CN114956745A - 一种注浆用速凝发泡水泥及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于道路工程材料技术领域，具体涉及一种注浆用速凝发泡水泥及其制备方法。该速凝发泡水泥包括以重量份计的水泥、固态外加剂和水，其中水泥包括硫铝酸盐水泥70‑100份、硅酸盐水泥0‑30份；固态外加剂包括过碳酸钠0.5‑4份、早强剂2‑4份、稳泡剂1‑3份、硫酸铝0.5‑2份、PVA纤维0.1‑0.8份、萘系减水剂0.01‑0.2份，所述水的添加量为60‑70份。本发明将水灰比设置为0.6‑0.7并辅以萘系减水剂使得材料可灌性好，且在此前提下材料完成发泡后能够在1h内凝结硬化，4h抗压强度1MPa以上，24h抗压强度不低于1.5MPa。
Description
技术领域
本发明属于道路工程材料技术领域，具体涉及一种注浆用速凝发泡水泥及其制备方法。
背景技术
近年来，我国道路建设快速发展，在建和待建项目不断増多，同时也对路基的稳定性和平顺性提出了更高的要求。由于部分道路长期超负荷使用，多年雨水侵蚀等原因，使得在地基上修建好的道路路基会在动荷载作用下产生不均匀沉降或脱空，严重影响了车辆运行的安全和稳定。因此，需要对道路地区出现病害的地基进行注浆加固处理。注浆加固作为一种非开挖道路修复手段，对于道路自身原有结构扰动小，具有经济效益显著、交通影响小、施工条件宽泛、环保清洁、社会影响小等优点，因此在地基加固工程中得到广泛应用。
注浆加固技术通过钻孔，在一定压力作用下利用注浆管分层均匀地将浆液注入到基层或地基疏松、脱空等结构病害处。由于浆体材料具有流动性高、渗透性好等优点，渗透至结构的浆体充填并挤压空隙处的空气与水分，占据其空间，从而使裂缝处的孔隙率降低，强度增大。经一段时间养护后，浆液凝结固化形成强度，与周围材料相互黏结形成一个新结构体，使土体结构固化，病害缺陷得到弥补，最终使路面结构的承载力增大，使用寿命增长。用注浆加固技术修补后的路面结构能在短时间养护后达到开放交通的条件，具有较好的经济与社会效益。
注浆材料的选择直接影响着加固效果和效率。传统注浆材料主要是高聚物或水泥水玻璃浆液等。高聚物类注浆材料主要优点是其在地下空间可自膨胀挤压土体填充裂隙，注浆效果好，且前期强度较高，可快速开放交通，但高聚物类注浆材料成本较高，在一般道路注浆修复工程中性价比较低。使用水泥水玻璃浆液注浆，虽然可以暂时性抬高地基，增加强度，但由于水泥浆液凝结速度慢，养生时间较长，施工工期较长，且其自重较大，工后可能引起二次沉陷。
发泡水泥分为物理发泡和化学发泡类，目前现有的化学发泡类发泡水泥主要用于制作保温隔热材料，有着质轻、保温、隔音等优点，但由于其一般都在自由空间发泡，水灰比低于0.6，且发泡倍数较大，用于注浆工程时在地下密闭空间中发泡效果差，早期流动性较差，强度较低，不能满足道路修复工程需求。物理发泡类发泡水泥近年来在道路注浆工程中有一些实际应用案例，但其需要用起泡机提前发泡再将水泥浆与泡沫混合后进行注浆，现场制备难度较大，注浆时注浆压力一般需要维持在0.8MPa以上，对于注浆设备要求较高，不利于施工。
发明内容
针对目前发泡水泥用于注浆工程时在地下密闭空间中发泡效果差，早期流动性较差，强度较低，不能满足道路修复工程需求的缺陷和问题，本发明提供一种注浆用速凝发泡水泥及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种注浆用速凝发泡水泥，包括以重量份计的水泥、固态外加剂和水，其中水泥包括硫铝酸盐水泥70-100份、硅酸盐水泥0-30份；固态外加剂包括过碳酸钠0.5-4份、早强剂2-4份、稳泡剂1-3份、硫酸铝0.5-2份、PVA纤维0.1-0.8份、萘系减水剂0.01-0.2份，所述水的添加量为60-70份。
上述的注浆用速凝发泡水泥，所述固态外加剂还包括二氧化锰0.3-1.5份；所述二氧化锰的细度为100-200目。
上述的注浆用速凝发泡水泥，所述过碳酸钠细度不小于100目。
上述的注浆用速凝发泡水泥，所述稳泡剂为硬脂酸钙、乳胶粉、羟甲基纤维素的一种或几种。
上述的注浆用速凝发泡水泥，所述稳泡剂为硬脂酸钙和乳胶粉，硬脂酸钙：乳胶粉=5:1。
上述的注浆用速凝发泡水泥，所述早强剂为氯化钙、硅酸钠、硫酸氢钠的一种或几种。
