CN1154996A - 地基灌注用药液 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种灌注于地基中并使该地基胶结的水玻璃系地基灌注用药液，特别是涉及这样一种地基灌注用药液，该药液容易进行从短时间到长时间的广范围内的凝胶化时间的调整，而且尽管水玻璃的浓度较低，却表现出高强度，且在渗透性、截水性以及耐久性方面都很优良。
Description
本发明涉及一种灌注于地基中并使该地基胶结的水玻璃系地基灌注用药液，特别是涉及这样一种地基灌注用药液，该药液容易进行从短时间到长时间的广范围内的凝胶化时间的调整，而且尽管水玻璃的浓度较低，却表现出高强度，且在渗透性、截水性以及耐久性方面都很优良。
为胶结地基而采用的水玻璃系地基灌注用药液，已知有含有水玻璃以及作为反应剂的铝酸钠的药液(参考特公昭26-6630号公报)。
在上述的已知药液中，为使该药液的渗透性良好，就必须减低粘性和延长凝胶化时间。为减低粘性，必须降低水玻璃的浓度。另外，为延长凝胶化时间，必须减少作为反应剂的铝酸钠的量。
与此同时，也引起胶结强度的大幅度的下降。而且，未反应的水玻璃在凝胶化以后析出，引起凝胶的收缩，即强烈的胶体脱水收缩作用(离浆性)。其结果不仅造成截水性的降低，而且造成耐久性的降低.
为改善上述以铝酸钠作为反应剂使用所造成的缺点，有人建议在水玻璃(市售的3号品，比重1.42)为50-30％(容量比)、铝酸钠(比重1.39)为5-15％(容量比)的范围内调整凝胶化时间(参考特公昭44-28535号公报)。另外，还已知在铝酸钠中合并使用水溶性脂族醛(参考特公照54-22687号公报)、合并使用磷酸类或碱性铝盐(参考特公昭56-129289号公报)、合并使用水泥、苹果酸、葡萄糖酸(参考特公昭59-62689号公报)等的技术。
然而，这些改良技术对于从急凝到缓凝领域的广范围的凝胶化时间的调整、高胶结强度的表现、截水性及耐久性的改善等方面并不充分。
因此，本发明的目的在于提供一种地基灌注用药液，该药液将作为水玻璃的反应剂的铝酸碱金属盐进行改良，使从急凝到缓凝的大范围内的凝胶化时间的调整容易进行，而且，尽管水玻璃浓度较低，也可表现出高的胶结强度，进而在渗透性、截水性及耐久性方面也很优良，可以改良上述先有技术中存在的缺点。
为达到这一目的，本发明的地基灌注用药液的特征在于，该药液由水玻璃、铝酸碱金属盐以及加水分解后呈酸性的铝盐组成。其特征还在于以上各成分必须满足下面(1)～(5)所规定的条件：
(1)水玻璃的摩尔比为2.8以上。
(2)水玻璃的SiO2浓度占总调和液中的5～9重量/容量％。
(3)换算成Al2O3的铝酸碱金属盐和加水分解后呈酸性的铝盐的合计量占总调和液中的0.5-1.6重量/容量％。
(4)铝酸碱金属盐的Al2O3换算量/加水分解后呈酸性的铝盐的Al2O3换算量＞3.0。
(5)铝酸碱金属盐的Al2O3换算量＋加水分解后呈酸性的铝盐的Al2O3换算量/水玻璃的SiO2量×100＝7～25％。
下面具体详细地阐述本发明。
本发明中使用的水玻璃的摩尔比为2.8以上，SiO2浓度为总调和液中的5～9重量/容量％，优选为6～8重量/容量％。如果摩尔比在2.8以下则胶结后不能表现出足够的强度。另外，如果SiO2浓度在5重量/容量％以下，则凝胶化时间过长，不仅不能进行短时间的调整，而且胶结强度也弱。另外，如果SiO2浓度在9重量/容量％以上，则凝胶化时间过短，不仅不能进行长时间的调整，而且胶结强度也弱。
另外，本发明中采用的铝酸碱金属盐是水玻璃的反应剂，即硬化剂，具体可以采用铝酸钠、铝酸钾等。
而且，本发明中采用的加水分解后呈酸性反应的铝盐可以弥补上述铝酸碱金属盐作为水玻璃的反应剂的缺点，可以达到本发明下述的效果，是成为本发明特征的成分。以下在本发明中称该成分为酸性铝盐。
上述酸性铝盐是加水分解后呈酸性反应的铝盐，具体可以采用硫酸铝(Al2(SO4)O3)、氯化铝(AlCl3)、硝酸铝(Al(NO3)3)、明矾类(K2SO4·Al2(SO4)3)·24H2O)、铵矾、钠矾)等。
