CN113402198A - 一种海积淤泥地层注浆浆液用复合外加剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海积淤泥地层注浆浆液用复合外加剂及其应用，所述海积淤泥地层注浆浆液用复合外加剂，按质量百分比计，其组成如下：三甲基氯化铵11.6～12.3份、亚磷酸钠0.8～1.0份、聚氧乙烯基醚66.5～67.9份、羟丙甲基纤维素2.7～3.0份、过硫酸铵1.4～1.6份、聚丙烯酰胺6.6～7.3份、酒石酸钾钠2.7～3.0份、甲酸钙3.2～3.5份、十二烷基苯磺酸钠2.3～2.6份。将所述复合外加剂用于海积淤泥地层注浆浆液，所述海积淤泥地层注浆浆液，按质量百分比计，其组成如下：水泥62.7％～63.5％：复合型外加剂0.1％～0.3％：水36.4～37.0％。添加一定含量的复合型外加剂不仅提高了浆液流动性和可泵期，同时提高了结石体的耐腐蚀性和强度特性。在降低水灰比的同时提高了软基承载能力。

Description

一种海积淤泥地层注浆浆液用复合外加剂及其应用

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种海积淤泥地层注浆浆液用复合外加剂及其应用。

背景技术

随着社会的发展，与之不断完善的交通运输体系和大幅提升的运输服务能力对桥梁道路的路基质量提出了更高的要求。为此，道路承载地层必须进行加固处理。

当前注浆技术因其施工简便、成本低、周边环境影响小等优势被广泛应用于地基特别是软土地基的加固处理中。通过一定的注浆压力将浆液沿钻孔压入待加固的松散土体中，土体的孔隙受到充填固结和压密作用后其密实度和承载力得到显著的提升。然而，在沿海滩涂地区铺设交通网时，区域内常见的海积淤泥以“三高两低”的力学特性给道路地基处理带来极大的困难，使用传统注浆技术时出现水泥用量大幅增加、浆液易稀释稳定性差，土体固结强度低等问题。

研究表明，在水泥浆液中掺入外加剂后能够明显改善浆液的性能，增强其稳定性。目前已有的外加剂按照主要功能分为改善浆液流动性能外加剂、调节凝结时间和硬化特性外加剂、改善耐久性外加剂以及提升浆液其他性能的外加剂，但外加剂性一般都性能单一，不能满足多种需求，而海积淤泥软土地层要求注浆浆液必须同时具备流动性好、可泵期长、强度高和耐蚀性好等特性。故针对现有注浆浆液在海积淤泥地层中加固效果不佳、水泥用量大的问题，实有必要充分结合海积淤泥的特性，研制一种复合型外加剂，并通过外加剂的使用以及注浆浆液配方的优化，改善注浆技术在海积淤泥层中的使用效果，提升海积软土的承载能力并降低工程成本。

发明内容

针对现有注浆技术在“三高两低”特性的海积淤泥地层中加固效果不佳的问题，本发明的目的在于提供一种海积淤泥地层注浆浆液用复合外加剂及其应用，将本发明提供的复合外加剂掺入海积淤泥地层注浆浆液，不仅可以减少水泥用量，而且可以使浆液稳定性、可泵性、耐蚀性及强度特性明显增强，海积淤泥地层承载能力明显提高。

为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种海积淤泥地层注浆浆液用复合外加剂，按质量百分比计，其组成如下：三甲基氯化铵11.6～12.3份、亚磷酸钠0.8～1.0份、聚氧乙烯基醚66.5～67.9份、羟丙甲基纤维素2.7～3.0份、过硫酸铵1.4～1.6份、聚丙烯酰胺6.6～7.3份、酒石酸钾钠2.7～3.0份、甲酸钙3.2～3.5份、十二烷基苯磺酸钠2.3～2.6份。

具体的，所述的三甲基氯化铵型号为无色透明液体状DMC，分子量为207.7。具体的，所述的亚磷酸钠型号为白色结晶粉末状SP，分子量为216.04。

具体的，所述的聚氧乙烯基醚型号为乳白色固体状TPEG，分子量2200，能增强浆液耐蚀性和保坍性。

具体的，所述的羟丙甲基纤维素型号为白色颗粒粉末状HPMC，分子量59.08708，，能提升浆液可泵性。

具体的，所述的过硫酸铵型号为白色晶体状APS，分子量为228.2。

具体的，所述的聚丙烯酰胺型号为白色固体状PAA，分子量为71.0779。

具体的，所述的酒石酸钾钠型号为无色透明结晶状PS，分子量为210.23，

具体的，所述的甲酸钙型号为白色结晶状CaF，分子量为130.0，，能有效缩短浆液从可泵期至初凝的时间间隔，加快浆体的硬化。

具体的，所述的十二烷基苯磺酸钠型号为淡黄色粉状K12，分子量为348.48。

优选的方案，所述复合外加剂的制备过程为：将三甲基氯化铵、丙烯酰胺、聚氧乙烯基醚加入去离子水中，于25-35℃溶解再恒温15-25min获得浆液，向浆液中通入氮气驱氧后，再加入亚磷酸钠、过硫酸铵，升温至55-65℃，反应获得聚合物产物，然后再将聚合物产物、甲酸钙、十二烷基苯磺酸钠、酒石酸钾钠、羟丙甲基纤维素混合，即得复合外加剂。

