CN113233826A - 一种复合注浆材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合注浆材料，使用粉煤灰、矿渣、钢渣等工业废渣代替水泥作为注浆材料，在长期处于动水环境下，不会流失钠离子形成碱性环境，有效保证了该种复合注浆材料更好的耐久性；通过丙烯酸盐、交联剂、促进剂之间相互作用，交联聚合反应形成三维网络结构的凝胶，凝胶的孔结构小，填充在A组分的混合液形成的孔缝隙中，使得水流不能进入孔结构，防水效果更佳，进而稳定性更好。本发明提供的一种制备复合注浆材料的方法解决现在技术所存在的注浆材料水玻璃浆材长期处于有水环境下浸泡时易钠离子流失，导致水玻璃在碱性环境下发生崩解，造成耐久性差，强度损失的问题。本发明适用性强、耐久性好、经济社会效益显著，适于广泛推广。

Description

一种复合注浆材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及注浆加固材料技术领域，特别涉及，一种复合注浆材料及其制备方法。

背景技术

注浆是建筑工程是用适当的方法将某些能固化的浆液注入岩土地基的裂缝或孔隙中，通过置换、充填、挤压等方式以改善其物理力学性质的方法。主要应用于隧道的加固、防渗、堵水、固结、防止滑坡等。

目前，注浆材料多为水泥和水玻璃的混合物，水玻璃类注浆材料是指水玻璃在固化剂作用下，生成凝胶以充填裂缝间隙。但水玻璃凝胶体有脱水收缩和腐蚀现象，耐久性差，从而限制其应用范围。同时，水泥-水玻璃双液浆固化作用主要是依靠水玻璃中的硅酸根和水泥水化产生的Ca²⁺发生反应生成C-S-H凝胶或硅凝胶来维持，当处于富水条件下时，Na⁺溶出会导致C-S-H凝胶分解，导致结构受到破坏，造成强度损失，严重影响加固效果。

针对上述缺陷，本发明能显著解决现有注浆材料水泥-水玻璃双液浆长期处于有水环境下浸泡时易钠离子流失，导致固结体发生破坏崩解，造成耐久性差，强度损失的问题。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种复合注浆材料及其制备方法，以解决现在技术所存在的注浆材料水泥-水玻璃双液浆长期处于有水环境下浸泡时易钠离子流失，导致固结体发生破坏崩解，造成耐久性差，强度损失的问题。

本发明提供了一种复合注浆材料，由A组分、B组分、引发剂混合而成；

所述A组分包括：工业废渣、减水剂、水和水玻璃，其中所述工业废渣包括粉煤灰、钢渣、矿渣中的任意一种或多种；

所述B组分包括：丙烯酸酯、水、交联剂和促进剂。

优选地，所述A组分中各组分的质量份数分别为：工业废渣40～70份；减水剂0.005～0.01份；水玻璃5～10份；所述B组分中丙烯酸酯的质量份数为1～5份。

优选地，所述工业废渣中各组分的质量份数分别为：粉煤灰10～20份；钢渣10～20份；矿渣20～30份。

优选地，所述水与所述工业废渣的质量份数比为0.45～0.7。

优选地，所述减水剂为萘系减水剂；所述B组分还包括丙烯酸盐。

优选地，所述交联剂的质量份数为0.055-0.35份；或/和

所述引发剂的质量份数为0.037-0.2份；或/和

所述促进剂的质量份数为0.04-0.44份。

优选地，所述A组分和所述B组分中还混合有硫酸铜、明矾、氯化钙中的任意一种或多种；或/和

所述引发剂为过硫酸铵、异丙苯过氧化氢、过硫酸钾、过硫化氢中的任意一种；所述水玻璃为模数2.60～2.90，二氧化硅的含量为25.7％。

优选地，所述交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基苯、二异氰酸酯、季戊四醇二丙烯酸酯或乙二醇二丙烯酸酯中任意一种或多种；所述促进剂为三乙醇胺、四甲基乙二胺、甲酸钙、氯化钙、亚硝酸钙中的任意一种。

