CN112321207A - 一种饱和砂土地层用注浆材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种饱和砂土地层用注浆材料及制备方法，所述注浆材料由水泥、黏土、乳化沥青和水制备而成，其中乳化沥青与水泥质量比为0.1～0.3，水与水泥质量比为0.8～2.0，黏土与水泥质量比为0.05～0.15。本发明的注浆材料为一种粒径细小、可灌性好、性能稳定的浆体，具有良好的渗透性和流动性，扩散范围可控，注入饱和砂土地层后可使注浆范围内加固体更均匀致密，结石率高，强度与抗渗性能显著提高，对饱和砂土层具有良好的防渗加固效果，且能大量节约注浆材料，降低工程造价，性价比较高。

Description

一种饱和砂土地层用注浆材料及制备方法
技术领域
本发明属于注浆材料领域，特别涉及一种饱和砂土地层注浆材料及制备方法。
背景技术
近年来我国各地常发生洪水灾害，在高水位、高流速的洪水作用下河(江)堤饱和砂土地层易形成管涌，从而造成溃堤，给人们的生命财产造成了巨大损失。现场调查发现，堤防内饱和砂土层未被加固处理或处理效果不佳，渗透性较大，是造成管涌的主要原因。因此，为了预防管涌事故，必须对饱和砂土层进行防渗加固处理，而注浆则是比较经济合理的方法之一。然而，对于饱和中密粉细砂地层，其颗粒间孔隙小，浆液难以渗透入砂土中，注浆效果往往达不到预期效果。根据该地层地质情况的特殊性，需要研制一种粒径细小的注浆材料，该材料需拥有良好的渗透性和流动性，并且具有满足工程需要的强度等级和能注入饱和砂土层的粒径大小，将该材料注入饱和砂土地层，以达到工程要求的强度和抗渗水平。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种注浆材料及制备方法，具有良好的渗透性和流动性，适用于饱和砂土地层，满足所需强度和抗渗水平。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种饱和砂土地层用注浆材料的制备方法，所述注浆材料由水泥、黏土、乳化沥青和水制备而成，其中乳化沥青与水泥质量比为0.1～0.3，水与水泥质量比为0.8～2.0，黏土与水泥质量比为0.05～0.15，所述注浆材料的制备方法包括下述的步骤：
S1.将黏土和一定量的水搅拌均匀得到黏土原浆，再将黏土原浆进行湿磨得到湿磨黏土；
S2.将水泥和一定量的水进行湿磨，再加入一部分水再次进行湿磨，如此重复若干次，得到湿磨水泥；
S3.将S1得到的湿磨黏土和乳化沥青混合搅拌，再加入S2制备的湿磨水泥搅拌均匀得到所述饱和砂土地层用注浆材料。
进一步的，所述黏土原浆比重控制在1.20～1.35g/cm3。
进一步的，所述乳化沥青为阳离子乳化沥青。
进一步的，所述水泥为普通硅酸盐水泥，水泥细度通过80μm方孔筛的筛余量不大于5％。
进一步的，经湿磨后的水泥粒径为3～10um，比表面积为大于8000cm2/g，细度700～900目。
进一步的，所述黏土塑性指数不小于14，粘粒不小于30％，粘粒粒径＜0.005mm。
进一步的，经湿磨后的黏土细度400～600目。
本发明提供的一种饱和砂土地层用注浆材料，采用所述制备方法制备而成。
进一步的，所述注浆材料5min流动度在180～230mm之间，500ml粘度为30～40s，凝结时间在90～120min，2h析水率小于5％，浆液结石率95％以上，28d抗压强度大于2Mpa。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的注浆材料为一种粒径细小、可灌性好、性能稳定的浆体，具有良好的渗透性和流动性，扩散范围可控，注入饱和砂土地层后可使注浆范围内加固体更均匀致密，结石率高，强度与抗渗性能显著提高，对饱和砂土层具有良好的防渗加固效果，且能大量节约注浆材料，降低工程造价，性价比较高。
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是本发明实施例1制备的注浆材料外观照片。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明一个具体实施方式的饱和砂土地层用注浆材料，由水泥、黏土、乳化沥青及水混合制成。其中，先将水泥制成湿磨水泥、将黏土制成湿磨黏土的形式，湿磨水泥由硅酸盐水泥加水湿磨而成，湿磨黏土是由黏土原浆在湿磨作用下得到，黏土原浆是由黏土和水搅拌而成。黏土原浆比重控制在1.20～1.35g/cm3之间。乳化沥青与水泥质量比为0.1～0.3，水与水泥质量比为0.8～2.0，黏土与水泥质量比为0.05～0.15。
