CN113072355B - 一种纳米硅基注浆材料及应用 - Google Patents

一种纳米硅基注浆材料及应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于注浆技术领域，公开了一种纳米硅基注浆材料及应用。该注浆材料包括独立包装的A组分和B组分；所述A组分包括：主剂500‑800重量份、改性剂50‑100重量份和促进剂50‑400重量份，所述主剂为硅酸钠和/或硅酸钾；所述B组分包括：交联剂100‑200重量份和引发剂200‑300重量份。本发明的纳米硅基注浆材料施工效果好，浆液注入地层后能快速生成凝胶与地层中的水、砂石、粘土形成高强度固结体。凝胶体强度最高可达1.2MPa，且具有一定弹韧性，可抵抗地层应力变形，能够起到长期止水加固的作用。

Description

一种纳米硅基注浆材料及应用
技术领域
本发明属于注浆技术领域，具体地，涉及一种纳米硅基注浆材料及应用。
背景技术
粉细砂主要指粒径小于0.25mm的颗粒含量占总质量的50％以上，且粒径大于0.075mm的颗粒也占总质量的50％以上的沙土。对粉细砂地层进行注浆加固，主要是通过注浆把松散的粉细砂变得致密、均匀，从而减少滑动面的产生，降低塌方等工程事故的发生率。粉细砂地层注浆特点是注浆材料极易在受压条件下泌水，致使浆液水灰比发生变化，从而使注浆材料的使用性能也随之发生变化。要在粉细砂地层注浆产生较好的注浆效果，需满足注浆材料在地层中可以形成致密的脉状结构，且使用性能保持稳定。
而现有粉细砂地层所注浆材料主要是磷酸或者硫酸改性水玻璃，这类材料存在如下问题：1、污染地下水、注入地层后固结力差，抗压强度低(0.1～0.3)MPa；2、耐久性差，注浆后达不到地层的稳定效果；3、遇到流动水达不到预期的注浆阻水、加固地层的效果。
因此，亟待提出一种新的适用于粉细砂地层的注浆材料。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种纳米硅基注浆材料及应用。本发明的纳米硅基注浆材料施工效果好，浆液注入地层后能快速生成凝胶与地层中的水、砂石、粘土形成高强度固结体。凝胶体强度最高可达1.2MPa，且具有一定弹韧性，可抵抗地层应力变形，能够起到长期止水加固的作用。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种纳米硅基注浆材料，该注浆材料包括独立包装的A组分和B组分；
所述A组分包括：主剂500-800重量份、改性剂50-100重量份和促进剂50-400重量份，所述主剂为硅酸钠和/或硅酸钾；
所述B组分包括：交联剂100-200重量份和引发剂200-300重量份。
本发明另一方面提供了所述的纳米硅基注浆材料在粉细砂地层注浆加固中的应用。
本发明的技术方案具有如下有益效果：
(1)本发明的纳米硅基注浆材料绿色环保，不污染地下水。
(2)本发明的纳米硅基注浆材料施工性好，浆液可注性强，扩散半径大，粘度小于10mPa.s，在地层中劈裂面积可800mm以上。
(3)本发明的纳米硅基注浆材料施工效果好，浆液注入地层后能快速生成凝胶与地层中的水、砂石、粘土形成高强度固结体。
(4)本发明的纳米硅基注浆材料根据地层含水率和孔隙率不同，浆液的凝胶体强度可任意调整，最高可达1.2MPa，且具有一定弹韧性，可抵抗地层应力变形，能够起到长期止水加固的作用。
(5)本发明的纳米硅基注浆材料根据地层含水率和地下水流速，可调整凝胶固化时间在20秒到60分钟之间。
(6)本发明的纳米硅基注浆材料的浆液注入地层后凝胶固结体耐久性好，可耐酸、耐碱、耐冻融。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明一方面提供了一种纳米硅基注浆材料，该注浆材料包括独立包装的A组分和B组分；
所述A组分包括：主剂500-800重量份、改性剂50-100重量份和促进剂50-400重量份，所述主剂为硅酸钠和/或硅酸钾；