优选地，所述丙烯酸酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-甲基丙烯酸甲酯或2-甲基丙烯酸乙酯中的任意一种或多种。

本发明还提供一种制备上述任一项所述的复合注浆材料的方法，包括：

步骤1、将工业废渣与水搅拌均匀后，加入减水剂搅拌均匀，制得A浆液，其中所述工业废渣包括粉煤灰、钢渣、矿渣中的任意一种或多种，所述水和所述工业废渣的质量份数比为1-1.8：3；

步骤2、将A浆液和水玻璃混合均匀形成B混合液；

步骤3、将所述B混合液内加入引发剂，混合均匀得到C混合液；

步骤4、将水、丙烯酸盐和丙烯酸酯混合搅拌均匀，依次加入交联剂和促进剂搅拌至均匀，得到D浆液；

步骤5、将所述C混合液与所述D浆液混合，室温下搅拌均匀，制得复合注浆材料。

由上述方案可知，本发明使用粉煤灰、矿渣、钢渣等工业废渣代替水泥作为注浆材料，由于工业废渣的结构中没有钠离子，因此即使长期处于动水环境下，复合注浆材料不存在水解问题，有效保证了混合得到的复合注浆材料更好的耐久性；通过丙烯酸盐、交联剂、促进剂之间相互作用，交联聚合反应形成高分子三维网络结构的凝胶，它能填充在A组分的混合液形成的孔缝隙中，B组分的混合液的孔结构小，水流不能进入孔结构，防水效果更佳，进而稳定性更好。本发明采用工业废渣替代水泥，使固结体具有很好的抗水溶蚀能力，同时形成的高分子网络结构凝胶体填充于固结体孔隙中，避免孔隙被水长期冲刷而增大导致固结体崩解，作用效果显著，适于广泛推广。

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为本发明实施例提供的一种制备复合注浆材料的方法的过程框图；

图2为本发明实施例提供的一种复合注浆材料的抗压强度测试结果表。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请一并参阅图1至图2，现对本发明提供的一种复合注浆材料的具体实施方式进行说明。

该种复合注浆材料由A组分、B组分、引发剂混合而成；A组分包括：工业废渣、减水剂、水和水玻璃，其中工业废渣主要包括粉煤灰、钢渣、矿渣中的任意一种或多种；B组分包括：丙烯酸酯、水、交联剂和促进剂。

在本实施例中，减水剂为萘系减水剂，用于增加该种复合注浆材料的早期强度；水玻璃为水溶性硅酸盐，波美度20-60°，作为碱性激发剂使用，优选波美度为40°的硅酸钠溶液；B组分还包括丙烯酸盐，丙烯酸盐包括：丙烯酸钠、丙烯酸钙、丙烯酸镁中的任意一种或多种，丙烯酸盐通过丙烯酸与金属氧化物或金属氢氧化物中和反应而制得。丙烯酸盐注浆材料浆液为溶液状态，粘度极低，可渗透到0.1mm的裂缝中；浆液可在低温下固化形成凝胶体；浆液固化后的凝胶体具有很好的保水性，自身的空间网络结构能将水分牢牢地吸附住，不易收缩脱漏，保证浆液在灌入裂缝中具有很好的防渗效果。

在本实施例中，丙烯酸酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-甲基丙烯酸甲酯或2-甲基丙烯酸乙酯中的任意一种或多种，丙烯酸酯为凝胶材质，与地聚物交联穿插呈三维网络架构，可填充于固结体孔隙结构中，增加固结体密实度，提高耐久性、增强韧性，改善固结体开裂问题；交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基苯、二异氰酸酯、季戊四醇二丙烯酸酯或乙二醇二丙烯酸酯中任意一种或多种；促进剂为三乙醇胺、四甲基乙二胺、甲酸钙、氯化钙、亚硝酸钙中的任意一种。

