CN111574181B - 一种酸性水玻璃注浆材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及注浆材料技术领域，公开了一种酸性水玻璃注浆材料，按重量份计，包括水玻璃11～67份、酸溶液17～79份和水溶性多元醇4～17份；本发明还公开了该酸性水玻璃注浆材料的制备方法，包括以下步骤：S1.按配比称取所述水玻璃、酸溶液和水溶性多元醇；S2.取所述酸溶液与水溶性多元醇混合均匀，得到混合溶液；S3.将所述水玻璃搅拌加入所述混合溶液中，混合均匀，即得；本发明的酸性水玻璃注浆材料通过所述水溶性多元醇和酸溶液的协同作用，达到了更好地控制所述水玻璃的凝胶过程和凝胶时间，提高所述酸性水玻璃注浆材料的抗压强度、稳定性和粘度，降低注浆材料的脆度以及增强水玻璃凝胶体的耐酸耐水性的效果。

Description

一种酸性水玻璃注浆材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑用注浆材料技术领域，具体是一种酸性水玻璃注浆材料及其制备方法。

背景技术

注浆是一项工程活动，是指利用配套的机械设备，采取合理的注浆工艺，将浆液注入到岩、土的空隙、裂隙、巷道或空洞中，使得浆液经过扩散、凝结和硬化以减少岩、土的渗透性，增强其强度和稳定性，达到岩、土的加固、防渗和堵水等目的。常用的注浆材料有水泥基注浆材料、环氧树脂注浆材料、酚醛树脂注浆材料、聚氨酯注浆材料以及水玻璃注浆材料。

水玻璃是一种碱金属硅酸盐的水溶液，通常指的是钠水玻璃，因其具有无毒性、价格低廉、施工方便等特点，作为注浆材料已有较长的历史。水玻璃注浆材料一般分为在碱性区域凝胶化的碱性水玻璃浆液和在中性—酸性区域凝胶化的酸性水玻璃浆液。其中，碱性区水玻璃有强烈的碱溶出，从而具有一定的碱污染，并且其耐久性较差；中性区水玻璃因胶凝速度最快，渗透能力极差，从而只能采取双液注浆才能实施；而酸性区水玻璃则具有环境友好、凝胶时间可控等优势。因此，大量的研究工作偏向于酸性水玻璃注浆材料的开发。但是，酸性水玻璃材料仍然存在固砂体强度较低和易风化溃散等缺点，导致其应用受到了限制。

近年来，酸性水玻璃浆液在城市地铁建设过程中地下粉细砂加固工程中的应用逐渐增多，同时在矿山深部堵水防渗工程中也逐步展开应用，凸显出一定的发展前景。

因此，我们亟需一种能够提高抗压强度、后期稳定性和粘度以及降低脆度，并且还具备液体均匀、渗透性强、凝胶时间可控、成本低和制备方法简单等优点的酸性水玻璃注浆材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种酸性水玻璃注浆材料及其制备方法，以至少达到提高抗压强度、后期稳定性和粘度以及降低脆度，并且还具备液体均匀、渗透性强、凝胶时间可控、成本低和制备方法简单等优点的效果。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种酸性水玻璃注浆材料，包括水玻璃、酸溶液和水溶性多元醇。

通过上述技术方案，添加所述酸溶液，利用其中的氢离子促进硅酸的生成以形成凝胶，同时因溶液整体呈酸性，生成的凝胶具有较好的耐酸耐水性；添加所述水溶性多元醇，利用其中的羟基与硅酸凝胶结合，从而对凝胶结构进行改性；最终通过所述酸溶液和水溶性多元醇的协同作用，达到了更好地控制所述水玻璃的凝胶过程和凝胶时间，提高所述酸性水玻璃注浆材料的抗压强度、稳定性和粘度，降低注浆材料的脆度以及增强水玻璃凝胶体的耐酸耐水性的效果。

进一步的，按重量份计，包括水玻璃11～67份、酸溶液17～79份和水溶性多元醇4～17份。

进一步的，所述水玻璃的模数为2.6～3.3。

进一步的，所述水玻璃的波美度为10～25Be°。

进一步的，所述酸溶液的质量浓度为5％～15％。

通过上述技术方案，对各组分的用量比、水玻璃的模数和波美度(即浓度)以及所述酸溶液的浓度进行限定，达到了更好地控制胶凝时间，提高抗压强度、稳定性和粘度以及降低脆度的效果。