所述B组分包括：交联剂100-200重量份和引发剂200-300重量份。
根据本发明，优选地，该注浆材料包括独立包装的A组分和B组分；
所述A组分包括：主剂500-700重量份、改性剂50-80重量份和促进剂100-200重量份，所述主剂为硅酸钠和/或硅酸钾；
所述B组分包括：交联剂100-150重量份和引发剂200-250重量份。
根据本发明，优选地，所述改性剂为树脂胶粉和/或乳胶粉。
根据本发明，优选地，所述促进剂为颗粒尺寸大于800目的钠基膨润土和/或氢氧化镁。
根据本发明，优选地，所述交联剂为铝酸钠。
根据本发明，优选地，所述引发剂为氯化钙和/或碳酸钙。
根据本发明，优选地，组分A和组分B的重量比为(0.8-1.2)：(0.8-1.2)。
根据本发明，优选地，所述纳米硅基注浆材料中的SiO2的含量为85％-97％。
本发明另一方面提供了所述的纳米硅基注浆材料在粉细砂地层注浆加固中的应用。
根据本发明，优选地，所述纳米硅基注浆材料的固化时间调整范围为20s-60min。
根据本发明，优选地，所述纳米硅基注浆材料的固化后的固结凝胶体强度为0.3MPa-1.2MPa，断裂伸长率为10％-20％。
根据本发明，优选地，所述纳米硅基注浆材料的密度为1.1-1.23kg/m3，粘度为8-10mPa.s。
以下通过实施例具体说明本发明。
实施例1
本实施例提供一种纳米硅基注浆材料，该注浆材料包括独立包装的A组分和B组分；
所述A组分包括：硅酸钠500kg、树脂胶粉100kg和颗粒尺寸大于800目的钠基膨润土400kg；
所述B组分包括：铝酸钠100kg和氯化钙200kg。
组分A和组分B的比例为1:1。
所述纳米硅基注浆材料中的SiO2的含量为85％。
所述的纳米硅基注浆材料可应用于粉细砂地层注浆加固。
使用所述注浆材料时，将所述A组分和B组分分别与水混合后，将得到的A组分混合液与B组分混合液进行混合。其中，与所述A组分混合的水为500kg，与所述B组分混合的水为700kg。
实施例2
本实施例提供一种纳米硅基注浆材料，该注浆材料包括独立包装的A组分和B组分；
所述A组分包括硅酸钾700kg、乳胶粉80kg和氢氧化镁200kg；
所述B组分包括：铝酸钠150kg和碳酸钙250kg。
组分A和组分B的比例为1:1。
所述纳米硅基注浆材料中的SiO2的含量为91％。
所述的纳米硅基注浆材料可应用于粉细砂地层注浆加固。
使用所述注浆材料时，将所述A组分和B组分分别与水混合后，将得到的A组分混合液与B组分混合液进行混合。其中，与所述A组分混合的水为300kg，与所述B组分混合的水为600kg。
实施例3
本实施例提供一种纳米硅基注浆材料，该注浆材料包括独立包装的A组分和B组分；
所述A组分包括：硅酸钠800kg、树脂胶粉50kg和颗粒尺寸大于800目的钠基膨润土100kg；
所述B组分包括：铝酸钠200kg和氯化钙300kg。
组分A和组分B的比例为1:1。
所述纳米硅基注浆材料中的SiO2的含量为95％。
所述的纳米硅基注浆材料可应用于粉细砂地层注浆加固。
使用所述注浆材料时，将所述A组分和B组分分别与水混合后，将得到的A组分混合液与B组分混合液进行混合。其中，与所述A组分混合的水为200kg，与所述B组分混合的水为500kg。
测试例
本测试例对实施例1-3的纳米硅基注浆材料和对比例1-2的注浆材料进行防水堵漏各项性能测试，测试的步骤包括：
(一)实验准备：实施例1-3的纳米硅基注浆材料和对比例1-2的注浆材料，拉伸仪1台，不透水仪1台，砂浆压力机1台，天平1架，150㎜*150㎜*10㎜模具盒6个，500ml锥形量筒多个，1000ml容器3个，冻融箱1台，密度仪1台，粘度仪1台，10％氢氧化钠溶液和1％盐酸溶液各500ml，70㎜*70㎜*70㎜试模3个，粗砂，碎石各2㎏。