在本实施例中，引发剂能引发单体进行聚合反应的物质，为过硫酸铵、异丙苯过氧化氢、过硫酸钾、过硫化氢中的任意一种，或为与硫酸亚铁、氯化亚铁、硫醇、硝酸银和亚硫酸氢钠中的任意一种一起使用，形成氧化还原型的引发剂；A组分和B组分中还混合有助剂，助剂为硫酸铜、明矾、氯化钙中的任意一种或多种。

工业废渣的主要使用目的是：一方面工业废渣成本更低，属于废弃物品再利用，增加能源的使用效率，用于代替水泥，降低成本；另一方面基于工业废渣的注浆材料的水化产物主要是低碱度的C-S-H(水化硅酸钙)、一些沸石和云母类矿物等，如(Na，Ca)-Si-Al-H类沸石物质，水化后的这些矿物相对稳定，而且在水中的溶解度很小，不易被水溶蚀，因此，该种复合注浆材料使用过程中具有更好的耐久性。

示例1

该种复合注浆材料中工业废渣为粉煤灰、钢渣、矿渣的混合物；各组分具体的质量份数分别为：丙烯酸酯1份；粉煤灰10份；钢渣10份；矿渣20份；萘系减水剂0.005份；水玻璃5份；其中水与工业废渣的质量份数比为0.45；交联剂0.055-0.133；引发剂0.037-0.075份；促进剂0.04-0.165份。

示例2

该种复合注浆材料中工业废渣为粉煤灰、钢渣、矿渣的混合物；各组分具体的质量份数分别为：丙烯酸酯5份；粉煤灰20份；钢渣20份；矿渣30份；萘系减水剂0.01份；水玻璃10份；其中水与工业废渣的质量份数比为0.7；交联剂0.15-0.35份；引发剂0.1-0.2份；促进剂0.18-0.44份。

示例3

该种复合注浆材料中工业废渣为粉煤灰、钢渣、矿渣的混合物；各组分具体的质量份数分别为：丙烯酸酯5份；粉煤灰20份；钢渣20份；矿渣30份；萘系减水剂0.01份；水玻璃10份。其中水与工业废渣的质量份数比为0.54；交联剂0.12-0.28份；引发剂0.077-0.157份；促进剂0.084-0.346份。

与现有技术相比，该种复合注浆材料采用工业废渣替代水泥，使固结体具有很好的抗水溶蚀能力，同时形成的高分子网络结构凝胶体填充于固结体孔隙中，避免孔隙被水长期冲刷而增大导致固结体崩解。本发明有效解决现在技术所存在的注浆材料水泥-水玻璃双液浆长期处于有水环境下浸泡时易钠离子流失，导致固结体发生破坏崩解，造成耐久性差，强度损失的问题，作用效果显著，适于广泛推广。

实施例2

作为本发明实施例的一种具体实施方式，本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于，该种复合注浆材料中各组分的质量份数分别为：丙烯酸酯5份；粉煤灰20份；钢渣20份；矿渣30份；萘系减水剂0.01份；水玻璃10份，其中水与工业废渣的质量份数比为0.54；交联剂0.12-0.28份；引发剂0.077-0.157份；促进剂0.084-0.346份；水玻璃的模数为2.60～2.90，二氧化硅的含量为25.7％。

