CN114436604B

CN114436604B - 一种预活化粘土-氟铝酸盐水泥基注浆材料及制备方法

Info

Publication number: CN114436604B
Application number: CN202210050670.9A
Authority: CN
Inventors: 凌贤长; 郭小雨; 丛晟亦; 唐亮; 马朋辉; 马金骥; 王名远; 陈小玉
Original assignee: Harbin Metro Group Co ltd; Harbin Institute of Technology; China Railway 22nd Bureau Group Co Ltd; China Railway 17th Bureau Group Co Ltd; Chongqing Research Institute of Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Metro Group Co ltd; Harbin Institute of Technology; China Railway 22nd Bureau Group Co Ltd; China Railway 17th Bureau Group Co Ltd; Chongqing Research Institute of Harbin Institute of Technology
Priority date: 2022-01-17
Filing date: 2022-01-17
Publication date: 2022-09-30
Anticipated expiration: 2042-01-17
Also published as: CN114436604A

Abstract

一种预活化粘土‑氟铝酸盐水泥基注浆材料及制备方法，涉及一种注浆材料及制备方法。组分A和组分B的质量配比为0.4～0.7:1，组分A由以下质量份的原料组成：粉质粘土197～199份和强碱1～3份，组分B由以下质量份的原料组成：水泥30～60份、粉煤灰15～30份、矿物掺合料10～20份、触变剂8份和抗水分散剂4～10份。能够提高结石体强度，并且凝结时间短、强度增长快、稳定性强、析水率极低，满足水库大坝裂缝封堵注浆的性能要求。

Description

一种预活化粘土-氟铝酸盐水泥基注浆材料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种注浆材料及制备方法，尤其是一种预活化粘土-氟铝酸盐水泥基注浆材料及制备方法，属于混凝土裂缝修复加固技术领域。

背景技术

大型水库、大坝长期处于运行状态，一般不允许因修复加固治理工程而中断运行，只能进行在线修复加固，并且在线修复加固往往在潮湿或水环境中施工。而大型水库的病害主要为混凝土面板与格构梁破损、坡体裂缝破坏与滑塌等，这些病害以各种裂缝最为突出。开裂破坏可能导致坝座在运行期内对拱推力的渐进变形或屈服，在严重的坝肩屈服或失稳的情况下，坝墙局部应力过大可能导致灾难性的坍塌。

针对于此，注浆技术是最为有效的解决方案之一，可封堵裂缝、孔隙等渗流通道，增强裂缝区，整体稳固坝体，并且施工影响小，可在线修复加固水库大坝裂缝。对于水库大坝裂缝注浆要求材料具有微膨胀、抗水分散性、凝结速度快和一定的强度等性能，因此，注浆材料的性能是影响注浆效果的关键因素。目前，混凝土裂缝注浆材料主要为化学、水泥和水泥-粘土浆液，其中，化学浆液注浆效果较好，但成本高且有一定毒副作用，而水泥多采用普通硅酸盐水泥为基础制备注浆材料，凝结时间长、稳定性差且析水率高，不利于实际注浆应用，水泥-粘土浆液中粘土活性较低，在水泥水化过程粘土颗粒主要为阳离子交换反应，对结石体强度贡献较小，导致水泥-粘土材料凝结时间长且强度很低。

鉴于上述问题，亟需对注浆材料进行优化改进，使注浆材料可以更好地满足水库大坝裂缝封堵的需求。

发明内容

为解决背景技术存在的不足，本发明提供一种预活化粘土-氟铝酸盐水泥基注浆材料及制备方法，能够提高结石体强度，并且凝结时间短、强度增长快、稳定性强、析水率极低，满足水库大坝裂缝封堵注浆的性能要求。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

一种预活化粘土-氟铝酸盐水泥基注浆材料，包括组分A和组分B，所述组分A和所述组分B的质量配比为0.4～0.7:1，组分A由以下质量份的原料组成：粉质粘土197～199份和强碱1～3份，其中，所述强碱为氢氧化钠与氢氧化钾按质量比2:1进行混合，组分B由以下质量份的原料组成：水泥30～60份、粉煤灰15～30份、矿物掺合料10～20份、触变剂8份和抗水分散剂4～10份，其中，所述水泥为氟铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥按质量比2:1进行混合，所述矿物掺合料按质量百分比由氧化钙8％～12％、硅酸钙25％～35％、氧化铝6％～8％、铝酸钙15％～21％、半水硫酸钙6％～10％、活性二氧化硅13％～15％和硫酸钾铝10％～12％组成，所述触变剂为黄原胶，所述抗水分散剂为羟乙基纤维素和硅灰按质量比1:30进行混合。

