CN109020361A - 一种高流速大流量动水封堵纤维注浆材料及其制备方法 - Google Patents

一种高流速大流量动水封堵纤维注浆材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高流速大流量动水封堵注浆材料及其制备方法，属于动水封堵材料的制备领域。所述注浆材料包括纤维、胶凝材料、速凝材料，所述纤维包括聚丙烯单丝纤维、纤维素纤维、聚丙烯网状纤维中的一种；所述方法包括如下步骤：1)将胶凝材料制成注浆浆体；2)在步骤1)的注浆浆体中加入纤维，搅拌均匀，然后加入速凝剂，进行注浆，即可。本发明的注浆材料具有流动性好、抗动水分散性好，凝结时间可调，操作简便的特点，其在水流速度较小时能够形成完整结石体，在水流速度较大时能够形成若干结石块，作为骨料充填至动水通道中，起到填充止水的作用，是一种良好的动水封堵注浆材料。

Description

一种高流速大流量动水封堵纤维注浆材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及动水封堵材料的制备领域，尤其涉及一种高流速大流量动水封堵纤维注浆材料及其制备方法。
背景技术
我国西南地区岩溶发育强烈，出露地表岩溶面积占56％，降雨渗入地下极快，入渗后迅速转换为地下径流。岩溶地区矿山、隧道及深基坑等实施过程中，常常揭露隐伏的岩溶管道、暗河或溶洞，其补给来源广泛、充足，常造成严重的突涌水灾害。而所揭露的地下岩溶管道内水量大，水流速度快，普通抗动水注浆材料难以满足封堵要求。单纯水泥-水玻璃浆液在水中溶解度大，后期强度与体积均出现较大程度倒缩，抗冲刷性能差；改性水泥-水玻璃浆液虽然解决了水玻璃初凝时间可控范围较窄的缺点，但水流速度大于0.5m/s情况下，留存率仍较低；化学注浆材料种类多样，虽然具有优良的性能，但其存在对环境危害较大，耐久性差，扩散距离短，造价高的缺陷。因此，研发一种成本低、操作简便对环境无污染的水泥基高流速大流量抗动水注浆材料的迫在眉睫。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种高流速大流量动水封堵纤维注浆材料及其制备方法，本发明的注浆材料具有流动性好、抗动水分散性好，凝结时间可调，操作简便的特点，其在水流速度较小时能够形成完整结石体，在水流速度较大时能够形成若干结石块，作为骨料充填至动水通道中，起到填充止水的作用，是一种良好的动水封堵注浆材料。
本发明的目的之一是提供一种高流速大流量动水封堵纤维注浆材料。
本发明的目的之二是提供一种高流速大流量动水封堵注浆材料的现场制备方法。
本发明的目的之三是提供高流速大流量动水封堵注浆材料及其现场制备方法的应用。
为实现上述发明目的，具体的，本发明公开了下述技术方案：
首先，本发明公开了一种高流速大流量动水封堵纤维注浆材料，包括：纤维、胶凝材料、速凝材料，其中，所述胶凝材料为普通硅酸盐水泥，所述纤维包括聚丙烯单丝纤维、纤维素纤维、聚丙烯网状纤维中的一种，所速凝材料包括水玻璃等。
所述聚丙烯单丝纤维的含量为：每立方胶凝材料中掺加0.5-0.7kg。
所述纤维素纤维的含量为：每立方胶凝材料中掺加0.5-0.6kg。
所述聚丙烯网状纤维的含量为：每立方胶凝材料中掺加0.4-0.5kg。
优选的，所述普通硅酸盐水泥强度等级为P.O32.5-P.O42.5，勃氏比表面积为300-350m2/kg。
优选的，所述聚丙烯单丝纤维长度为9-16mm。
优选的，所述纤维素纤维长度为9-12mm。
优选的，所述聚丙烯网状纤维长度为8-12mm。
优选的，所述聚丙烯单丝纤维的直径为18-48μm，优选为30-48。
优选的，所述纤维素纤维的直径为15-20μm。
优选的，所述聚丙烯网状纤维的直径为50-100μm。
其次，本发明公开了一种高流速大流量动水封堵注浆材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将胶凝材料制成注浆浆体；