实施例3

请一并参阅图1至图2，现对本发明提供的一种制备复合注浆材料的方法的具体实施方式进行说明。

该种制备复合注浆材料的方法的具体步骤包括：

S1、将粉煤灰、钢渣、矿渣与A组分中的水搅拌均匀后，加入减水剂搅拌均匀，制得A浆液，其中水、粉煤灰、钢渣和矿渣的质量份数比为16：12：9：9；

S2、将A浆液和水玻璃混合均匀形成B混合液，其中A浆液和水玻璃混合形成固结体；

S3、将B混合液内加入引发剂，混合均匀得到C混合液；

S4、将水、丙烯酸盐和丙烯酸酯混合搅拌均匀，依次加入交联剂和促进剂搅拌至均匀，得到D浆液，其中交联剂占丙烯酸酯的0.1wt％，促进剂占丙烯酸酯的3.5wt％；

S5、将C混合液与D浆液混合，室温下搅拌30s，搅拌均匀后得到复合注浆材料。

该方法使用粉煤灰、矿渣、钢渣等工业废渣代替水泥作为注浆材料，由于工业废渣的结构中没有钠离子，因此即使长期处于动水环境下，复合注浆材料不存在水解问题，有效保证了混合得到的复合注浆材料更好的耐久性。水玻璃与工业废渣合成固结体，加固效果更佳，同时合成的固结体为孔状结构。D浆液是以丙烯酸酯、丙烯酸盐配以交联剂、促进剂等组成的水溶性浆液，通过丙烯酸酯、交联剂、促进剂之间相互作用，交联聚合反应形成三维网络结构的凝胶，凝胶能填充在C混合液形成的孔缝隙中，通过粘结、填塞和胀塞防渗三重作用来实现裂缝修补，混合液的孔结构小，水流不能进入孔结构，防水效果更佳，进而稳定性更好。

实施例4

作为本发明实施例的又一种具体实施方式，该种制备复合注浆材料的方法包括：

S1、将工业废渣与水搅拌均匀后，加入减水剂搅拌均匀，制得A浆液，其中工业废渣包括粉煤灰、钢渣、矿渣中的任意一种或多种，水和工业废渣的质量份数比为1.8：3；

S2、将A浆液和水玻璃混合均匀形成B混合液；

S3、将B混合液内加入0.2wt％引发剂，混合均匀得到C混合液；

S4、将水、丙烯酸盐和丙烯酸酯加入搅拌釜中搅拌均匀，室温下搅拌至少10h，依次加入交联剂和促进剂搅拌至均匀，得到D浆液，其中交联剂占丙烯酸酯的0.05wt％，促进剂占丙烯酸酯的2.5wt％；

S4的具体制备步骤包括：

步骤4.1、在10质量份水玻璃中加入15质量份丙烯酸常温反应直至变为硅溶胶胶体；在胶体中继续加入37质量份丙烯酸并升温至95～100℃在0.1MPa真空度下酯化反应4.5h，得到交联剂；

步骤4.2、将丙烯酸与水混合得到丙烯酸溶液，在搅拌和冷却水条件下向丙烯酸溶液中加入碱性物质，直至溶液酸值降至5mgKOH/g以下，依次加入部分交联剂和促进剂搅拌至均匀，控制溶液温度不超过50℃，搅拌混合均匀，即得到丙烯酸盐溶液；

步骤4.3、将丙烯酸盐溶液、水和丙烯酸酯加入搅拌釜中搅拌均匀，室温下搅拌至少10h，依次加入剩余的交联剂和促进剂搅拌至均匀，得到D浆液。

S5、将C混合液与D浆液混合，室温下搅拌30s，搅拌均匀后得到复合注浆材料，其中D浆液与C混合液的质量份数比为0.5-2：5；

S6、额外制备一定质量份数的D浆液，将复合注浆材料、0.65wt％助剂与额外制备的D浆液混合搅拌均匀150s，搅拌均匀制得反应更充分、性能更佳的复合注浆材料。

该方法中D浆液交联速度快，且比表面积大，能实现快速堵水，使用的交联剂含大量硅氧键，提高了丙烯酸盐交联密度，加强了丙烯酸盐凝胶体的强度且增强了凝胶体失水后的弹性，能达到更好的防水效果。

示例性的：准备合适质量份数的材料进行实验，具体实验过程为：S1、将60g粉煤灰、45g钢渣、45g矿渣与80g水搅拌均匀后，加入0.15g萘系减水剂搅拌均匀，制得100ml的A浆液；S2、将A浆液和水玻璃混合均匀形成B混合液；