本发明涉及的上述3种成分，即水玻璃，铝酸碱金属盐及酸性铝盐的配和量最好同时满足下面(a)～(c)中所示的三个条件：
(a)换算成Al2O3的铝酸碱金属盐和酸性铝盐的合计量为总调和液中的0.5～1.6重量/容量％。如果该值为0.5重量/容量％以下，则凝胶化时间成为24小时以上，短的凝胶化时间的调整变得困难，而且胶结强度也小。另外，如果为1.6重量/容量％以上，则成为急凝，长的凝胶化时间的调整变得困难，而且胶结强度也小。
(b)铝酸碱金属盐的Al2O3换算量(重量)/酸性铝盐的Al2O3换算量(重量)的值为3以上，优选为3～10。即使此值为10以上，在效果上也并无特殊的变化，或者会表现出一些强度降低的倾向。
(c)铝酸碱金属盐的Al2O3换算量(重量)与酸性铝盐的Al2O3换算量(重量)之和被水玻璃的SiO2量(重量)除，再乘以100后得到的值为7～25％。如果此值为7％以下则凝胶化时间过长，短的凝胶化时间的调整变得困难，而且胶结强度也降低。另外，如果为25％以上，则凝胶化时间过短，长的凝胶化时间的调整变得困难。
因为上述本发明中提及的地基灌注用药液是在水玻璃和铝酸碱金属盐系统中进一步含有酸性铝盐构成，所以不仅容易进行从急凝到缓凝的凝胶化时间的调整而且胶结强度及渗透性也很优良，且有希望提高耐久性。
这被认为是由如下作用引起的。即，一般来讲，水玻璃和铝酸碱金属盐系统与水玻璃和其它的无机类反应剂系统相比较，凝胶化时间短，特别是在夏天，凝胶化时间的调整难以进行，胶体脱水收缩作用强烈且强度也较弱。
对此，如果在上述水玻璃和铝酸碱金属盐系统中添加酸性铝盐，则产生缓冲作用，进一步促进凝胶化时间的缓慢的变化，且使渗透性变得良好。而且，酸性铝盐在调和液中呈酸性，中和水玻璃的碱分，而且被认为可以抑制胶体脱水收缩作用，并且可提高胶结强度。
下面，以实施例详细阐述本发明，但本发明并不仅限于这些实施例。
1.使用材料
(1)水玻璃：
使用3种表1所示组成的摩尔比不同的水玻璃。
表1：
| 水玻璃比重(20℃) | SiO2(％) | Na2O(％) | 摩尔比 | |
| No.1No.2No.3 | 1.321.391.60 | 25.529.034.7 | 7.010.414.2 | 3.752.892.53 |
(2)铝酸的碱金属盐：
使用含Al2O3 19.3％、比重1.468的铝酸钠溶液。
(3)酸性铝盐：
使用含Al2O3 8.1％、比重为1.273的硫酸铝溶液、
2.调和
将表1所示水玻璃的水溶液调制成表2的A液，再将上述铝酸钠以及硫酸铝的混合水溶液调制成表2的B液，测定该AB液的混合液的凝胶化时间及根据丰浦标准砂得到的砂凝胶(sandgel)的单向压缩强度(kgf/cm2)，结果如表2所示。在表2中，凝胶化时间采用杯倒立法测定，单向压缩强度根据土质工学会基准《土的单向压缩试验方法》测定。另外，表2中的w/v％表示重量/容量％。
表2：【表2】
| 19 | 200 | - | - | 300 | 30.0 | 10.0 | 460.0 | 6.73 | 8.50 | 1.03 | 0.95 | 8.25 | 8.9 | 5分 | 4.6 | 4.8 | |
| 20 | 200 | - | - | 300 | 32.5 | 9.0 | 458.5 | 6.73 | 9.20 | 0.93 | 1.01 | 9.89 | 9.9 | 8分 | 4.3 | 4.6 | |
| 21 | 200 | - | - | 300 | 33.0 | 8.0 | 457.0 | 6.73 | 9.92 | 0.82 | 1.07 | 12.09 | 10.7 | 13分 | 3.9 | 4.1 | |
| 22 | 200 | - | - | 300 | 37.0 | 8.0 | 455.0 | 6.73 | 10.48 | 0.82 | 1.13 | 12.78 | 16.8 | 7分 | 4.0 | 4.1 | |