2)在步骤1)的注浆浆体中加入纤维，搅拌均匀，然后加入速凝剂，进行注浆，即可。
优选的，所述高流速大流量动水封堵注浆材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将普通硅酸盐水泥按照水灰比0.8-1制成注浆浆体，制浆过程中需要不停搅拌；
(2)按照每立方注浆浆体中掺加聚丙烯单丝纤维0.5-0.7kg或纤维素纤维0.5-0.6kg或聚丙烯网状纤维0.4-0.5kg的标准向步骤(1)中的注浆材料中添加纤维；
(3)将速凝材料与步骤(2)中添加纤维后的注浆浆体混合，进行注浆，即可。
优选的，步骤(1)中，所述普通硅酸盐水泥强度等级为P.O32.5-P.O42.5，勃氏比表面积为300-350m2/kg。普通硅酸盐水泥具有技术成熟，性能稳定，材料来源广的特点，能够配合多种速凝外加剂使用。
优选的，步骤(2)中，所述聚丙烯单丝纤维长度为9-16mm。
优选的，步骤(2)中，所述纤维素纤维长度为9-12mm。
优选的，步骤(2)中，所述聚丙烯网状纤维长度为8-12mm。
优选的，步骤(2)中，所述聚丙烯单丝纤维的直径为18-48μm。
优选的，步骤(2)中，所述纤维素纤维的直径为15-20μm。
优选的，步骤(2)中，所述聚丙烯网状纤维的直径为50-100μm。
优选的，步骤(2)中，所述速凝剂的添加量根据凝结时间的需要灵活调节，优选为：速凝剂与注浆浆体体积比为1:5-1:2。
优选的，步骤(2)中，所述速凝剂为波美度25-40的水玻璃。
最后，本发明公开了高流速大流量动水封堵注浆材料及其现场制备方法在岩溶管道涌水注浆、水下混凝土结构及盾构隧道的突涌水注浆中的应用。
本发明纤维材料改善注浆材料的抗分散性的原理是：这些纤维在加入注浆浆体搅拌之前为片状，将其加入注浆浆体搅拌后就会形成网状，且纤维均匀分布在注浆浆体中，在浆体初凝开始后，网状的纤维之间相互拉扯，形成注浆浆体的骨架，而浆体则附着在纤维表面，再加上纤维的乱序排列，能够形成复杂的三维网状结构，能够对注浆浆体起到良好的稳定最用，大大提高浆体的抗动水冲刷能力，防止封堵过程中浆体被分散；同时，本发明加入纤维的另一个作用是减少结石体的收缩裂缝，增强结石体的抗渗能力，抗腐蚀能力，大幅提高结石体的耐久性。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：
(1)本发明所述的速凝材料或新型注浆材料能够有效缩短水泥浆液的初凝时间，凝结时间需在一定范围时间可调，能够适应不同距离的注浆。
(2)本发明所述的注浆材料具有灵活的可调性，可根据工况环境的需要，选择适当速凝剂或新型注浆材料，精确控制其凝结时间和早期强度，初凝时间可在30s-30min中可调，方便现场施工。
(3)本发明所述注浆材料在0.6-0.8m/s水速条件下具有抗动水冲刷性，在水流速度较小时能够形成完整结石体，在水流速度较大时能够形成若干结石块，作为骨料充填至动水通道中，起到填充止水作用。
(4)本发明所述的注浆材料加入聚丙纤维后具有较好的抗裂能力，较强的抗渗抗腐蚀能力，能够有效提高材料的耐久性。
(5)本发明的注浆材料适用范围广，且成本低，施工性能好，可用于治理岩溶管道及较大裂隙的涌水注浆，改造水下混凝土结构及盾构隧道的突涌水注浆领域，综合性能优异，具有较好的经济效益和社会效益。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为实施例1和对比例制备的动水封堵注浆材料的水流速度与浆液留存率的关系。
图2为实施例1制备的动水封堵注浆材料在出水口处的结石体样品。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，下岩溶管道内水量大，水流速度快，普通抗动水注浆材料难以满足封堵要求。化学注浆材料虽然具有优良的性能，但其存在对环境危害较大，耐久性差，扩散距离短，造价高的缺陷。因此，研发一种成本低、操作简便对环境无污染的水泥基高流速大流量抗动水注浆材料的迫在眉睫，为此，本发明提出一种高流速大流量动水封堵注浆材料及其制备方法，下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。
