳定性好、防渗性优良的膨润土基注浆材料及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种膨润土基注浆材料，按质量份数计，包括以下组分：

膨润土 20~50份，水泥50~80份，水120~160份，水玻璃40~200份，分散剂0.6~1.5份。

进一步的，所述水玻璃为钠水玻璃，波美度为30~40°Bé。

进一步的，所述膨润土为钠基膨润土。

进一步的，所述分散剂为碳酸钠。

一种膨润土基注浆材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将膨润土、水泥、分散剂加入水中，搅拌均匀，得到A液；

（2）将水玻璃作为B液；

（3）将A液和B液按1:0.2~1:0.4的体积比混合均匀，得到所述膨润土基注浆材料。

一种膨润土基注浆材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将膨润土、水泥、分散剂加入水中，搅拌均匀，得到A液；

（2）将水加入水玻璃中，搅拌均匀，得到B液；

（3）将A液和B液按体积比1:1混合均匀，得到所述膨润土基注浆材料。

一种膨润土基注浆材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将水泥加入水中，搅拌均匀，得到A液；

（2）将水玻璃、膨润土、分散剂加入水中，搅拌均匀，得到B液；

（3）将A液和B液按体积比1:1混合均匀，得到所述膨润土基注浆材料。

本发明在现有水泥-水玻璃的浆液的基础上引入高比例的膨润土作为稳定剂，配制出了价格低廉、稳定性好、防渗性优良的注浆材料，通过对膨润土基注浆材料的实验研究，不仅确定了最佳配合比，而且从理论上分析了膨润土基注浆技术的可行性。对比传统的水泥-水玻璃注浆材料，具有稳定性好、造价低廉、绿色环保、取材方便的特点，并具有更好的防渗堵水效果，在富水砂卵石地层中具有广阔的发展应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明内容进行详细阐述。

实施例一：

所述膨润土基注浆材料包括以下组分（以质量份计）：

膨润土 35份，水泥65份，水150份，分散剂1.05份，水玻璃76份，其中，所述水玻璃为波美度为35°Bé的钠水玻璃，所述膨润土为钠基膨润土，所述水泥采用P.O 42.5级普通硅酸盐水泥。

其制备方法，包括如下步骤（以质量份计）：

（1）将35份膨润土、65份水泥、1.05份碳酸钠分散剂加入150份水中，搅拌均匀，得到A液；

（2）将水玻璃作为B液，所述水玻璃采用波美度为35°Bé的钠水玻璃；

（3）将A液和B液按1:0.4的体积比混合均匀，得到所述膨润土基注浆材料。

在工程现场，采用原有注浆材料施工，经检测，凝胶时间为45s~50s，析水率为44%，渗透系数为5.09×10^-6cm/s，结石体3d抗压强度为4.14MPa，每延米造价344.86元。

将本实施例应用于粘土夹杂砂卵石地层的施工现场，经现场检测，析水率仅为2%，凝胶时间78s ，3d抗压强度1.62MPa，渗透系数2.63×10^-7cm/s，并且每延米节约36.96元。

实施例二：

所述膨润土基注浆材料包括以下组分，以质量份计：

膨润土 40份，水泥60份，水150份，分散剂1.2份，水玻璃40份，其中，所述水玻璃为波美度为35°Bé的钠水玻璃，所述膨润土为钠基膨润土。

其制备方法，包括如下步骤，以质量份计：

（1）将40份膨润土、60份水泥、1.2份碳酸钠分散剂加入水中，搅拌均匀，得到A液；

（2）将水加入水玻璃中，搅拌均匀，得到B液，所述水玻璃采用波美度为35°Bé的钠水玻璃；

（3）将A液和B液按1:1的体积比混合均匀，得到所述膨润土基注浆材料。

由于目前工地应用的注浆机A液和B液的泵送比只能恒定为1:1，故对通过试验方法对上述配方进行了配置方法的优化，即保持A液水泥、膨润土和B液水玻璃加量不改变，在保持上述步骤（1）和步骤（2）中水的总加入量150份不变的前提下，分别调整A液、B液中水的加入量，

