CN116535178A - 一种基于喷射灌浆的地基加固材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及喷射灌浆施工技术的领域，具体涉及一种基于喷射灌浆的地基加固材料及其制备方法，地基加固材料包括以下重量份数的组分：水泥400‑500份，石灰50‑80份，细骨料600‑800份，硅酸盐10‑20份，水凝剂1‑10份，抗裂剂1‑5份，水150‑250份。本申请通过在以水泥、石灰和细骨料为基料的体系中加入硅酸盐、水凝剂和抗裂剂，通过各组分的配合使用，制得的加固材料具有高韧性、高强度特点，加固材料在抢修抢建施工中针对结构式裂缝和整体病害式可以起到快速修复及加固的作用，能够保证修复/加固体具有优异耐腐蚀、耐高温和耐渗透等环境耐受性。
Description
技术领域
本申请涉及喷射灌浆施工技术的领域，尤其是涉及一种基于喷射灌浆的地基加固材料及其制备方法。
背景技术
灌浆是将具有特定性质的材料或用漆配置成的浆液，以一定的压力注入地基岩土体内使其渗透、充填或置换，经胶凝或固化后改善地理的物理力学性质，达到加固、防渗、堵漏等目的。高压喷射灌浆法主要应用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石等地基。高压喷射灌浆具有施工速度快、成墙效果好、适用范围广、可控性高及造价低等优点。
现有技术中，在针对结构裂缝式和整体病害式的快速抢修时，喷射灌浆技术可以起到高效施工的作用，但是传统的喷射灌浆技术仍然与快速抢修需要存在一定的不匹配，存在一定的工序繁琐、施工效率低，以及含纤维复合材料可喷射难度大的问题，并且当前砂浆的凝结速度较慢，不能满足快速抢修抢建施工的需求。
发明内容
针对上述技术问题，本申请提供一种基于喷射灌浆的地基加固材料及其制备方法，旨在解决当前抢修抢建技术存在的工序繁琐、施工效率低等问题。
第一方面，本申请提供一种基于喷射灌浆的地基加固材料，采用如下的技术方案：
一种基于喷射灌浆的地基加固材料，包括以下重量份数的组分：
水泥400-500份，石灰50-80份，细骨料600-800份，硅酸盐10-20份，水凝剂1-10份，抗裂剂1-5份，水150-250份。
通过采用上述技术方案，地基加固材料以水泥、石灰和细骨料作为基料，水泥作为主要固化材料用于提高加固材料的强度和硬度，石灰的加入可以提高加固材料的韧性和延展性，提升其抗震性能；而细骨料作为填充材料可以填充地基中的空隙和缝隙，增强加固材料的稳定性。在此基础上添加硅酸盐、水凝剂和抗裂剂作为辅助添加剂，硅酸盐能够增加加固材料的粘性和粘附性，增强加固材料的固化效果；水凝剂可以加快加固材料的固化速度，使加固材料可以快速固化；抗裂剂的使用能够增加加固材料的抗裂性能，提高耐久性和使用寿命。通过上述各组份配合使用，制得的加固材料具有高韧性、高强度特点，加固材料在抢修抢建施工中针对结构式裂缝和整体病害式可以起到快速修复及加固的作用，能够保证修复/加固体具有优异耐腐蚀、耐高温和耐渗透等环境耐受性。
可选的，所述细骨料包括细砂和玻璃微珠，所述细砂和玻璃微珠的质量比为(5-8)：1。
通过采用上述技术方案，细砂和粗骨料都具有良好的填充性能，可以作为加固材料的支撑基料，为加固体/修复体提供良好的稳定性。玻璃微珠相较于传统的细砂结构，其耐水性、耐腐蚀性、稳定性更好，并且质轻，使用部分玻璃微珠替代细砂，可以进一步减轻加固材料的整体质量，更加有利于喷射注浆。另外，玻璃微珠作为填充骨料，加固材料固化后可以为加固体/修复体提供更高的防渗透和耐腐蚀性，进一步提升加固/修复部位的强度。
可选的，所述水凝剂包括三聚磷酸钠、聚磷酸铵、聚丙烯酰胺、硅酸钠、煤矸石灰中的一种或多种组合。
通过采用上述技术方案，三聚磷酸钠和聚磷酸铵能够通过与水泥中的游离钙离子反应，形成不溶性和稳定的复合物，从而促进水泥的早期硬化过程，增加加固材料的固化速度和强度；聚丙烯酰胺可以通过与水泥中水分子的结合形成水凝胶，从而提高水泥浆料的粘度并减少自由水分，促进水泥的早起硬化过程；煤矸石灰能够与水泥中的氢氧化钙反应，形成不溶性和稳定的硅酸盐、铝酸盐或石膏等反应产物，促进水泥的凝结。上述水凝剂的使用均可缩短加固材料的固化时间，提高施工效率。