上述的注浆用速凝发泡水泥，所述早强剂为氯化钙、硅酸钠和硫酸氢钠，氯化钙：硅酸钠：硫酸氢钠=1:4:5。
上述的注浆用速凝发泡水泥，所述PVA纤维的长度为6-12mm。
上述的注浆用速凝发泡水泥，所述硫酸铝的细度不小于100目。
本发明还提供一种注浆用速凝发泡水泥的制备方法，该方法包括以下步骤：首先将固态外加剂搅拌均匀，然后将混匀后的固态外加剂和水泥搅拌均匀得到固体基混料，最后将固体基混料和水搅拌均匀得到注浆用速凝发泡水泥。
上述的注浆用速凝发泡水泥的制备方法，将水倒入固体基混料中后搅拌均匀。
本发明的有益效果：本发明通过选择化学发泡方式及对于硫酸铝和早强剂的合理搭配，在保证发泡质量前提下，将水泥发泡过程置于注浆之后，使得材料注浆后在地基病害处可自膨胀填充裂隙，普通水泥基注浆材料注浆压力一般为1MPa左右，而本发明的发泡水泥由于在地下密闭空间内可自膨胀填充裂隙，注浆压力只需0.5MPa，材料会利用自身发泡时的膨胀力充填并挤压空隙处的空气与水分，占据其空间，从而使裂缝处的孔隙率降低，强度增大。
本发明的基料以硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥二者复合使用，且以硫铝酸盐水泥为主，能够避免前期硬化和后期硬化之间产生内部应力，影响其性质表现、甚至是发生裂缝等需要绝对避免的现象。
本发明将水灰比设置为0.6-0.7并辅以萘系减水剂使得材料可灌性好，且在此前提下材料完成发泡后能够在1h内凝结硬化，4h抗压强度1MPa以上，24h抗压强度不低于1.5MPa，主要是因为较高的水及萘系减水剂大幅度提高了材料早期流动性；硫铝酸盐水泥，硫铝酸在开始即产生作用，使得实现快速硬化，加之早强剂、PVA纤维等物质的复合，使得在后期的硬化过程中也不会产生开裂等不良现象。
本发明制备难度低，所有原料除水外皆为固体，将固态部分混合均匀封装后可保存较长时间，工程现场拆封按比例加水搅拌均匀即可作为注浆材料使用，易于生产及存储运输。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明。
实施例1：本实施例提供一种注浆用速凝发泡水泥，该发泡水泥包括以下重量的原料：硫铝酸盐水泥1000kg、早强剂30kg、稳泡剂20kg、过碳酸钠12kg、二氧化锰8kg、PVA纤维5kg、硫酸铝2kg、萘系减水剂0.2kg、水650kg；其中早强剂为氯化钙、硅酸钠、硫酸氢钠按1:4:5比例混合得到的复合早强剂；稳泡剂为硬脂酸钙和乳胶粉按5:1比例混合制得的复合稳泡剂；过碳酸钠为细度100目以上的细粉。
实施例2：本实施例的注浆用速凝发泡水泥，该发泡水泥包括以下重量的原料：硫铝酸盐水泥700kg、硅酸盐水泥300kg、早强剂26kg、稳泡剂17kg、过碳酸钠10kg、二氧化锰6kg、PVA纤维3kg、硫酸铝2kg、萘系减水剂0.2kg、水640kg；其中早强剂为氯化钙、硅酸钠、硫酸氢钠按1:4:5比例混合得到的复合早强剂；稳泡剂为硬脂酸钙和乳胶粉按5:1比例混合制得的复合稳泡剂；过碳酸钠为细度100目以上的细粉。
实施例3：本实施例的注浆用速凝发泡水泥，该发泡水泥包括以下重量的原料：硫铝酸盐水泥800kg、硅酸盐水泥200kg、早强剂22kg、稳泡剂14kg、过碳酸钠8kg、二氧化锰5kg、PVA纤维1kg、硫酸铝1kg、萘系减水剂0.5kg、水610kg。其中早强剂为氯化钙、硅酸钠、硫酸氢钠按1:4:5比例混合得到的复合早强剂；稳泡剂为硬脂酸钙和乳胶粉按5:1比例混合制得的复合稳泡剂；过碳酸钠为细度100目以上的细粉。
对比例1：本对比例调整水泥的配比，提供一种发泡水泥材料，其包括以下成分：硫铝酸盐水泥400kg、硅酸盐水泥600kg、早强剂30kg、稳泡剂20kg、过碳酸钠12kg、二氧化锰8kg、PVA纤维5kg、硫酸铝2kg、萘系减水剂0.2kg、水650kg；其中早强剂为氯化钙、硅酸钠、硫酸氢钠按1:4:5比例混合得到的复合早强剂；稳泡剂为硬脂酸钙和乳胶粉按5:1比例混合制得的复合稳泡剂；过碳酸钠为细度100目以上的细粉。