本实施例所用普通硅酸盐水泥购自华润水泥(平南)水泥厂。
本实施例中所用的聚丙烯单丝纤维、纤维素纤维、聚丙烯网状纤维赣州大业金属纤维有限公司。
实施例1
一种高流速大流量动水封堵注浆材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照水灰比0.8，先将水加入搅拌罐中，然后加入水泥(强度等级P.O42.5，勃氏比表面积为300-350m2/kg)，在进行配置过程中，水泥需不停搅拌；
(2)按照每立方注浆浆体中掺加聚丙烯单丝纤维0.5kg的标准向步骤(1)中的注浆材料中添加纤维，所述聚丙烯单丝纤维的长度为9mm，直径为30-48μm；
(3)将波美度为40的水玻璃与步骤(2)中添加纤维后的注浆浆体按照体积比为1:5混合，运用双液注浆泵注入钻孔中，即可。
将本实施例现场的浆体注入钻孔后，与相同比率单纯注入水泥-水玻璃浆体(对比例)比较，出水口处跑浆速率明显减小，并在出水口处现2-5cm不等的水泥结石体(如图2所示)，该出水口也随之迅速被封堵，动水封堵效果良好。由图1可知，当加入一定量聚丙烯纤维后，浆液留存率明显提升。
实施例2
一种高流速大流量动水封堵注浆材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照水灰比1.0，先将水加入搅拌罐中，然后加入水泥(强度等级P.O32.5，勃氏比表面积为300-350m2/kg)，在进行配置过程中，水泥需不停搅拌；
(2)按照每立方注浆浆体中掺加聚丙烯单丝纤维0.7kg的标准向步骤(1)中的注浆材料中添加纤维，所述聚丙烯单丝纤维的长度为16mm，直径为18-30μm；
(3)将波美度为39的水玻璃与步骤(2)中添加纤维后的注浆浆体按照体积比为1:4混合，运用双液注浆泵注入钻孔中，即可。
实施例3
一种高流速大流量动水封堵注浆材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照水灰比0.9，先将水加入搅拌罐中，然后加入水泥(强度等级P.O42.5，勃氏比表面积为300-350m2/kg)，在进行配置过程中，水泥需不停搅拌；
(2)按照每立方注浆浆体中掺加纤维素纤维0.5kg的标准向步骤(1)中的注浆材料中添加纤维，所述聚丙烯单丝纤维的长度为9mm，直径为15-20μm；
(3)将波美度为40的水玻璃与步骤(2)中添加纤维后的注浆浆体按照体积比为1:5混合，运用双液注浆泵注入钻孔中，即可。
实施例4
一种高流速大流量动水封堵注浆材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照水灰比0.8，先将水加入搅拌罐中，然后加入水泥(强度等级P.O32.5，勃氏比表面积为300-350m2/kg)，在进行配置过程中，水泥需不停搅拌；
(2)按照每立方注浆浆体中掺加纤维素纤维0.6kg的标准向步骤(1)中的注浆材料中添加纤维，所述聚丙烯单丝纤维的长度为12mm，直径为15-20μm；
(3)将波美度为40的水玻璃与步骤(2)中添加纤维后的注浆浆体按照体积比为1:4混合，运用双液注浆泵注入钻孔中，即可。
实施例5
一种高流速大流量动水封堵注浆材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照水灰比1.0，先将水加入搅拌罐中，然后加入水泥(强度等级P.O42.5，勃氏比表面积为300-350m2/kg)，在进行配置过程中，水泥需不停搅拌；
(2)按照每立方注浆浆体中掺加纤维素纤维0.4kg的标准向步骤(1)中的注浆材料中添加纤维，所述聚丙烯单丝纤维的长度为8mm，直径为50-100μm；
(3)将波美度为40的水玻璃与步骤(2)中添加纤维后的注浆浆体按照体积比为1:5混合，运用双液注浆泵注入钻孔中，即可。
实施例6