可选的，所述水凝剂包括三聚磷酸钠、聚丙烯酰胺、煤矸石灰，三聚磷酸钠、聚丙烯酰胺、煤矸石灰的质量比为1：2-2.25：1.75-2。
通过采用上述技术方案，三聚磷酸钠、聚丙烯酰胺和煤矸石灰在配合使用时，除了发挥其各自的作用外，还可以产生协同配合作用，对加固材料的性能起到进一步协同作用。三种水凝剂配合使用时，其各自与水泥反应生成的产物相互配合，可以使加固材料在前期的固化速度和凝结强度得到有效提升。尤其是当细骨料中添加有玻璃微珠时，水凝剂组合物与水泥反应生成的水凝胶和硅酸盐产物可以促进玻璃微珠在加固材料中体系中的分散程度，获得更加均匀的分散体系，提升加固材料凝结后的强度和稳定性。
可选的，所述抗裂剂包括甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基硅氧烷、甲基硅酸钠中的至少一种。
可选的，所述抗裂剂包括甲基纤维素和甲基硅酸钠，甲基纤维素和甲基硅酸钠的质量比为1:(2.25-3.1)。
通过采用上述技术方案，抗裂剂可以增加加固材料的抗裂性能，提高加固材料的耐久性和使用寿命，同时使加固/修复部位与基体之间具有更好连接强度，提升修复/加固部位的强度。使用甲基纤维素和甲基硅酸钠的混合物作为抗裂剂，当细骨料中添加有玻璃微珠时，甲基硅酸钠除了具有抗裂性能外，还可以作为防水剂使用，并且可以有效润湿玻璃微珠表面，当玻璃微珠分布在细砂的间隙中后，甲基硅酸钠溶于水形成粘稠状的液体，在甲基纤维素的配合下可以在玻璃微珠表面形成一层防水薄膜，该防水膜具有良好的憎水性和不溶性，进而可以起到有效的防渗透效果，提升加固材料修复部位的抗渗性能。
可选的，所述硅酸盐包括硅酸钠、硅酸钾、硅酸铝钠和硅酸铝钾中的一种或多种组合。
可选的，所述水泥为P.O 42.5水泥。
第二方面，本申请提供一种基于喷射灌浆的地基加固材料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种基于喷射灌浆的地基加固材料的制备方法，包括：将细骨料、水泥、石灰搅拌混合均匀得到干料，然后将硅酸盐、水凝剂和抗裂剂溶于水后添加至干料中，混合均匀得到地基加固材料。
可选的，细骨料包括玻璃微珠时，地基加固材料的制备方法包括：
S1、取硅酸盐、抗裂剂和水凝剂分散于十分之一的水中，混合均匀后加入玻璃微珠，持续搅拌反应10-30min；
S2、将细骨料中的其他组分、水泥、石灰搅拌混合得到干料；
S3、取剩余水添加至干料中，再加入玻璃微珠的分散液，搅拌均匀后得到地基加固材料。
通过采用上述技术方案，硅酸盐、水凝剂和抗裂剂先分散于部分水中后与玻璃微珠混合，可以对玻璃微珠起到初步的表面改性效果，提升玻璃微珠在加固材料体系中的分散效果，并且通过抗裂剂和水凝剂与玻璃微珠的初步接触，在后续加固材料应用固化的过程中，可以更好地形成防水膜增强加固部位的抗渗性能。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请技术方案中，通过在以水泥、石灰和细骨料为基料的体系中加入硅酸盐、水凝剂和抗裂剂，通过各组分的配合使用，制得的加固材料具有高韧性、高强度特点，加固材料在抢修抢建施工中针对结构式裂缝和整体病害式可以起到快速修复及加固的作用，能够保证修复/加固体具有优异耐腐蚀、耐高温和耐渗透等环境耐受性。
2.本申请技术方案中，细骨料中添加一定量的玻璃微珠，玻璃微珠相较于传统的细砂结构，其耐水性、耐腐蚀性、稳定性更好，并且质轻，使用部分玻璃微珠替代细砂，可以进一步减轻加固材料的整体质量，更加有利于喷射注浆。另外，玻璃微珠作为填充骨料，加固材料固化后可以为加固体/修复体提供更高的防渗透和耐腐蚀性，进一步提升加固/修复部位的强度。
3.本申请技术方案中，三种水凝剂配合使用时，其各自与水泥反应生成的产物相互配合，可以使加固材料在前期的固化速度和凝结强度得到有效提升。尤其是当细骨料中添加有玻璃微珠时，水凝剂组合物与水泥反应生成的水凝胶和硅酸盐产物可以促进玻璃微珠在加固材料中体系中的分散程度，获得更加均匀的分散体系，提升加固材料凝结后的强度和稳定性。