具体操作如下：

取2个完全相同的量杯置于电子称上，左侧量杯里加入A液中的水泥、膨润土，右侧量杯加入定量水玻璃，然后电子秤置零。将定量的水分别加入两个量杯中充分搅拌，直至两个量杯液面相同且水全部加完。此时，读取电子秤上的示数，即得到了A、B液中水的加入量。为保证试验数据的可靠性，用量筒对A、B液的体积再次确认，如果两者体积相差不超过0.5%，则认为数据可信。

将本实施例应用于砂卵石地层的施工现场，经现场检测，析水率几乎为0，凝胶时间为58s，3d抗压强度为4.76MPa，渗透系数5.66×10^-7cm/s，与现有技术相比，每延米节约129.46元。

实施例三：

所述膨润土基注浆材料包括以下组分，以质量份计：

膨润土20份，水泥80份，水120份，分散剂0.6份，水玻璃167份，其中，所述水玻璃为波美度为35°Bé的钠水玻璃，所述膨润土为钠基膨润土。

其制备方法，包括如下步骤（以质量份计）：

（1）将20份膨润土、80份水泥、0.6份碳酸钠分散剂加入水中，搅拌均匀，得到A液；

（2）将水加入167份波美度为35°Bé的钠水玻璃中，搅拌均匀，得到B液；

（3）将A液和B液按体积比1：1混合均匀，得到所述膨润土基注浆材料。

（4）在保持上述步骤（1）和步骤（2）中水的总加入量120份不变的前提下，分别调整A液、B液中水的加入量，具体操作参照实施例二中对水的调整确定A液和B液水的加量。

将本实施例应用于粘土夹卵石地层的施工现场，经现场检测，析水率23.5%，凝胶时间43s，3d抗压强度5.32MPa，渗透系数8.77×10^-7cm/s，与现有技术相比，每延米节约90.33元。

实施例四：

所述膨润土基注浆材料包括以下组分，以质量份计：

膨润土50份，水泥50份，水160份，分散剂1.5份，水玻璃200份，其中，所述水玻璃为波美度为40°Bé的钠水玻璃，所述膨润土为钠基膨润土。

（1）将50份水泥加入水中，搅拌均匀，得到A液；

（2）将200份波美度为40°Bé的钠水玻璃、50份膨润土、1.5份分散剂加入水中，搅拌均匀，得到B液；

（3）将A液和B液按体积比1：1混合均匀，得到所述膨润土基注浆材料。

（4）在保持上述步骤（1）和步骤（2）中水的总加入量160份不变的前提下，分别调整A液、B液中水的加入量，具体操作参照实施例二中对水的调整确定A液和B液水的加量。

对比实施例三、四，为防止浆液流动性变差，当膨润土占比小于35份时，保持总加水量不变，只调整A液和B液中水的加入量至体积比为1:1即可；当膨润土比例大于或等于35份时，可将A液中膨润土调整至B液中，保持总加水量不变，调整A液和B液中水的加入量至积比为1: 1。经试验确认，除A液和B液粘度发生改变外，混合液凝胶时间、结石体强度、结石体抗渗性改变小于0.5%，可认为无变化。此外，实施例四相比实施例三中B液加水量增大，使浆液流动性增大，故可忽略粘度变化。

本发明技术方案在北京地铁八号线三期01标施工中，进行了试验，取得了良好的效果，浆液指标的确定主要根据前一循环的开挖效果和地层揭露、地下水赋存情况确定，检测数据均取自施工现场。其中，工况一的前一循环开挖面顶部主要为粘土卵石互层，有水囊，因此，主要考虑浆液的抗渗效果，采用实施例一。工况二的前一循环开挖面顶部为砂卵石地层，较为松散且存在少量渗水，因此，主要考虑结石体强度，保证加固效果，采用了实施例二的方案。工况三的前一循环开挖面顶部主要为粘土地层，偶见卵石分布，由于第三次现场试验为人防段，开挖面扩大、洞顶抬升，可能会遇到地下水。因此，主要考虑浆液的注入率和抗渗性，采用实施例三的技术方案。