进一步的优选，向浆液中通入氮气驱氧15min以上。

进一步的优选，所述反应的时间为4-6h。

在实际操作过程中，反应后得到胶状结枝共聚物，然后再通过丙酮洗涤烘干得到白色高分子聚合物固体产物。

进一步的优选，所述混合过程在双运动搅拌桶中进行，混合的时间为25-50min。利用双运动搅拌桶中转动和料筒内部叶片的转动驱使粉体相互扩散、对流、剪切预混即得复合外加剂。

本发明中，通过大量的实验，对复合外加剂进行了多种成份的复配，发明人发现，上述成份的复配能够产生协同增效，最终获得具有多重改性效果的复合外加剂，当然本发明的组成与配比都是不可替代的，无论是组成，或配比的不合理，都会导致复合外加剂的性能无法发挥，同时在本发明中，复合外加剂并不是通过简单的混合获得理想效果，通过本发明所提供的制备过程，才能具有最佳的应用效果。

本发明还提供一种海积淤泥地层注浆浆液用复合外加剂的应用，将所述复合外加剂用于海积淤泥地层注浆浆液，所述海积淤泥地层注浆浆液，按质量百分比计，其组成如下：水泥62.7％～63.5％：复合型外加剂0.1％～0.3％：水36.4～37.0％。

本发明中，所述的水泥型号为PC32.5普通硅酸盐水泥，水泥的来源采取就近原则以减低水泥原料运输成本，所述的水为工业用清水，水中无杂质。

优选的方案，所述海积淤泥地层注浆浆液的制备过程为，先将水泥倒入搅拌罐中，然后注入清水，搅拌12-18min；获得混合物，然后再加入复合外加剂，搅拌8-14min即获得海积淤泥地层注浆浆液。

有益效果

本发明提供了一种复合外加剂，所提供的复合外加剂掺入海积淤泥地层注浆浆液，不仅可以减少水泥用量，而且可以使浆液稳定性、可泵性、耐蚀性及强度特性明显增强，海积淤泥地层承载能力明显提高。在将复合外加剂应用于海积淤泥地层注浆浆液过程中，通过依次加入水泥、清水和外加剂进行两次搅拌，这样制备海积淤泥地层注浆浆液出的物料各组分之间的混合更加均匀。在本发明中，在海积淤泥地层注浆浆液中只需添加0.1％～0.3％的复合型外加剂，一方面提高了注浆浆液中水泥颗粒的分散性、增大了水泥泥化速度和程度，另一方面降低了浆液水灰比，提高浆液流动性，增强了注浆结石体的耐海洋腐蚀性，通过调节浆液水化反应使其吸收和挤出海相淤泥层中部分水提高了软土地基的承载能力。

具体实施方式

为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限于本发明的保护范围。

实施例1：

本发明提出的一种海积淤泥地层注浆浆液，注浆浆液中的复合外加剂配方及制备方法如下：

1、以重量为单位，包括以下原料：三甲基氯化铵11.6份、亚磷酸钠1.0份、聚氧乙烯基醚67.9份、羟丙甲基纤维素3.0份、过硫酸铵1.4份、聚丙烯酰胺6.6份、酒石酸钾钠2.7份、甲酸钙3.5份、十二烷基苯磺酸钠2.3份；

2、首先取三甲基氯化铵、丙烯酰胺、聚氧乙烯基醚，加入去离子水在30℃环境下溶解并水浴恒温20分钟，随后通入氮气进行驱氧15min后加入亚磷酸钠、过硫酸铵升温至60℃持续反应5小时得到胶状结枝共聚物。通过丙酮洗涤烘干得到白色高分子聚合物固体产物；

3、然后取甲酸钙、十二烷基苯磺酸钠、酒石酸钾钠、羟丙甲基纤维素与得到的聚合物产物添加至双运动搅拌桶里利用料筒的转动和料筒内部叶片的转动驱使粉体相互扩散、对流、剪切预混30min后既得到复合外加剂；

4、最后按质量取0.3％含量的复合外加剂，63.5％的C35普通硅酸盐水泥和36.2％的工业用水一齐倒入水泥搅拌机内充分搅拌12～14min，制备适用于海积淤泥地层的注浆浆液。

实施例2：

本发明提出的一种海积淤泥地层注浆浆液，注浆浆液中的复合外加剂配方及制备方法如下：

1、以重量为单位，包括以下原料：三甲基氯化铵12.3份、亚磷酸钠0.8份、聚氧乙烯基醚66.5份、羟丙甲基纤维素2.7份、过硫酸铵1.6份、聚丙烯酰胺7.3份、酒石酸钾钠3.0份、甲酸钙3.2份、十二烷基苯磺酸钠2.6份；