进一步的，所述酸溶液包括硫酸溶液和磷酸溶液中的至少一种，优选为硫酸溶液。

进一步的，所述水溶性多元醇包括乙二醇、丙二醇、丙三醇、丁二醇和季戊四醇中的至少一种。

一种酸性水玻璃注浆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.按配比称取所述水玻璃、酸溶液和水溶性多元醇；

S2.取所述酸溶液与水溶性多元醇混合均匀，得到混合溶液；

S3.将所述水玻璃搅拌加入所述混合溶液中，混合均匀，即得。

应当理解的是，即使现有技术中已存在向水玻璃中加入酸溶液的记载，但其与本发明存在本质上的不同。具体地，现有技术通过在水玻璃中添加酸溶液以制备酸性水玻璃浆液，仅仅是为了延缓其在砂中的固化时间，从而便于实现单液注浆；而本发明中则是利用所述酸溶液和水溶性多元醇的协同作用，达到了提高抗压强度、稳定性和粘度，降低脆度，以及更好地控制凝胶时间的效果。

对此，现有技术中虽然也公开了向水玻璃砂中添加醇的技术方案，但其与本发明存在本质上的不同。一方面，现有技术中的醇仅仅是用于减少水玻璃的加入量以及加快水玻璃砂的硬化速度，而本发明中是用于与酸溶液发挥协同作用，从而提高抗压强度、稳定性和粘度，降低脆度，以及更好地控制凝胶时间，即现有技术与本发明中加入醇的效果不同；另一方面，水玻璃用作注浆材料时为液体形式，而水玻璃用作水玻璃砂时多用于铸造行业的模具成型，两者的使用方式和性能要求存在差异。

因此，本发明所达到的技术效果明显优于现有技术，并且对于如何达到本发明的技术效果，现有技术也不存在借鉴作用。

本发明的有益效果是：

1.本发明的一种酸性水玻璃注浆材料，通过添加所述酸溶液，利用其中的氢离子促进硅酸的生成以形成凝胶，同时因溶液整体呈酸性，使得生成的凝胶具有较好的耐酸耐水性。

2.本发明的一种酸性水玻璃注浆材料，通过添加所述水溶性多元醇，利用其中的羟基与硅酸凝胶结合，从而对凝胶结构进行改性。

3.本发明的一种酸性水玻璃注浆材料，通过所述酸溶液和水溶性多元醇的协同作用，达到了更好地控制所述水玻璃的凝胶过程和凝胶时间，提高所述酸性水玻璃注浆材料的抗压强度、稳定性和粘度以及降低注浆材料的脆度的效果。

4.本发明的一种酸性水玻璃注浆材料，具备液体均匀、渗透性强、成本低和制备方法简单等优点。

5.本发明的一种酸性水玻璃注浆材料及其制备方法，生产成本低且制备过程简单易操作。

显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。

具体实施方式

下面进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

实施例1

1.一种酸性水玻璃注浆材料，按重量份计，包括水玻璃70mL、硫酸溶液50mL和乙二醇5mL；

其中，水玻璃的模数为2.6，波美度为10Be°；硫酸溶液的质量浓度为5％。

2.一种酸性水玻璃注浆材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.按配比称取水玻璃、硫酸溶液和乙二醇；

S2.取硫酸溶液与乙二醇混合均匀，得到混合溶液；

S3.将水玻璃搅拌加入混合溶液中，混合均匀，即得。

实施例2

1.一种酸性水玻璃注浆材料，按重量份计，包括水玻璃80mL、硫酸溶液20mL和丙二醇20mL；

其中，水玻璃的模数为2.6，波美度为10Be°；硫酸溶液的质量浓度为15％。

2.一种酸性水玻璃注浆材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.按配比称取水玻璃、硫酸溶液和丙二醇；

S2.取硫酸溶液与丙二醇混合均匀，得到混合溶液；

S3.将水玻璃搅拌加入混合溶液中，混合均匀，即得。

实施例3

1.一种酸性水玻璃注浆材料，按重量份计，包括水玻璃10mL、硫酸溶液75mL和丁二醇10mL；

其中，水玻璃的模数为2.6，波美度为20Be°；硫酸溶液的质量浓度为15％。

2.一种酸性水玻璃注浆材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.按配比称取水玻璃、硫酸溶液和丁二醇；

S2.取硫酸溶液与丁二醇混合均匀，得到混合溶液；

S3.将水玻璃搅拌加入混合溶液中，混合均匀，即得。

实施例4

1.一种酸性水玻璃注浆材料，按重量份计，包括水玻璃35mL、硫酸溶液100mL和丙三醇10mL；

其中，水玻璃的模数为2.6，波美度为25Be°；硫酸溶液的质量浓度为5％。

2.一种酸性水玻璃注浆材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.按配比称取水玻璃、硫酸溶液和丙三醇；

