CN109553346B - 一种动水条件下使用的复合浆液及其制备方法 - Google Patents

一种动水条件下使用的复合浆液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及注浆工程领域，更具体地说，涉及一种在动水条件下使用的注浆复合浆液及其制备方法。是由下列重量份的组分制成的，普通硅酸盐水泥100份，煤系偏高岭土5～10份，减水剂1.0～1.5份，消泡剂0.05～0.1份，聚丙烯酰胺0.1～0.4份，聚乙烯醇0.1～0.3份，水60～120份，液体速凝剂3～5份。本发明所述的一种在动水条件下使用的注浆复合浆液，基于高分子改性作用机制，进行组分筛选，研制出一种具有无毒、安全，生成物稳定性好，不易溶解于水中，且在动水条件下留存率高、抗分散性好等优点的复合浆液，这就解决了水泥浆液留存率低、抗分散性差和有机浆液存在毒性、生成物不稳定等问题。

Description

一种动水条件下使用的复合浆液及其制备方法
技术领域
本发明涉及注浆工程领域，更具体地说，涉及一种在动水条件下使用的注浆复合浆液及其制备方法。
背景技术
随着我国交通网络的完善、矿山与水利水电工程的开发向大埋深方向发展，地下工程建设面临着更加复杂的水文地质环境。突涌水灾害屡有发生，已成为工程建设期间常见的水文地质灾害，也是运营期间主要的安全威胁。在突涌水灾害治理中，注浆法是最常见的方法。
通常来说，注浆材料是注浆治理的关键因素。现有的注浆材料中，水泥浆液稳定性差、凝结时间长，容易被地下水稀释、冲散，难以满足浆液抗分散性要求；化学浆液可能存在毒性，对生态环境存在威胁，生成物不稳定、容易溶解于水中，且价格昂贵，限制了其大规模应用。
发明内容
本发明为了解决现有的注浆材料不适用于在动水条件下使用的问题，提供了一种在动水条件下使用的注浆复合浆液及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种在动水条件下使用的注浆复合浆液，是由下列重量份的组分制成的，普通硅酸盐水泥100份，煤系偏高岭土5～10份，减水剂1.0～1.5份，消泡剂0.05～0.1份，聚丙烯酰胺0.1～0.4份，聚乙烯醇0.1～0.3份，水60～120份，液体速凝剂3～5份。
作为本发明注浆复合浆液技术方案的进一步改进，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
作为本发明注浆复合浆液技术方案的进一步改进，所述消泡剂为聚醚类消泡剂。即GPE型消泡剂，它是在聚丙二醇链节末端再加成环氧乙烷，成为链端是亲水基的聚氧乙烯氧丙烯甘油，亲水性好，起到消泡的作用。
作为本发明注浆复合浆液技术方案的进一步改进，所述液体速凝剂为液态铝酸钠盐速凝剂。能直接参与硅酸盐水泥水化而加速水泥的凝结，与石膏结合，阻止水泥颗粒表面形成钙矾石，而使C3A立即反应，起到调控浆液凝结的作用。
本发明进一步提供了一种在动水条件下使用的注浆复合浆液的制备方法，包括以下步骤：
(1)、按复合浆液组分的重量份进行称量；
(2)、取聚丙烯酰胺和聚乙烯醇倒入水中，以不超过300r/min的搅拌速度(防止破坏链状结构)，至少搅拌30min，直至聚合物完全溶解于水中；
(3)、取减水剂和液体速凝剂、消泡剂倒入步骤(2)的溶液中，直至溶液搅拌均匀为止；(4)、取普通硅酸盐水泥和煤系偏高岭土组分倒入搅拌锅中，直至搅拌均匀为止；
(5)、将步骤(3)溶液倒入步骤(4)中，匀速混合，直至搅拌均匀；
以上各步骤均是在常温、常压下进行。
本发明所述的一种在动水条件下使用的注浆复合浆液，基于高分子改性作用机制，进行组分筛选，研制出一种具有无毒、安全，生成物稳定性好，不易溶解于水中，且在动水条件下留存率高、抗分散性好等优点的复合浆液，这就解决了水泥浆液留存率低、抗分散性差和有机浆液存在毒性、生成物不稳定等问题。另外，在保证复合浆液性能的前提下，应尽可能地降低浆液的成本。所以，选用煤系偏高岭土部分代替水泥，这不仅使煤系偏高岭土变废为宝，保护生态环境，降低浆液的成本，还因煤系偏高岭土具有火山灰活性，可以改善复合浆液的微观结构，提高其力学性能。