优选黏土原浆比重为1.25g/cm3，乳化沥青与水泥质量比为0.25，水与水泥质量比为1，黏土与水泥质量比为0.1。
所述乳化沥青优选为阳离子乳化沥青，性能满足(SH-T 0624-1995)标准的有关要求。
所述水泥优选为普通硅酸盐水泥(42.5#)，水泥细度通过80μm方孔筛的筛余量不大于5％，性能满足(GBl75-2007)标准的有关要求。经湿磨后的水泥粒径为3～10um，比表面积为大于8000cm2/g，细度700～900目。
所述黏土优选采用较纯的优质黏土，塑性指数不小于14，粘粒(粒径＜0.005mm)不小于30％。经湿磨后的黏土细度400～600目，比表面积也大幅增加。
本发明一个具体实施方式的饱和砂土地层用注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将1～3份黏土和7～14份水搅拌均匀得到黏土原浆，再将黏土原浆进行湿磨得到湿磨黏土。
S2：将6～8份水和20份硅酸盐水泥进行湿磨，再加入一部分水再次进行湿磨，如此重复若干次，即得到湿磨水泥，其中含水总量为9～14份。
S3：将湿磨黏土和3～4份乳化沥青混合搅拌，再加入湿磨水泥搅拌得到饱和砂土地层用注浆材料。
实施例1：
一种饱和砂土地层用注浆材料，其是由以下重量份原料混合制成：水泥20份、乳化沥青5份、黏土2份和水20份。其中，所述水泥为普通硅酸盐水泥(P.O 42.5)，所述乳化沥青为阳离子乳化沥青。
其制备方法，包括如下步骤，以质量份计：
(1)将2份黏土和10份水于桶中搅拌均匀得到黏土原浆，再将黏土原浆倒入湿磨机中，以9000r/min的转速湿磨5min后得到湿磨黏土；
(2)将7份水和20份水泥加入湿磨机中，以9000r/min的转速湿磨5min后，再向湿磨机中加入3份水并以9000r/min的转速湿磨5min，该步骤重复三次，即得到湿磨水泥；
(3)将湿磨黏土和5份乳化沥青倒于桶中一起搅拌3min，再加入湿磨好的水泥于桶中一起搅拌5min。图1是本实施例制备的注浆材料外观照片。
实施例2：
一种饱和砂土地层用注浆材料，其是由以下重量份原料混合制成：水泥20份、乳化沥青3份、黏土2份和水28份。其中，所述水泥为普通硅酸盐水泥(P.O 42.5)，所述乳化沥青为阳离子乳化沥青。
其制备方法，包括如下步骤，以质量份计：
(1)将2份黏土和14份水于桶中搅拌均匀得到黏土原浆，再将黏土原浆倒入湿磨机中，以9000r/min的转速湿磨5min后得到湿磨黏土；
(2)将8份水和20份水泥加入湿磨机中，以9000r/min的转速湿磨5min后，再向湿磨机中加入2份水并以9000r/min的转速湿磨5min，该步骤重复三次，即得到湿磨水泥；
(3)将湿磨黏土和3份乳化沥青倒于桶中一起搅拌3min，再加入湿磨好的水泥于桶中一起搅拌5min。
实施例3：
一种饱和砂土地层用注浆材料，其是由以下重量份原料混合制成：水泥20份、乳化沥青3份、黏土1份和水16份。其中，所述水泥为普通硅酸盐水泥(P.O 42.5)，所述乳化沥青为阳离子乳化沥青。
其制备方法，包括如下步骤，以质量份计：
(1)将1份黏土和7份水于桶中搅拌均匀得到黏土原浆，再将黏土原浆倒入湿磨机中，以9000r/min的转速湿磨5min后得到湿磨黏土；
(2)将6份水和20份水泥加入湿磨机中，以9000r/min的转速湿磨5min后，再向湿磨机中加入1份水并以9000r/min的转速湿磨5min，该步骤重复三次，即得到湿磨水泥；
(3)将湿磨黏土和3份乳化沥青倒于桶中一起搅拌3min，再加入湿磨好的水泥于桶中一起搅拌5min。
实施例4：
一种饱和砂土地层用注浆材料，其是由以下重量份原料混合制成：水泥20份、乳化沥青4份、黏土3份和水28份。其中，所述水泥为普通硅酸盐水泥(P.O 42.5)，所述乳化沥青为阳离子乳化沥青。
其制备方法，包括如下步骤，以质量份计：
(1)将3份黏土和14份水于桶中搅拌均匀得到黏土原浆，再将黏土原浆倒入湿磨机中，以9000r/min的转速湿磨5min后得到湿磨黏土；