一种预活化粘土-氟铝酸盐水泥基注浆材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按质量份分别称取粉质粘土197～199份和强碱1～3份，将粉质粘土与水混合浸泡，浸泡后取出搅拌至均匀再加入强碱进行预活化制得组分A，水土比为0.6～1.2；

步骤二：按质量份分别称取水泥30～60份、粉煤灰15～30份、矿物掺合料10～20份、触变剂8份和抗水分散剂4～10份，混合均匀后再边搅拌边加水制得组分B，水灰比为0.6～1；

步骤三：将组分B倒入搅拌中的组分A，控制组分A和组分B的质量比为0.4～0.7:1，直至搅拌均匀即可。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的注浆材料主体为粘土，经强碱预活化后结构破坏，活性增加，使其活性氧化硅、氧化铝成分与参与水泥反应，能够提高结石体强度，使用氟铝酸盐水泥固化粘土凝结时间短、强度增长快、稳定性强并且析水率极低，满足水库大坝裂缝封堵注浆的性能要求，效果良好，添加少量矿物掺合料、黄原胶、羟乙基纤维素和硅灰，能够显著增强注浆材料的膨胀性、抗水分散性和可注性。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，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。

一种预活化粘土-氟铝酸盐水泥基注浆材料，包括组分A和组分B，所述组分A和所述组分B的质量配比为0.4～0.7:1，组分A由以下质量份的原料组成：粉质粘土197～199份和强碱1～3份，其中，所述强碱为氢氧化钠与氢氧化钾按质量比2:1进行混合，强碱中的氢氧根可以破坏粘土矿物层状结构，释放结构中活性氧化硅、氧化铝，使其活性增加，与水泥混合后其活性氧化硅、氧化铝组分参与反应能够提高结石体强度，所述粉质粘土优选塑性指数为13.5，组分B由以下质量份的原料组成：水泥30～60份、粉煤灰15～30份、矿物掺合料10～20份、触变剂8份和抗水分散剂4～10份，其中，所述水泥为氟铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥按质量比2:1进行混合，氟铝酸盐水泥以C₁₁A₇·CaF₂为主要矿相，遇水后便快速水化，有大量水化铝酸钙和铝胶生成，粘结粘土颗粒，形成整体骨架，填补颗粒空隙，宏观表现为浆液快速固化、产生微膨胀并具有一定强度，普通硅酸盐水泥可采用P.O 42.5级普通硅酸盐水泥，所述粉煤灰优选一级粉煤灰，比表面积400～450m²/kg，所述矿物掺合料按质量百分比由氧化钙8％～12％、硅酸钙25％～35％、氧化铝6％～8％、铝酸钙15％～21％、半水硫酸钙6％～10％、活性二氧化硅13％～15％和硫酸钾铝10％～12％组成，矿物掺合料优选比表面积在450m²/kg以上，所述触变剂为黄原胶，黄原胶在静止或低流速下具有高粘度，在高流速下粘度急剧下降，少量添加黄原胶可防止偏析、改善泵送性并稳定灌浆性能，所述抗水分散剂为羟乙基纤维素和硅灰按质量比1:30进行混合，优选羟乙基纤维素分子量为120万，克分子取代度1.8～2.0m·s，硅灰的比表面积14000～20000m²/kg。

步骤一：按质量份分别称取粉质粘土197～199份和强碱1～3份，将粉质粘土与水混合浸泡，浸泡后取出搅拌至均匀，以浸泡时间1天，搅拌时间10分钟为宜，再加入强碱进行预活化制得组分A，预活化的时间为1～3天，水土比为0.6～1.2；

步骤二：按质量份分别称取水泥30～60份、粉煤灰15～30份、矿物掺合料10～20份、触变剂8份和抗水分散剂4～10份，通过搅拌机搅拌10分钟混合均匀后再边搅拌边加水制得组分B，水灰比为0.6～1；

以预活化粘土、氟铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥为基础，掺入添加料制备出一种性能可靠的水库裂缝封堵注浆材料，粘土制备注浆浆液前先经过强碱预活化，强碱可以破坏粘土矿物层状结构，释放结构中活性氧化硅、氧化铝，使其活性增加，与水泥混合后其活性氧化硅、氧化铝组分参与反应能够提高结石体强度，氟铝酸盐水泥以C₁₁A₇·CaF₂为主要矿相，遇水后水化速度快，与粘土混合后固化速度快，且有一定微膨胀性能，此外，黄原胶、羟乙基纤维素和硅灰的添加提高了浆液触变性和抗水分散性，使其可以更好地解决水库裂缝封堵问题。