一种高流速大流量动水封堵注浆材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照水灰比1.0，先将水加入搅拌罐中，然后加入水泥(强度等级P.O42.5，勃氏比表面积为300-350m2/kg)，在进行配置过程中，水泥需不停搅拌；
(2)按照每立方注浆浆体中掺加纤维素纤维0.5kg的标准向步骤(1)中的注浆材料中添加纤维，所述聚丙烯单丝纤维的长度为12mm，直径为50-100μm；
(3)将波美度为40的水玻璃与步骤(2)中添加纤维后的注浆浆体按照体积比为1:5混合，运用双液注浆泵注入钻孔中，即可。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动水封堵注浆材料，其特征在于：所述注浆材料包括：纤维、胶凝材料、速凝材料，所述纤维包括聚丙烯单丝纤维、纤维素纤维、聚丙烯网状纤维中的一种。
2.如权利要求1所述的动水封堵注浆材料，其特征在于：所述聚丙烯单丝纤维的含量为：每立方胶凝材料中掺加0.5-0.7kg；或，所述纤维素纤维的含量为：每立方胶凝材料中掺加0.5-0.6kg；或，所述聚丙烯网状纤维的含量为：每立方胶凝材料中掺加0.4-0.5kg。
3.如权利要求1所述的动水封堵注浆材料，其特征在于：所述聚丙烯单丝纤维长度为9-16mm；或，所述纤维素纤维长度为9-12mm；或，所述聚丙烯网状纤维长度为8-12mm。
4.如权利要求1所述的动水封堵注浆材料，其特征在于：所述聚丙烯单丝纤维的直径为18-48μm，优选为30-48；或，所述纤维素纤维的直径为15-20μm；或，所述聚丙烯网状纤维的直径为50-100μm。
5.如权利要求1-4任一项所述的动水封堵注浆材料，其特征在于：其中，所述胶凝材料为普通硅酸盐水泥，优选的，所述普通硅酸盐水泥强度等级为P.O32.5-P.O42.5，勃氏比表面积为300-350m2/kg，优选的，所速凝材料为波美度40的水玻璃。
6.如权利要求1-5任一项所述的动水封堵注浆材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将胶凝材料制成注浆浆体；
2)在步骤1)的注浆浆体中加入纤维，搅拌均匀，然后加入速凝剂，进行注浆，即可。
7.如权利要求6所述的动水封堵注浆材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将普通硅酸盐水泥按照水灰比0.8-1制成注浆浆体，制浆过程中需要不停搅拌；
(2)按照每立方注浆浆体中掺加聚丙烯单丝纤维0.5-0.7kg或纤维素纤维0.5-0.6kg或聚丙烯网状纤维0.4-0.5kg的标准向步骤(1)中的注浆材料中添加纤维；
(3)将速凝材料与步骤(2)中添加纤维后的注浆浆体混合，进行注浆，即可。
8.如权利要求7所述的动水封堵注浆材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述普通硅酸盐水泥强度等级为P.O32.5-P.O42.5，勃氏比表面积为300-350m2/kg；
或，步骤(2)中，所述聚丙烯单丝纤维长度为9-16mm；
或，步骤(2)中，所述纤维素纤维长度为9-12mm；
或，步骤(2)中，所述聚丙烯网状纤维长度为8-12mm。
9.如权利要求7或8所述的动水封堵注浆材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述聚丙烯单丝纤维的直径为18-48μm；
或，步骤(2)中，所述纤维素纤维的直径为15-20μm；
或，步骤(2)中，所述聚丙烯网状纤维的直径为50-100μm；
或，步骤(2)中，所述速凝剂与注浆浆体生物体积比为1:5，优选的，所述速凝剂为波美度40的水玻璃。
10.如权利要求1-5任一项所述的动水封堵注浆材料和/或如权利要求6-9任一项所述的制备方法在岩溶管道涌水注浆、水下混凝土结构及盾构隧道的突涌水注浆中的应用。
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