通过上述实施例一~四与现有技术对比可知，本发明解决了注浆浆液在砂卵石地层中扩散不均匀问题，并且具有较好的堵水防渗效果，与原现有技术中浆液结石体相比，抗水侵作用明显，析水率和渗透系数大幅降低，所用材料价廉易得且无毒，配置方式简单，不用加过多添加剂，更适合在现场的实际应用。在注浆过程中，视地层涌水量的大小和岩层的可注性差异，可以选择不同比例的膨润土加入，及时调节A液与B液体积比，可使浆液流动性好、稳定性好、凝胶时间可控，结石体强度适中、防渗性好。

本发明在原有水泥-水玻璃的浆液的基础上引入大掺量的膨润土作为稳定剂，并使用碳酸钠作为分散剂，配制出了价格低廉、稳定性好、防渗性优良的注浆材料。其中，膨润土是以蒙脱石类矿物为主要成分的粘土，是一种含水的铝硅酸盐矿物，其颗粒极细，易水化膨胀，造浆率高，而且资源丰富，价格低廉。针对现有技术存在的问题，膨润土在水中高度分散搭接成网络结构，使大量的自由水转变为网络结构中的束缚水，增强了浆液的稳定性，改善了传统水泥-水玻璃浆液在富水砂卵石地层中浆液易受水冲刷和稀释的缺点；细小的膨润土颗粒在静电吸引力及自身粘结力作用下会附着在相对较大的水泥颗粒表面，由于膨润土浆液良好的保水润滑性和流动性可将水泥颗粒悬浮并携带到更远更细小的地层裂隙中去，防止了浆液过早失水而离析，注入地层后的膨润土也会继续水化膨胀，达到了更为理想的加固防渗效果；大掺量的膨润土也降低了水泥的用量，降低了浆液的工程造价，更加利于环境保护。

所述分散剂碳酸钠粉末是一种强碱弱酸盐，水解使浆液呈碱性，膨润土在碱性分散介质中，颗粒端面带负电，颗粒间斥力增加，使得膨润土分散性提高，进一步提高了浆液的分散性；并且碳酸钠能够提高早期强度，与水泥里的钙离子反应生成碳酸钙，进而减少注浆材料的孔隙率，使结石体变的更加密实。

综上所述，本发明通过对膨润土基注浆材料的实验研究，不仅确定了最佳配合比，而且从理论上分析了膨润土基注浆技术的可行性。对比传统的水泥-水玻璃注浆材料，具有稳定性好、造价低廉、绿色环保、取材方便的特点，并具有更好的防渗堵水效果，在富水砂卵石地层中具有广阔的发展应用前景。

以上对本发明所提供的膨润土基注浆材料及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种膨润土基注浆材料，其特征在于：按质量份数计，包括以下组分：

膨润土 20~50份，

水泥50~80份，

水120~160份，

水玻璃40~200份，

分散剂0.6~1.5 份。

2.根据权利要求1所述的膨润土基注浆材料，其特征在于：所述水玻璃为钠水玻璃，波美度为30~40°Bé。

3.根据权利要求2所述的膨润土基注浆材料，其特征在于：所述膨润土为钠基膨润土。

4.根据权利要求3所述的膨润土基注浆材料，其特征在于：所述分散剂为碳酸钠。

5.一种如权利要求1~4中任一项所述的膨润土基注浆材料的制备方法，包括如下步骤：

将膨润土、水泥、分散剂加入水中，搅拌均匀，得到A液；

将水玻璃作为B液；

将A液和B液按1:0.2~0.4的体积比混合均匀，得到所述膨润土基注浆材料。

6.一种如权利要求1~4中任一项所述的膨润土基注浆材料的制备方法，包括如下步骤：

将膨润土、水泥、分散剂加入水中，搅拌均匀，得到A液；

将水加入水玻璃中，搅拌均匀，得到B液；

将A液和B液按体积比1:1混合均匀，得到所述膨润土基注浆材料。

7.一种如权利要求1~4中任一项所述的膨润土基注浆材料的制备方法，包括如下步骤：

将水泥加入水中，搅拌均匀，得到A液；

将水玻璃、膨润土、分散剂加入水中，搅拌均匀，得到B液；

将A液和B液按体积比1:1混合均匀，得到所述膨润土基注浆材料。