S3、将B混合液内加入引发剂，混合均匀得到C混合液；S4、将水、丙烯酸盐和丙烯酸酯加入搅拌釜中搅拌均匀，室温下搅拌至少10h，依次加入0.1wt％交联剂和3.5wt％促进剂搅拌至均匀，得到D浆液；S5、将C混合液与部分D浆液按2：5的质量份数比混合，室温下混合搅拌30s，搅拌均匀后得到E混合液；S6、将E混合液与剩余D浆液混合搅拌150s，搅拌均匀制得复合注浆材料。

实验测得：该种复合注浆材料的初凝时间为158s，相对于现有的注浆材料初凝时间明显缩短，同时对凝结后的该种复合注浆材料进行抗压强度和耐碱性测试，依次对上述两种参数在第1天、第3天、第7天和第28天进行记录，得到如图2所示结果。通过对比，最终得出结论：与现有的注浆材料的两种性能相比，抗压强度大幅度提升、且强度增长速度更快；耐碱性更好，更不易产生水解问题。由上述数据可见，应用该方法得到的复合注浆材料，抗压强度更好，初凝时间更短，耐碱性更佳，效果十分显著。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种复合注浆材料，其特征在于，由A组分、B组分、引发剂混合而成；

所述A组分包括：工业废渣、减水剂、水和水玻璃，其中所述工业废渣包括粉煤灰、钢渣、矿渣中的任意一种或多种；

所述B组分包括：丙烯酸酯、水、交联剂和促进剂。

2.根据权利要求1所述的一种复合注浆材料，其特征在于，所述A组分中各组分的质量份数分别为：工业废渣40～70份；减水剂0.005～0.01份；水玻璃5～10份；所述B组分中丙烯酸酯的质量份数为1～5份。

3.根据权利要求1所述的一种复合注浆材料，其特征在于，所述工业废渣中各组分的质量份数分别为：粉煤灰10～20份；钢渣10～20份；矿渣20～30份。

4.根据权利要求1所述的一种复合注浆材料，其特征在于，所述水与所述工业废渣的质量份数比为0.45～0.7。

5.根据权利要求1所述的一种复合注浆材料，其特征在于，所述减水剂为萘系减水剂；所述B组分还包括丙烯酸盐。

6.根据权利要求1所述的一种复合注浆材料，其特征在于，所述交联剂的质量份数为0.055-0.35份；或/和

所述引发剂的质量份数为0.037-0.2份；或/和

所述促进剂的质量份数为0.04-0.44份。

7.根据权利要求1所述的一种复合注浆材料，其特征在于，所述A组分和所述B组分中还混合有硫酸铜、明矾、氯化钙中的任意一种或多种；或/和

所述引发剂为过硫酸铵、异丙苯过氧化氢、过硫酸钾、过硫化氢中的任意一种；所述水玻璃为模数2.60～2.90，二氧化硅的含量为25.7％。

8.根据权利要求1所述的一种复合注浆材料，其特征在于，所述交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基苯、二异氰酸酯、季戊四醇二丙烯酸酯或乙二醇二丙烯酸酯中任意一种或多种；所述促进剂为三乙醇胺、四甲基乙二胺、甲酸钙、氯化钙、亚硝酸钙中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的一种复合注浆材料，其特征在于，所述丙烯酸酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-甲基丙烯酸甲酯或2-甲基丙烯酸乙酯中的任意一种或多种。

10.一种制备权利要求1-9任一项所述的复合注浆材料的方法，其特征在于，包括：

步骤1、将工业废渣与水搅拌均匀后，加入减水剂搅拌均匀，制得A浆液，其中所述工业废渣包括粉煤灰、钢渣、矿渣中的任意一种或多种，所述水和所述工业废渣的质量份数比为1-1.8：3；

步骤2、将A浆液和水玻璃混合均匀形成B混合液；

步骤3、将所述B混合液内加入引发剂，混合均匀得到C混合液；

步骤4、将水、丙烯酸盐和丙烯酸酯混合搅拌均匀，依次加入交联剂和促进剂搅拌至均匀，得到D浆液；

步骤5、将所述C混合液与所述D浆液混合，室温下搅拌均匀，制得复合注浆材料。

Images