(二)试样制备：将实施例1的纳米硅基注浆材料的A组分、B组分混合，倒入2个模具盒中，剩余部分直接用于进行性能测试4、5。待模具盒内的注浆材料固化后从模具盒中取出，分别裁切成若干个50㎜*20㎜*10㎜的长条形待测试件。对实施例2-3的纳米硅基注浆材料和对比例1-2的注浆材料进行同样处理。
(三)性能测试：
1、弹性测试
将各实施例的待测试件两端卡入拉伸仪以200㎜/min的速度拉伸至断裂，测定拉伸长度，取平均值并换算为断裂伸长率，记录。
2、不透水性测试
将各实施例的待测试件卡入不透水仪，打开注水阀以0.2KPa恒压30min，观察各试件是否透水，记录。
3、耐久性测试
将各实施例的待测试件分别放入10％氢氧化钠溶液和1％盐酸溶液中浸泡72h，取出，观察各试件表面是否存在粉化或裂纹现象，记录。
将各实施例的待测试件放入冻融箱经历15个循环，取出，观察各试件表面是否存在粉化或裂纹现象，记录。
4、强度测试
称取各实施例的A、B组分已混合好的注浆材料适量，倒入70㎜*70㎜*70㎜的试模内固化，将固化后的注浆材料取出放入砂浆压力机，逐渐加压直至试件破坏，记录抗压强度；
称取各实施例的A、B组分已混合好的注浆材料适量，倒入70㎜*70㎜*70㎜装满砂石的试模内固化，将固化后的注浆料取出放入砂浆压力机，逐渐加压直至试件破坏，记录团结强度。
5、流动性测试
称取各实施例的A、B组分已混合好的注浆材料适量，用粘度仪测定粘度，记录。
(四)测试结果：
测试结果如表1所示。
表1 各个实施例的测试结果
实施例1 实施例2 实施例3
断裂伸长率 20％ 15％ 10％
防水性 不透水 不透水 不透水
耐酸性 表面无粉化/裂纹 表面无粉化/裂纹 表面无粉化/裂纹
耐碱性 表面无粉化/裂纹 表面无粉化/裂纹 表面无粉化/裂纹
耐冻融性 表面无粉化/裂纹 表面无粉化/裂纹 表面无粉化/裂纹
固结强度 0.3MPa 0.6MPa 1.2MPa
密度 1.1kg/m<sup>3</sup> 1.2kg/m<sup>3</sup> 1.23kg/m<sup>3</sup>
粘度 8mPa.s 9mPa.s 10mPa.s
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (5)

1.一种纳米硅基注浆材料，其特征在于，该注浆材料包括独立包装的A组分和B组分；
所述A组分由如下组分组成：主剂500-800重量份、改性剂50-100重量份和促进剂50-400重量份，所述主剂为硅酸钠和/或硅酸钾；
所述B组分由如下组分组成：交联剂100-200重量份和引发剂200-300重量份；
所述改性剂为树脂胶粉和/或乳胶粉；
所述促进剂为颗粒尺寸大于800目的钠基膨润土和/或氢氧化镁；
所述交联剂为铝酸钠；
所述引发剂为氯化钙和/或碳酸钙；
组分A和组分B的重量比为(0.8-1.2)：(0.8-1.2)。
2.根据权利要求1所述的纳米硅基注浆材料，其中，该注浆材料包括独立包装的A组分和B组分；
所述A组分由如下组分组成：主剂500-700重量份、改性剂50-80重量份和促进剂100-200重量份，所述主剂为硅酸钠和/或硅酸钾；
所述B组分由如下组分组成：交联剂100-150重量份和引发剂200-250重量份。
3.根据权利要求1或2所述的纳米硅基注浆材料，其中，所述纳米硅基注浆材料中的SiO2的含量为85％-97％。
4.根据权利要求1或2所述的纳米硅基注浆材料在粉细砂地层注浆加固中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其中，
所述纳米硅基注浆材料的固化时间调整范围为20s-60min；
所述纳米硅基注浆材料的固化后的固结凝胶体强度为0.3MPa-1.2MPa，断裂伸长率为10％-20％；
所述纳米硅基注浆材料的密度为1.1-1.23kg/m3，粘度为8-10mPa.s。
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