| 1 | 200 | - | - | 300 | 20.0 | - | 480.0 | 6.73 | 5.67 | - | 5.67 | - | 8.4 | 100分 | 0.6 | 0.7 | |
| 2 | 200 | - | - | 300 | 22.5 | - | 477.5 | 6.73 | 6.38 | - | 6.38 | - | 9.5 | 43分 | 0.8 | 1.0 | |
| 3 | 200 | - | - | 300 | 25.0 | - | 475.0 | 6.73 | 7.08 | - | 7.08 | - | 10.5 | 19分 | 1.1 | 1.2 | |
| 4 | 200 | - | - | 300 | 27.5 | - | 472.5 | 6.73 | 7.79 | - | 7.79 | - | 11.5 | 11分 | 1.3 | 1.5 | |
| 5 | 200 | - | - | 300 | 30.0 | - | 470.0 | 6.73 | 8.50 | - | 8.50 | - | 12.6 | 3分40秒 | 1.5 | 1.6 | |
| 6 | - | 200 | - | 300 | 20.0 | - | 480.0 | 8.06 | 5.67 | - | 5.67 | - | 7.0 | 75分 | 0.5 | 0.7 | |
| 7 | - | 200 | - | 300 | 22.5 | - | 477.5 | 8.06 | 6.38 | - | 6.38 | - | 7.9 | 38分 | 0.8 | 0.9 | |
| 8 | - | 200 | - | 300 | 25.0 | - | 475.0 | 8.06 | 7.08 | - | 7.08 | - | 8.8 | 23分 | 1.1 | 1.3 | |
| 9 | - | 200 | - | 300 | 27.5 | - | 472.5 | 8.06 | 7.79 | - | 7.79 | - | 9.7 | 13分 | 1.3 | 1.4 | |
| 10 | - | 200 | - | 300 | 30.0 | - | 470.0 | 8.06 | 8.50 | - | 8.50 | - | 10.5 | 7分 | 1.4 | 1.6 | |
| 11 | - | 200 | - | 300 | - | 60.0 | 440.0 | 8.06 | - | 6.18 | 6.18 | - | 7.7 | 45分 | 0.6 | 0.6 | |
| 12 | - | 200 | - | 300 | - | 75.0 | 425.0 | 8.06 | - | 7.73 | 7.73 | - | 9.6 | 9分 | 0.7 | 0.8 |
表2的实验例No.1-22都是与本发明有关的例子。从表2可知，容易得到凝胶化时间从急凝到1小时以上的调和液，而且胶结强度也显示为大约2～5kgf/cm2的单向压缩强度。另外，尽管水玻璃浓度比普通的水玻璃灌浆(grout)的浓度低，却表现出相当高的固结强度。
另外，表2的实验例1～10，19～22中的任何一个都满足下列(1)～(5)的条件：(1)水玻璃的摩尔比在2.8以上、(2)SiO2浓度占总调和液中的5～9重量/容量％5的范围内、(3)换算成Al2O3的铝酸碱金属盐和酸性铝盐的合计量为总调和液中的0.5～1.6重量/容量％、(4)铝酸碱金属盐的Al2O3换算量的值大于3.0，(5)铝酸碱金属盐的Al2O3换算量＋酸性铝盐的Al2O3换算量/水玻璃的SiO2量×100得到的值在7～25％的范围内。在此情况下，容易进行凝胶化时间的调整，而且胶结强度也在3～5kgf/cm2的范围内，更为优良。
实验例19～20是将铝酸钠(换算成Al2O3)/硫酸钠(换算成Al2O3)的值缓慢提高到3.0以上的例子。在10附近任何一个都表现出优良的效果。如果超过10则表现出强度稍有下降的倾向(实验例21、22)。