(2)将8份水和20份水泥加入湿磨机中，以9000r/min的转速湿磨5min后，再向湿磨机中加入2份水并以9000r/min的转速湿磨5min，该步骤重复三次，即得到湿磨水泥；
(3)将湿磨黏土和4份乳化沥青倒于桶中一起搅拌3min，再加入湿磨好的水泥于桶中一起搅拌5min。
将实施例1～4中的饱和砂土地层用注浆材料进行流动性、析水率、凝结时间、结石率、无侧限抗压强度以及渗透性测试，测试结果见表1。
表1饱和砂土地层用注浆材料性能测试结果
Figure BDA0002728272670000041
Figure BDA0002728272670000051
从表1的实验结果来看，本发明实施例1～4制得的各项指标均能够满足饱和砂土地层地基加固的要求，具体为：水泥净浆圆模测得浆液5min流动度在180～230mm之间，具有良好的流动性能，可灌性好，若流动度太小、粘度太大，均不利于注浆材料扩散；若流动度太大、粘度太小，导致注浆材料扩散太远，不利于注浆。2h析水率均小于5％，说明该注浆材料中原料充分融合，骨料均匀。凝结时间在90～120min之间，不会过早或过晚地凝结于注浆过程中，符合本注浆规范要求。结石率均大于95％，说明浆液固结后体积收缩小。28d无侧限抗压强度大于2MPa，具有浆液固结后具有一定的强度，能承受一定的荷载。28d抗渗性能(渗透系数)达到10-6cm/s，抗渗性能优越。其中在本发明实施例1～4中，实施例1的各项指标最优。
应用实施例：
某河堤基础为7m后的砂土层，为饱和中密粉细砂地层，渗透系数0.12cm/s，孔隙度为0.41。由于洪水期受河水影响，部分地方出现管涌迹象，需进行注浆加固处理。采用本发明实施例1中的注浆材料和配合比进行注浆，在河堤中线、左0.8m、右0.8m处布置三排钻孔，梅花形分布进行注浆。注浆结束后进行检测，压水试验结果表明该河堤渗透系数降至1.3Lu，满足防渗要求。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种饱和砂土地层用注浆材料的制备方法，其特征在于，所述注浆材料由水泥、黏土、乳化沥青和水制备而成，其中乳化沥青与水泥质量比为0.1～0.3，水与水泥质量比为0.8～2.0，黏土与水泥质量比为0.05～0.15，所述注浆材料的制备方法包括下述的步骤：
S1.将黏土和一定量的水搅拌均匀得到黏土原浆，再将黏土原浆进行湿磨得到湿磨黏土；
S2.将水泥和一定量的水进行湿磨，再加入一部分水再次进行湿磨，如此重复若干次，得到湿磨水泥；
S3.将S1得到的湿磨黏土和乳化沥青混合搅拌，再加入S2制备的湿磨水泥搅拌均匀得到所述饱和砂土地层用注浆材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述黏土原浆比重控制在1.20～1.35g/cm3。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述乳化沥青为阳离子乳化沥青。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥，水泥细度通过80μm方孔筛的筛余量不大于5％。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，经湿磨后的水泥粒径为3～10um，比表面积为大于8000cm2/g，细度700～900目。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述黏土塑性指数不小于14，粘粒不小于30％，粘粒粒径＜0.005mm。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，经湿磨后的黏土细度400～600目。
8.一种饱和砂土地层用注浆材料，其特征在于，采用权利要求1～7任一项所述制备方法制备而成。
9.根据权利要求8所述的注浆材料，其特征在于，所述注浆材料5min流动度在180～230mm之间，500ml粘度为30～40s，凝结时间在90～120min，2h析水率小于5％，浆液结石率95％以上，28d抗压强度大于2Mpa。
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