2、首先取三甲基氯化铵、丙烯酰胺、聚氧乙烯基醚，加入去离子水在30℃环境下溶解并水浴恒温20分钟，随后通入氮气进行驱氧15min后加入亚磷酸钠、过硫酸铵升温至60℃持续反应5小时得到胶状结枝共聚物。通过丙酮洗涤烘干得到白色高分子聚合物固体产物；

3、然后取甲酸钙、十二烷基苯磺酸钠、酒石酸钾钠、羟丙甲基纤维素与得到的聚合物产物添加至双运动搅拌桶里利用料筒的转动和料筒内部叶片的转动驱使粉体相互扩散、对流、剪切预混30min后既得到复合外加剂；

4、最后按质量取0.3％含量的复合外加剂，63.5％的C35普通硅酸盐水泥和36.2％的工业用水一齐倒入水泥搅拌机内充分搅拌12～14min，制备适用于海积淤泥地层的注浆浆液。

对比例1

与实施例1的制备方法相同，唯有不同的是制备复合外加剂的原料中缺少聚氧乙烯基醚、聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、羟丙甲基纤维素与甲酸钙。

对比例2

与实施例2的制备方法相同，唯有不同的是制备复合外加剂的原料中缺少聚氧乙烯基醚。

对比例3

与实施例2的制备方法相同，唯有不同的是制备复合外加剂的原料中缺少聚丙烯酰胺。

对比例4

与实施例2的制备方法相同，唯有不同的是制备复合外加剂的原料中缺少十二烷基苯磺酸钠。

对比例5

与实施例2的制备方法相同，唯有不同的是制备复合外加剂的原料中缺少羟丙甲基纤维素。

对比例6

与实施例2的制备方法相同，唯有不同的是制备复合外加剂的原料中缺少甲酸钙。

基于室内试验对对比例1-6和实施例1-2所制备的注浆浆液进行可泵期、初凝时间、析水率和耐蚀性测定，并对浆液固结后形成的结石体进行加工制备试验试样，使用MTS-322液压是试验机开展1d、7d、28d抗压强度和抗折强度测试。

表1浆液试验结果

表2结石体试验结果

由表1和表2可知：本发明通过加入聚氧乙烯基醚、聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、羟丙甲基纤维素与甲酸钙在制备复合外加剂中起到了协同强化作用，使得注浆浆液的性能得到明显提升，主要表现在如下方面：

(1)延长了浆液可泵期，在可泵期内浆液保持着良好的流动性，且浆液从可泵期到初凝时间的时间间隔较短；

(2)显著提升了浆液耐腐蚀性能；

(3)浆液其析水率有所下降，直接表现为浆液的稳定性更好，注浆过程中浆液在海积淤泥软土层中不断有过多的流失，从而使得凝固后的结石体强度更高；

(4)浆液结石体具有前期强度增长快、后期强度高的性能，能够提高浆液注浆加固与堵水治理效果，从而使得地基承载能力进一步增强。

Claims (7)

1.一种海积淤泥地层注浆浆液用复合外加剂，其特征在于：按质量百分比计，其组成如下：三甲基氯化铵11.6～12.3份、亚磷酸钠0.8～1.0份、聚氧乙烯基醚66.5～67.9份、羟丙甲基纤维素2.7～3.0份、过硫酸铵1.4～1.6份、聚丙烯酰胺6.6～7.3份、酒石酸钾钠2.7～3.0份、甲酸钙3.2～3.5份、十二烷基苯磺酸钠2.3～2.6份。

2.根据权利要求1所述的一种海积淤泥地层注浆浆液用复合外加剂，其特征在于：所述复合外加剂的制备过程为：将三甲基氯化铵、丙烯酰胺、聚氧乙烯基醚加入去离子水中，于25-35℃溶解再恒温15-25min获得浆液，向浆液中通入氮气驱氧后，再加入亚磷酸钠、过硫酸铵，升温至55-65℃，反应获得聚合物产物，然后再将聚合物产物、甲酸钙、十二烷基苯磺酸钠、酒石酸钾钠、羟丙甲基纤维素混合，即得复合外加剂。

3.根据权利要求2所述的一种海积淤泥地层注浆浆液用复合外加剂，其特征在于：向浆液中通入氮气驱氧15min以上。

4.根据权利要求2所述的一种海积淤泥地层注浆浆液用复合外加剂，其特征在于：所述反应的时间为4-6h。

5.根据权利要求2所述的一种海积淤泥地层注浆浆液用复合外加剂，其特征在于：所述混合过程在双运动搅拌桶中进行，混合的时间为25-50min。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种海积淤泥地层注浆浆液用复合外加剂的应用，其特征在于：将所述复合外加剂用于海积淤泥地层注浆浆液，所述海积淤泥地层注浆浆液，按质量百分比计，其组成如下：水泥62.7％～63.5％：复合型外加剂0.1％～0.3％：水36.4～37.0％。

7.根据权利要求6任意一项所述的一种海积淤泥地层注浆浆液用复合外加剂的应用，其特征在于：所述海积淤泥地层注浆浆液的制备过程为，先将水泥倒入搅拌罐中，然后注入清水，搅拌12-18min；获得混合物，然后再加入复合外加剂，搅拌8-14min即获得海积淤泥地层注浆浆液。