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，下面描述中的附图仅仅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为本发明所采用的留存率测试装置。
图2为本发明所述一种在动水条件下使用的注浆复合浆液的制备流程图。
图中：1-水箱，2-伸缩管，3-阀门，4-层流箱，5-挡水板，6-冲刷槽。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。
通过室内试验，从复合浆液的抗分散性、力学性能和凝结时间等主要性能方面展开研究。为了研究复合浆液的抗分散性，本发明特采用了一种留存率测试装置，该装置包括高度可调节的水箱1，连通于水箱1底部的伸缩管2，安装于伸缩管2出水端上的阀门3，安装于伸缩管2出水端端部的层流箱4，所述层流箱4与伸缩管2出水端端部相连通并且层流箱4内部与水流方向相垂直的设有至少一块开有若干出水孔的挡水板5，层流箱4的出水端连通有冲刷槽6，冲刷槽6内能够放置复合浆液制成的试样。在本发明中，可通过调节水箱1的高度来调整挡水板5出水处的水流速度，并且本发明冲刷槽6内的水可通过循环泵抽送至水箱1中。并且本发明中，浆液的留存率测试是制备好的复合浆液的试样称重，然后立刻置于冲刷槽6内，并且在一定的水流速度下放置3小时，然后取出试样，然后再次称重。
另外本发明室内试验的力学性能测试及凝结时间测试均是按照本领域常规测试方式实现的。
本发明的抗分散性机理：
试验选用的聚丙烯酰胺和聚乙烯醇为水溶性高分子，其提高复合浆液抗分散性的原理：①高分子长链亲水结构能在水泥微粒之间起到联接和桥架作用，形成空间柔性网络结构；②长链末端带有多种取代基，与浆体中的水化产物结合，形成稳定的键合作用，可增强空间网络结构。
试验表明：浆液具有良好的抗分散性，在水流速度不大于0.3m/s时，其留存率70％以上，当水流速度大于0.3m/s时，浆液的留存率才逐步降低。
浆液结石体的力学性能良好，前期强度增长比水泥浆液要快，后期强度(14d和28d)比水泥浆液略大。
浆液的初凝时间和终凝时间从十几分钟～几十分钟范围内可调，且凝结时间间隔适宜，满足注浆的操作性要求。
复合浆液的抗分散性来源于聚合物高分子——聚丙烯酰胺和聚乙烯醇，试验表明：聚合物双组分较单组分和不掺加聚合物时对复合浆液的抗分散性能均有所提高，同时对复合浆液的力学性能也有所改善，对其凝结时间影响较小。这说明这两种聚合物组分在复合浆液中同时发挥着作用，又不同程度地相互影响着。
实施例1
试验水灰比为1.0，按如下配比制备复合浆液(加料顺序按本发明所述的制备方法)：
1)PC-1:普通硅酸盐水泥100份，煤系偏高岭土10份，聚羧酸减水剂1.0份，聚醚类消泡剂0.05份，聚丙烯酰胺0.15份，聚乙烯醇0.1份，水100份，液态铝酸钠盐速凝剂3份；
2)PC-2:普通硅酸盐水泥100份，煤系偏高岭土10份，聚羧酸减水剂1.0份，聚醚类消泡剂0.05份，聚丙烯酰胺0.25份，水100份，液态铝酸钠盐速凝剂3份；
3)PC-3:普通硅酸盐水泥100份，煤系偏高岭土10份，聚羧酸减水剂1.0份，聚醚类消泡剂0.05份，聚乙烯醇0.25份，水100份，液态铝酸钠盐速凝剂3份；
4)PC-4:普通硅酸盐水泥100份，煤系偏高岭土10份，聚羧酸减水剂1.0份，聚醚类消泡剂0.05份，水100份，液态铝酸钠盐速凝剂3份；
试验结果分析：
①抗分散性：通过抗分散性试验，测得4组浆液在0.2m/s流速下的留存率分别为78％、74％、73％、56％。
②力学性能(抗压强度)和凝结时间：
Figure BDA0001901103020000031
(2)在保证浆液性能的基础上，复合浆液采用煤系偏高岭土代替部分水泥，不仅使浆液的成本降低，还使煤矿固废变废为宝，节约资源，保护环境。另外，煤系偏高岭土颗粒粒径小，具有较强的火山灰性质，可以充填复合浆液的孔隙，改善其微观结构，从而提高其抗分散性和力学性能。
实施例2
试验水灰比为1.0，按如下配比制备复合浆液(加料顺序按本发明所述的制备方法)：
1)PC-1:普通硅酸盐水泥100份，煤系偏高岭土10份，聚羧酸减水剂1.0份，聚醚类消泡剂0.05份，聚丙烯酰胺0.15份，聚乙烯醇0.1份，水100份，液态铝酸钠盐速凝剂3份；