试验例：本试验例将实施例1-3和对比例1的原料配比按照先将固态外加剂（包括早强剂、稳泡剂、过碳酸钠、二氧化锰、PVA纤维、硫酸铝和萘系减水剂）混合均匀后，再将水泥和固态外加剂搅拌均匀后，加入水混合均匀的方式制备得到注浆用发泡水泥，能够保证发泡过程的稳定性，同时还能尽量避免水泥快速凝结带来的负面效果。然后将实施例1-3和对比例1制得的材料依据标准 JG-T 266-2011《泡沫混凝土》，放入成型模具，之后放入混凝土养护箱进行养护，分别测定24h密度（kg/m3），并分别测定其在4h、1d、3d以及7d的抗压强度，结果如表1所示。
从表1中可以看出，本发明的注浆用速凝发泡水泥材料，在水灰比为0.6以上满足注浆流动性要求的同时，具有体积膨胀率高、凝结时间短、早强的优点，24h密度为840-1030kg/m3，4h抗压强度为1-1.2MPa，1d抗压强度为1.5-2MPa，3d抗压强度为1.7-2.3MPa，7d抗压强度为1.8-2.3MPa。
经过对试样的观察发现，各实施例制备的试样均形方正、表面无空鼓、表面凹坑较少，反映出材料能够流到道路病害注浆区的各个角落，具有良好的流动性。
另外，本发明与传统的发泡水泥材料配比完全不同，水泥部分为硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥复配，使用了不同的发泡剂、稳泡剂、纤维，加入早强剂及硫酸铝和萘系减水剂，且水灰比更高；通过选择化学发泡方式，以及对硫酸铝和早强剂的合理搭配，在保证发泡质量前提下，将水泥发泡过程置于注浆之后，使得材料注浆后在地基病害处可自膨胀填充裂隙。而且普通水泥基注浆材料注浆压力一般为1MPa左右，而本发明由于在地下密闭空间内能够自膨胀填充裂隙，注浆压力只需0.5MPa即可。相较于其他类似材料，本发明将水灰比设置为0.6-0.7并辅以萘系减水剂使得材料可灌性好，且在此前提下材料完成发泡后能够在1h内凝结硬化，4h抗压强度1MPa以上。
同时本发明采用先将固体部分搅拌均匀再将水导入到固体部分的方式，保证了发泡过程的稳定性，能够尽可能避免水泥快速凝结带来的负面效果。
本发明制备难度低，所有原料除水外皆为固体，将固态部分混合均匀封装后可保存较长时间，工程现场拆封按比例加水搅拌均匀即可作为注浆材料使用，易于生产及存储运输。满足用于道路注浆修复工程对于注浆材料流动性好，可自膨胀，早强的要求，兼具凝结时间短，易于生产运输、制备难度低等特性。
Claims (10)
1.一种注浆用速凝发泡水泥，其特征在于：包括以重量份计的水泥、固态外加剂和水，其中水泥包括硫铝酸盐水泥70-100份、硅酸盐水泥0-30份；固态外加剂包括过碳酸钠0.5-4份、早强剂2-4份、稳泡剂1-3份、硫酸铝0.5-2份、PVA纤维0.1-0.8份、萘系减水剂0.01-0.2份，所述水的添加量为60-70份。
2.根据权利要求1所述的注浆用速凝发泡水泥，其特征在于：所述固态外加剂还包括二氧化锰0.3-1.5份；所述二氧化锰的细度为100-200目。
3.根据权利要求1所述的注浆用速凝发泡水泥，其特征在于：所述过碳酸钠细度不小于100目。
4.根据权利要求1所述的注浆用速凝发泡水泥，其特征在于：所述稳泡剂为硬脂酸钙、乳胶粉、羟甲基纤维素的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的注浆用速凝发泡水泥，其特征在于：所述稳泡剂为硬脂酸钙和乳胶粉，硬脂酸钙∶乳胶粉=5∶1。
6.根据权利要求1所述的注浆用速凝发泡水泥，其特征在于：所述早强剂为氯化钙、硅酸钠、硫酸氢钠的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的注浆用速凝发泡水泥，其特征在于：所述早强剂为氯化钙、硅酸钠和硫酸氢钠，氯化钙∶硅酸钠∶硫酸氢钠=1∶4∶5。
8.根据权利要求1所述的注浆用速凝发泡水泥，其特征在于：所述PVA纤维的长度为6-12mm。
9.根据权利要求1所述的注浆用速凝发泡水泥，其特征在于：所述硫酸铝的细度不小于100目。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的注浆用速凝发泡水泥的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：首先将固态外加剂搅拌均匀，然后将混匀后的固态外加剂和水泥搅拌均匀得到固体基混料，最后将水倒入固体基混料中后搅拌均匀得到注浆用速凝发泡水泥。
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