CN110002815A - 一种速凝抗水分散水泥基注浆材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种速凝抗水分散水泥基注浆材料，所述速凝抗水分散水泥基注浆材料由干粉料和水按重量比为1：0.36～0.40混合而成，其中，所述干粉料的原料及重量百分比为：91～94％的水泥，6～8％的速凝剂，0.03～0.05％的缓凝剂，0.1～0.2％的激发剂，0.2～0.3％减水剂，0.1～0.15％的增稠剂，0.1～0.2％的早强剂，0.05～0.1％的表面活性剂；上述材料凝结时间短，初凝时间不大于5min，且抗水分散性能好，在水下不分散，结石体强度高，1天抗压强度不小于5MPa，3天抗压强度不小于20MPa，可以很好的应用于隧道突涌水灾害的治理。

Description

一种速凝抗水分散水泥基注浆材料及制备方法

技术领域

本申请涉及建筑材料领域，尤其涉及一种速凝抗水分散水泥基注浆材料及制备方法。

背景技术

隧道突涌水灾害是我国隧道建设面临的最严重问题之一，造成的人员伤亡和经济损失在各类隧道地质灾害中位居首位。治理隧道突涌水最有效的方法是采用引流和注浆。注浆是指将注浆材料通过压力设备注入破碎带或裂隙内，浆液以充填、渗透、压密及劈裂等方式，驱赶破碎带或裂隙中的水并占据其空间位置，使注浆材料胶凝、固化后，达到堵水和加固的目的。

隧道突涌水流量大、流速快、情况紧急，要求注浆材料要具有可注性好、速凝、抗水分散和早强等特点。公开号为CN102557543A的中国发明专利申请公开了“一种高结石率水泥浆的配方”，但普通水泥浆的凝胶时间高达数个小时，且完全不抗水分散，无法用于治理突涌水。公开号为CN104030629A的中国发明专利申请公开了“一种半刚性基层加固注浆材料及其注浆方法”，缩短了水泥浆的凝胶时间，但未解决水泥浆的抗水分散问题，且结石体强度低，加固效果差。

发明内容

鉴于目前治理隧道突涌水灾害时水泥基注浆材料存在的上述不足，本申请提供一种速凝抗水分散水泥基注浆材料，凝结时间短，初凝时间不大于五分钟，且抗水分散性能好，在水下不分散，结石体强度高，1天抗压强度不小于5MPa，3天抗压强度不小于20MPa，可以很好的应用于隧道突涌水灾害的治理。

为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

一种速凝抗水分散水泥基注浆材料，其特征在于，由干粉料和水按重量比为1：0.36～0.40混合而成，其中，所述干粉料的原料及重量百分比为：

优选的，所述水泥为42.5#普通硅酸盐水泥或者52.5#普通硅酸盐水泥。

优选的，所述速凝剂为粉末状的铝酸钠或者硫酸铝。

优选的，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠或者柠檬酸。

优选的，所述激发剂为600目～800目的膨润土或者蒙脱土。

优选的，所述减水剂为粉末状的萘系减水剂或者粉末状的聚羧酸减水剂，减水率在25％以上，只需减水率在25％以上的粉末状的萘系减水剂或者粉末状的聚羧酸减水剂均可用于本申请的速凝抗水分散水泥基注浆材料。

优选的，所述的增稠剂为分子量为1000万～1800万的聚丙烯酰胺或黏度为150～200Pa·s羟丙基甲基纤维素。

优选的，所述的早强剂为硫酸钠或甲酸钙。

优选的，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠。

一种速凝抗水分散水泥基注浆材料的制备方法，包含如下步骤：

按重量比称取水泥、速凝剂、缓凝剂、激发剂、减水剂、增稠剂、早强剂和表面活性剂混合均匀，得到干粉料；

将得到的干粉料按重量比加入水中，搅拌均匀，得到速凝抗水分散水泥基注浆材料。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

注浆材料的可注性好，流动度不小于180mm；速凝剂的使用显著缩短了水泥浆的凝结时间，初凝时间不大于5min；增稠剂显著提高了水泥浆体系的内聚能，抗水分散性好，在水下不分散；速凝剂和早强剂的使用，提高了结石体的早期强度，1d抗压强度不小于5MPa，3d抗压强度不小于20MPa；用于治理隧道突涌水时，堵水和加固效果良好。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下实施例中的原料，如无特别说明，均为市售。例如，所述水泥可以采用上海海螺水泥有限责任公司生产的42.5#或52.5#普通硅酸盐水泥，所述的铝酸钠速凝剂可以采用济南裕沅生物科技有限公司生产的J85型速凝剂，所述的硫酸铝速凝剂可以采用济南鑫益化工有限公司生产的HD～4型速凝剂，所述的缓凝剂可以采用苏州逸祥化工科技有限公司生产的工业级葡萄糖酸钠或者柠檬酸，所述激发剂可以采用安吉县益国膨润土厂生产的600目～800目膨润土或蒙脱石，所述聚羧酸减水剂可以采用市售的希维迈XF～25混凝土用聚羧酸高性能减水剂，所述萘系减水剂可以采用济南金华峰辉生物科技有限公司生产的高效FDN～C混凝土萘系减水剂，所述的聚丙烯酰胺可以采用任丘市辉达化工有限公司生产的分子量为1000万～1800万的聚丙烯酰胺，所述的羟丙基甲基纤维素可以采用任丘市科维化工有限公司生产的黏度为 150～200Pa·s的羟丙基甲基纤维素，所述的早强剂可以采用上海昭硕实业有限公司生产的工业纯硫酸钠或甲酸钙。