2)PC-5:普通硅酸盐水泥110份，聚羧酸减水剂1.0份，聚醚类消泡剂0.05份，聚丙烯酰胺0.15份，聚乙烯醇0.1份，水110份，液态铝酸钠盐速凝剂3份；
①浆液成本：42.4普通硅酸盐水泥250元/吨～300元/吨，煤系偏高岭土200元/吨～250元/吨，用煤系偏高岭土部分代替普通硅酸盐水泥，可降低浆液的成本。
②留存率和力学性能(抗压强度)：
Figure BDA0001901103020000032
(3)聚合物水溶液的粘度直接影响着复合浆液的抗分散性能，而聚合物水溶液的粘度与搅拌速度相关。目前，对复合浆液的现场制备流程缺乏指导，本发明提出的复合浆液制备方法不仅解决了聚合物水溶液粘度性质不稳定的问题，还可规范复合浆液的制备，保证了浆液的抗分散性和力学性能等。
实施例3
试验水灰比为1.0，按如下配比制备复合浆液(加料顺序按本发明所述的制备方法)：
1)PC-1:普通硅酸盐水泥100份，煤系偏高岭土10份，聚羧酸减水剂1.0份，聚醚类消泡剂0.05份，聚丙烯酰胺0.15份，聚乙烯醇0.1份，水100份，液态铝酸钠盐速凝剂3份；聚合物水溶液的搅拌速度250r/min，搅拌30分钟。
2)PC-6:普通硅酸盐水泥100份，煤系偏高岭土10份，聚羧酸减水剂1.0份，聚醚类消泡剂0.05份，聚丙烯酰胺0.15份，聚乙烯醇0.1份，水100份，液态铝酸钠盐速凝剂3份；聚合物水溶液的搅拌速度400r/min，搅拌30分钟。
试验分析：
①抗分散性：通过抗分散性试验，测得2组浆液在0.2m/s流速下的留存率分别为78％、72％。
②力学性能
Figure BDA0001901103020000041
实施例4
一种在动水条件下使用的注浆复合浆液的制备方法，包括以下步骤：
(1)、按复合浆液组分的重量份进行称量；
(2)、取聚丙烯酰胺和聚乙烯醇倒入水中，以不超过300r/min的搅拌速度，至少搅拌30min，直至聚合物完全溶解于水中；
(3)、取减水剂和液体速凝剂、消泡剂倒入步骤(2)的溶液中，直至溶液搅拌均匀为止；
(4)、取普通硅酸盐水泥和煤系偏高岭土组分倒入搅拌锅中，直至搅拌均匀为止；
(5)、将步骤(3)溶液倒入步骤(4)中，匀速混合，直至搅拌均匀；
以上各步骤均是在常温、常压下进行。
其中复合浆液的原料配比为：
1)PC-7:普通硅酸盐水泥100份，煤系偏高岭土5份，聚羧酸减水剂1.5份，聚醚类消泡剂0.1份，聚丙烯酰胺0.4份，聚乙烯醇0.3份，水120份，液态铝酸钠盐速凝剂5份；聚合物水溶液的搅拌速度280r/min，搅拌30分钟。
2)PC-8:普通硅酸盐水泥100份，煤系偏高岭土8份，聚羧酸减水剂1.2份，聚醚类消泡剂0.08份，聚丙烯酰胺0.1份，聚乙烯醇0.2份，水60份，液态铝酸钠盐速凝剂3份；聚合物水溶液的搅拌速度280r/min，搅拌30分钟。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种在动水条件下使用的注浆复合浆液，其特征在于，是由下列重量份的组分制成的，普通硅酸盐水泥100份，煤系偏高岭土5～10份，减水剂1.0～1.5份，消泡剂0.05～0.1份，聚丙烯酰胺0.1～0.4份，聚乙烯醇0.1～0.3份，水60～120份，液体速凝剂3～5份；所述消泡剂为聚醚类消泡剂；所述液体速凝剂为液态铝酸钠盐速凝剂。
2.根据权利要求1所述的一种在动水条件下使用的注浆复合浆液，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
3.权利要求1或2所述的一种在动水条件下使用的注浆复合浆液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、按复合浆液组分的重量份进行称量；
（2）、取聚丙烯酰胺和聚乙烯醇倒入水中，以不超过300r/min的搅拌速度，至少搅拌30min，直至聚合物完全溶解于水中；
（3）、取减水剂和液体速凝剂、消泡剂倒入步骤（2）的溶液中，直至溶液搅拌均匀为止；
（4）、取普通硅酸盐水泥和煤系偏高岭土组分倒入搅拌锅中，直至搅拌均匀为止；
（5）、将步骤（3）溶液倒入步骤（4）中，匀速混合，直至搅拌均匀；
以上各步骤均是在常温、常压下进行。
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