S2.取硫酸溶液与丙三醇混合均匀，得到混合溶液；

S3.将水玻璃搅拌加入混合溶液中，混合均匀，即得。

实施例5

1.一种酸性水玻璃注浆材料，按重量份计，包括水玻璃35mL、硫酸溶液100mL和季戊四醇10mL；

其中，水玻璃的模数为2.6，波美度为25Be°；硫酸溶液的质量浓度为5％。

2.一种酸性水玻璃注浆材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.按配比称取水玻璃、硫酸溶液和季戊四醇；

S2.取硫酸溶液与季戊四醇混合均匀，得到混合溶液；

S3.将水玻璃搅拌加入混合溶液中，混合均匀，即得。

实施例6

1.一种酸性水玻璃注浆材料，按重量份计，包括水玻璃80mL、硫酸溶液20mL、丙二醇10mL和丙三醇10mL；

其中，水玻璃的模数为3.3，波美度为10Be°；硫酸溶液的质量浓度为15％。

2.一种酸性水玻璃注浆材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.按配比称取水玻璃、硫酸溶液、丙二醇和丙三醇；

S2.取硫酸溶液、丙二醇和丙三醇混合均匀，得到混合溶液；

S3.将水玻璃搅拌加入混合溶液中，混合均匀，即得。

对照例1～6

采用本发明实施例1～6中制备得到的酸性水玻璃注浆材料的各项指标分别与对照例1～6制备得到的注浆材料指标进行对比。其中，对照例1～6的注浆材料包括水玻璃、酸溶液和蒸馏水，制备方法为：

S1.按配比称取水玻璃、酸溶液和蒸馏水；

S2.取酸溶液与蒸馏水混合均匀，得到混合溶液；

其他条件如物理参数、用量和步骤等均分别与本发明实施例1～6相同(本对照例是与不添加水溶性多元醇进行对比，用于证明本发明的酸性水玻璃注浆材料效果更好)。

试验效果

为了验证本发明的一种酸性水玻璃注浆材料的性能，对实施例1～6和对照例1～6所得注浆材料进行了检测，检测项目包括固砂体抗压强度测试和胶凝时间测试，结果如下表所示：

组别	胶凝时间/min	抗压强度/MPa
			实施例1	21	0.12
对照例1	25	0.09
			实施例2	38	0.48
对照例2	44	0.32
			实施例3	30	0.21
对照例3	33	0.17
			实施例4	30	0.37
对照例4	41	0.31
			实施例5	46	0.43
对照例5	59	0.35
			实施例6	55	0.56
对照例6	67	0.42

由上表可知，相比于实施例1～6，对照例1～6的抗压强度依次降低了25.00％、33.33％、19.05％、16.21％、18.60％和25.00％，而各对照例之间胶凝时间的变化范围明显变大。由此可知，添加水溶性多元醇和酸溶液，胶凝时间仅在可控范围内略有缩短，但变化范围却明显缩小，证明其能够更好地控制胶凝时间的变化范围，同时也能够提高所得注浆材料的抗压强度。

综上所述，本发明的一种酸性水玻璃注浆材料能够更好地控制所述水玻璃的凝胶过程和凝胶时间，提高所述酸性水玻璃注浆材料的抗压强度、稳定性和粘度，降低注浆材料的脆度以及增强水玻璃凝胶体的耐酸耐水性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种酸性水玻璃注浆材料，其特征在于，包括水玻璃、酸溶液和水溶性多元醇，其中，按重量份计，水玻璃11~67份、酸溶液17~79份和水溶性多元醇4~17份；所述水玻璃的模数为2.6~3.3，所述水玻璃的波美度为10~25Be°，所述酸溶液的质量浓度为5%～15%。

2.根据权利要求1所述的一种酸性水玻璃注浆材料，其特征在于，所述酸溶液为硫酸溶液。

3.根据权利要求1所述的一种酸性水玻璃注浆材料，其特征在于，所述水溶性多元醇为乙二醇、丙二醇、丙三醇、丁二醇和季戊四醇中的至少一种。

4.制备如权利要求1~3任一项所述的一种酸性水玻璃注浆材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.按配比称取所述水玻璃、酸溶液和水溶性多元醇；

S2.取所述酸溶液与水溶性多元醇混合均匀，得到混合溶液；

S3.将所述水玻璃搅拌加入所述混合溶液中，混合均匀，即得。