比较例1～10是将铝酸钠单独作为水玻璃的硬化剂使用的例子，比较例11、12是单独使用硫酸铝的例子，任何一个的胶结强度都在0.5～1.6kgf/cm2，显示出相当低的值。另外，在比较例11、12中，AB液混合时产生沉淀，很难成为均质的液体。
图1表示在表2的实验例1～5以及比较例1～5中铝酸钠溶液(ml)和凝胶化时间(分)之间的关系，实线表示实验例1～5，虚线表示比较例1～5。
从图1可以观察到，实验例1～5与比较例1～5相比，凝胶化时间曲线的倾斜非常平缓，从短时间到长时间的凝胶化时间的调整很容易进行。
另外，实验例1～5的调和液中任何一个在凝胶化前都具有比较低的粘性。因此，本发明药液可以从急凝领域到要求渗透性的领域的广范围内配制。
另外，本发明的实验例中，胶结体收缩后脱出的水分(离浆水)与比较例相比显著减少。因此，截水性及耐久性都非常好。
而且，在上述表2中分别记载了作为铝酸碱金属盐的铝酸钠以及作为酸性铝盐的硫酸铝的例子。除铝酸钠外，可以采用铝酸钾，除硫酸铝外，分别采用氯化铝、硝酸铝、明矾类也会显示出同样的效果。
如上所述，本发明的地基灌注用药液通过合并使用作为水玻璃反应剂的铝酸碱金属盐以及酸性铝盐，可以得到以下效果：
(1)水玻璃浓度即使比普通水玻璃灌浆的浓度低，也可以表现出高的胶结强度。
(2)容易进行从短时间到长时间的凝胶化时间的调整，而且因为直到凝胶化仍保持低粘性，所以可以得到从急凝到要求渗透性的缓凝的广范围的水玻璃灌浆。
(3)胶结强度高。
(4)因为收缩后脱出的水分(离浆水)很少，可以提高截水性及耐久性。
附图的简单说明：
图1为表示表2的实验例1～5及比较例1～5中铝酸钠溶液(ml)和凝胶化时间(分)之间的关系的表示图。
Claims (4)
1.一种地基灌注用药液，该药液由水玻璃、铝酸碱金属盐及加水分解后呈酸性反应的铝盐构成。
2.一种地基灌注用药液，由水玻璃、铝酸碱金属盐及加水分解后呈酸性的铝盐构成，并满足下面(1)～(5)所规定的条件：
(1)水玻璃的摩尔比为2.8以上，
(2)水玻璃的SiO2浓度为总调和液中的5～9重量/容量％，
(3)换算成Al2O3的铝酸碱金属盐和加水分解后呈酸性的铝盐的合计量为总调和液中的0.5～1.6重量/容量％，
(4)铝酸碱金属盐的Al2O3换算量/加水分解后呈酸性的铝盐的Al2O3换算量＞3.0，
(5)铝酸碱金属盐的Al2O3换算量＋加水分解后呈酸性的铝盐的Al2O3换算量/水玻璃的SiO2量×100＝7～25％.
3.权利要求1或2中记载的任何一种地基灌注用药液，其中加水分解后呈酸性的铝盐可从硫酸铝、氯化铝、硝酸铝及明矾类组成的组中选择。
4.权利要求2中记载的地基灌注用药液，其中铝酸碱金属盐的Al2O3换算量/加水分解后呈酸性的铝盐的Al2O3换算量的值在3.0～10.0范围内。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100368508C (zh) * | 2006-01-25 | 2008-02-13 | 北京亿路特通新材料有限责任公司 | 一种土质固化剂 |
| CN111233430A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-05 | 石河子大学 | 一种利用胶凝材料改性生土的方法 |
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1996
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111233430A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-05 | 石河子大学 | 一种利用胶凝材料改性生土的方法 |
| CN111233430B (zh) * | 2020-01-20 | 2022-01-04 | 石河子大学 | 一种利用胶凝材料改性生土的方法 |
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