根据JCT 729～2005国家标准中对慢速搅拌和快速搅拌的规定，对下述实施例中的干粉料和水进行慢速搅拌和快速搅拌。

以下实施例中的数据采用如下方法获得：根据国家标准GB/T 8077～2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》采用截锥圆模测定注浆材料的流动度；根据国家标准GB/T 1346～2011《水泥标准用水量、凝结时间、安定性检验方法》测定注浆材料的初凝时间；根据国家标准 GB/T 17671～1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》测定注浆材料的抗压强度；抗水分散性采用如下方法进行侧平价：在500mL玻璃烧杯中注入300mL水，然后将制备好的约200g的注浆材料在烧杯上方 (10～15)cm处呈细流状，在(10～15)s内缓慢连续地注入烧杯中，观察水泥浆体的分散和水体的浑浊情况。

实施例1

一种速凝抗水分散水泥基注浆材料，称取如下重量比的原料： 91.3％的42.5#的普通硅酸盐水泥，8％的硫酸铝，0.05％柠檬酸，0.1％的膨润土，0.28％的聚羧酸减水剂，0.1％的聚丙烯酰胺，0.1％的甲酸钙， 0.07％十二烷基硫酸钠，将上述原料加入粉料干混机中搅拌均匀，得到干粉料；

将与上述干粉料：水的重量比为1：0.38的水加入水泥净浆搅拌机中，然后小心的加入上述干粉料，启动搅拌机慢速搅拌30～45秒后，再快速搅拌60～90秒，得到速凝抗水分散水泥基注浆材料。

然后对速凝抗水分散水泥基注浆材料进行了流动度，抗水分散性能，初凝时间和抗压强度进行了测试，具体的测试数据见表1。

此外，为方便查看各实施例的投料数据，在表2中列出了各实施例中的原料及投料重量比，在表3中列出了各实施例中速凝抗水分散水泥基注浆材料与水的重量比。

实施例2

一种速凝抗水分散水泥基注浆材料，称取如下重量比的原料： 91.7％的42.5#的普通硅酸盐水泥，7.5％的铝酸钠，0.04％葡萄糖酸钠， 0.15％的蒙脱土，0.26％的聚羧酸减水剂，0.12％的羟丙基甲基纤维素， 0.15％的硫酸钠，0.08％十二烷基苯磺酸钠，将上述原料加入粉料干混机中搅拌均匀，得到干粉料；

将与上述干粉料：水的重量比为1：0.39的水加入水泥净浆搅拌机中，然后小心的加入上述干粉料，启动搅拌机慢速搅拌30～45秒后，再快速搅拌60～90秒，得到速凝抗水分散水泥基注浆材料。

然后对速凝抗水分散水泥基注浆材料进行了流动度，抗水分散性能，初凝时间和抗压强度进行了测试，具体的测试数据见表1。

实施例3

一种速凝抗水分散水泥基注浆材料，称取如下重量比的原料： 93.1％的42.5#的普通硅酸盐水泥，6％的硫酸铝，0.03％柠檬酸，0.2％的膨润土，0.22％的萘系减水剂，0.15％的羟丙基甲基纤维素，0.2％的甲酸钙，0.1％十二烷基硫酸钠，将上述原料加入粉料干混机中搅拌均匀，得到干粉料；

将与上述干粉料：水的重量比为1：0.4的水加入水泥净浆搅拌机中，然后小心的加入上述干粉料，启动搅拌机慢速搅拌30～45秒后，再快速搅拌60～90秒，得到速凝抗水分散水泥基注浆材料。

然后对速凝抗水分散水泥基注浆材料进行了流动度，抗水分散性能，初凝时间和抗压强度进行了测试，具体的测试数据见表1。

实施例4

一种速凝抗水分散水泥基注浆材料，称取如下重量比的原料： 92.7％的52.5#的普通硅酸盐水泥，6.5％的硫酸铝，0.03％葡萄糖酸钠， 0.16％的蒙脱土，0.25％的萘系减水剂，0.11％的羟丙基甲基纤维素， 0.16％的硫酸钠，0.09％十二烷基硫酸钠，将上述原料加入粉料干混机中搅拌均匀，得到干粉料；