实施例1

制备组分A：准确称取粉质粘土199份、强碱1份、水200份，将粉质粘土与水混合浸泡，浸泡1天取出搅拌10分钟至均匀后加入强碱进行预活化，预活化1天后即制得组分A备用；

制备组分B：准确称取称取水泥40份、粉煤灰20份、矿物掺合料18份、黄原胶8份、抗水分散剂4份、水100份，除水外其它原料放入搅拌机中搅拌10分钟至均匀后取出，然后将水放入搅拌锅，边搅拌边加入混合均匀的上述原料，搅拌混合均匀后即制得组分B备用；

将组分B倒入搅拌中的组分A，控制组分A和组分B的质量比为0.7:1，搅拌均匀即得到本发明的预活化粘土-氟铝酸盐水泥基注浆材料。

检测得到其注浆材料性能：7d抗压强度4.81MPa、泌水率0％、初凝时间66min、结实率101.5％。

实施例2

制备组分A：准确称取粉质粘土198.5份、强碱1.5份、水200份，将粉质粘土与水混合浸泡，浸泡1天取出搅拌10分钟至均匀后加入强碱进行预活化，预活化1天后即制得组分A备用；

制备组分B：准确称取称取水泥60份、粉煤灰15份、矿物掺合料10份、黄原胶8份、抗水分散剂7份、水100份，除水外其它原料放入搅拌机中搅拌10分钟至均匀后取出，然后将水放入搅拌锅，边搅拌边加入混合均匀的上述原料，搅拌混合均匀后即制得组分B备用；

将组分B倒入搅拌中的组分A，控制组分A和组分B的质量比为0.6:1，搅拌均匀即得到本发明的预活化粘土-氟铝酸盐水泥基注浆材料。

检测得到其注浆材料性能：7d抗压强度5.25MPa、泌水率0％、初凝时间74min、结实率100.8％。

实施例3

制备组分B：准确称取称取水泥50份、粉煤灰20份、矿物掺合料15份、黄原胶8份、抗水分散剂7份、水100份，除水外其它原料放入搅拌机中搅拌10分钟至均匀后取出，然后将水放入搅拌锅，边搅拌边加入混合均匀的上述原料，搅拌混合均匀后即制得组分B备用；

将组分B倒入搅拌中的组分A，控制组分A和组分B的质量比为0.5:1，搅拌均匀即得到本发明的预活化粘土-氟铝酸盐水泥基注浆材料。

检测得到其注浆材料性能：7d抗压强度7.65MPa、泌水率0％、初凝时间48min、结实率102.3％。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种预活化粘土-氟铝酸盐水泥基注浆材料，其特征在于：包括组分A和组分B，所述组分A和所述组分B的质量配比为0.4～0.7:1，组分A由以下质量份的原料组成：粉质粘土197～199份、强碱1～3份和水，水土比为0.6～1.2，其中，所述强碱为氢氧化钠与氢氧化钾按质量比2:1进行混合，组分B由以下质量份的原料组成：水泥30～60份、粉煤灰15～30份、矿物掺合料10～20份、触变剂8份、抗水分散剂4～10份和水，水灰比为0.6～1，其中，所述水泥为氟铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥按质量比2:1进行混合，所述矿物掺合料按质量百分比由氧化钙8％～12％、硅酸钙25％～35％、氧化铝6％～8％、铝酸钙15％～21％、半水硫酸钙6％～10％、活性二氧化硅13％～15％和硫酸钾铝10％～12％组成，矿物掺合料的比表面积在450m²/kg以上，所述触变剂为黄原胶，所述抗水分散剂为羟乙基纤维素和硅灰按质量比1:30进行混合。

2.根据权利要求1所述的一种预活化粘土-氟铝酸盐水泥基注浆材料，其特征在于：所述粉质粘土的塑性指数为13.5。

3.根据权利要求1所述的一种预活化粘土-氟铝酸盐水泥基注浆材料，其特征在于：所述粉煤灰为一级粉煤灰，比表面积400～450m²/kg。

4.根据权利要求1所述的一种预活化粘土-氟铝酸盐水泥基注浆材料，其特征在于：所述抗水分散剂中羟乙基纤维素分子量为120万，克分子取代度1.8～2.0m·s，硅灰的比表面积14000～20000m²/kg。

5.一种根据权利要求1所述的预活化粘土-氟铝酸盐水泥基注浆材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤一中粉质粘土与水混合浸泡的时间为1天，取出后搅拌的时间为10分钟，预活化的时间为1~3天。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤二中水泥、粉煤灰、矿物掺合料、触变剂和抗水分散剂通过搅拌机搅拌10分钟使混合均匀。