将与上述干粉料：水的重量比为1：0.39的水加入水泥净浆搅拌机中，然后小心的加入上述干粉料，启动搅拌机慢速搅拌30～45秒后，再快速搅拌60～90秒，得到速凝抗水分散水泥基注浆材料。

然后对速凝抗水分散水泥基注浆材料进行了流动度，抗水分散性能，初凝时间和抗压强度进行了测试，具体的测试数据见表1。

实施例5

一种速凝抗水分散水泥基注浆材料，称取如下重量比的原料： 91.7％的52.5#的普通硅酸盐水泥，7.5％的铝酸钠，0.04％葡萄糖酸钠， 0.15％的膨润土，0.28％的聚羧酸减水剂，0.13％的聚丙烯酰胺，0.12％的甲酸钙，0.08％十二烷基苯磺酸钠，将上述原料加入粉料干混机中搅拌均匀，得到干粉料；

将与上述干粉料：水的重量比为1：0.36的水加入水泥净浆搅拌机中，然后小心的加入上述干粉料，启动搅拌机慢速搅拌30～45秒后，再快速搅拌60～90秒，得到速凝抗水分散水泥基注浆材料。

然后对速凝抗水分散水泥基注浆材料进行了流动度，抗水分散性能，初凝时间和抗压强度进行了测试，具体的测试数据见表1。

实施例6

一种速凝抗水分散水泥基注浆材料，称取如下重量比的原料： 91.5％的52.5#的普通硅酸盐水泥，7.8％的硫酸铝，0.05％柠檬酸，0.12％的膨润土，0.28％的聚羧酸减水剂，0.1％的羟丙基甲基纤维素，0.1％的甲酸钙，0.05％十二烷基苯磺酸钠，将上述原料加入粉料干混机中搅拌均匀，得到干粉料；

将与上述干粉料：水的重量比为1：0.4的水加入水泥净浆搅拌机中，然后小心的加入上述干粉料，启动搅拌机慢速搅拌30～45秒后，再快速搅拌60～90秒，得到速凝抗水分散水泥基注浆材料。

然后对速凝抗水分散水泥基注浆材料进行了流动度，抗水分散性能，初凝时间和抗压强度进行了测试，具体的测试数据见表1。

表1：

表2：

表3：

实施例

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

实施例5

实施例6

干粉料和水重量比

1:0.38

1:0.39

1:0.4

1:0.39

1:0.36

1:0.4

由表1可见，本发明制备的水泥基注浆材料具有如下优点：

(1)可注性好，流动度不小于180mm；

(2)凝结时间短，初凝时间不大于5min；

(3)抗水分散性好，在水下不分散；

(4)结石体早期强度高，1d抗压强度不小于5MPa，3d抗压强度不小于20MPa；

上述材料在用于治理隧道突涌水时，起到了良好的堵水和加固效果，并且水泥基注浆材料成本低廉、原料容易取得，固结体强度高。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本申请公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种速凝抗水分散水泥基注浆材料，其特征在于，由干粉料和水按重量比为1：0.36～0.40混合而成，其中，所述干粉料的原料及重量百分比为：

2.根据权利要求1所述的速凝抗水分散水泥基注浆材料，其特征在于，所述水泥为42.5#普通硅酸盐水泥或者52.5#普通硅酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的速凝抗水分散水泥基注浆材料，其特征在于，所述速凝剂为粉末状的铝酸钠或者硫酸铝。

4.根据权利要求1所述的速凝抗水分散水泥基注浆材料，其特征在于，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠或者柠檬酸。

5.根据权利要求1所述的速凝抗水分散水泥基注浆材料，其特征在于，所述激发剂为600目～800目的膨润土或者蒙脱土。

6.根据权利要求1所述的速凝抗水分散水泥基注浆材料，其特征在于，所述减水剂为粉末状的萘系减水剂或者粉末状的聚羧酸减水剂，减水率在25％以上。

7.根据权利要求1所述的速凝抗水分散水泥基注浆材料，其特征在于，所述的增稠剂为分子量为1000万～1800万的聚丙烯酰胺或黏度为150～200Pa·s的羟丙基甲基纤维素。

8.根据权利要求1所述的速凝抗水分散水泥基注浆材料，其特征在于，所述的早强剂为硫酸钠或甲酸钙。

9.根据权利要求1所述的速凝抗水分散水泥基注浆材料，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠。

10.一种权利要求1～9任一项所述的速凝抗水分散水泥基注浆材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

按重量比称取水泥、速凝剂、缓凝剂、激发剂、减水剂、增稠剂、早强剂和表面活性剂混合均匀，得到干粉料；

将得到的干粉料按重量比加入水中，搅拌均匀，得到速凝抗水分散水泥基注浆材料。