4.本申请技术方案中，使用甲基纤维素和甲基硅酸钠的混合物作为抗裂剂，当细骨料中添加有玻璃微珠时，甲基硅酸钠除了提供抗裂性能外，还可以作为防水剂使用，并且可以有效润湿玻璃微珠表面，当玻璃微珠分布在细砂的间隙中后，甲基硅酸钠溶于水形成粘稠状的液体，在甲基纤维素的配合下可以在玻璃微珠表面形成一层防水薄膜，该防水膜具有良好的憎水性和不溶性，进而可以起到有效的防渗透效果，提升加固材料修复部位的抗渗性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。需要说明的是，以下实施例中未注明具体者，均按照常规条件或制造商建议的条件进行；以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
实施例1
一种基于喷射灌浆的地基加固材料，其原料组成包括：P.O 42.5水泥400kg、石灰50kg、细度模数为2.0的细砂800kg、硅酸钠10kg、三聚磷酸钠1kg、甲基纤维素1kg、水150kg。地基加固材料的具体制备方法如下：
将细砂、水泥、石灰搅拌混合均匀得到干料，然后将硅酸盐、水凝剂、抗裂剂加到水中分散均匀后加入到干料中，搅拌混合均匀得到地基加固材料。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，原材料组分配比不同，具体参照表1，其余均与实施例1保持一致。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，原材料组分配比不同，具体参照表1，其余均与实施例1保持一致。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于，原材料组分配比不同，具体参照表1，其余均与实施例1保持一致。
表1：实施例2-4原材料配比(kg)
| 水泥 | 石灰 | 细骨料 | 硅酸盐 | 水凝剂 | 抗裂剂 | 水 | |
| 实施例2 | 500 | 80 | 600 | 20 | 10 | 5 | 250 |
| 实施例3 | 420 | 72 | 700 | 12 | 3 | 2 | 200 |
| 实施例4 | 480 | 58 | 680 | 15 | 6 | 3 | 220 |
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，使用等量的细砂替换水凝剂，其余均与实施例1保持一致。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，使用等量的细砂替换抗裂剂，其余均与实施例1保持一致。
性能检测试验将各实施例和对比例中制得的加固材料按照常规方法检测其性能，并制成样块检测加固材料凝结后的强度。
实施例1-4及对比例1、2性能检测结果见下表2。
表2：实施例1-4及对比例1、2性能检测结果
通过表2中的数据可以看出，通过各组分的配合使用，可以有效提升加固材料的凝结时间，促进地基加固材料早期的凝结速度和凝结强度，同时加固材料未凝结状态下具有良好的流动性，有利于喷射灌浆施工。通过实施例1和对比例1、2的检测数据可以看出，水凝剂的加入可以有效促进加固材料的凝结，加快加固材料的固化时间，同时在一定程度上提升固化后加固位置的强度和抗渗性；加入抗裂剂可以提升加固体力学强度的同时还可以有效提升固化材料的抗渗性能，使加固体具有良好的抗水渗透效果。
实施例5
本实施例与实施例4的区别在于，水凝剂为聚丙烯酰胺，其余均与实施例保持一致。
实施例6
本实施例与实施例4的区别在于，水凝剂的组成包括：三聚磷酸铵、聚丙烯酰胺和煤矸石灰，且三聚磷酸铵、聚丙烯酰胺和煤矸石灰的质量比为1:2:2，其余均与实施例4保持一致。
实施例7
本实施例与实施例6的区别在于，三聚磷酸铵、聚丙烯酰胺和煤矸石灰的质量比为1:2.25:1.75，其余均与实施例4保持一致。
实施例8
本实施例与实施例6的区别在于，三聚磷酸铵、聚丙烯酰胺和煤矸石灰的质量比为1:1:1，其余均与实施例4保持一致。
实施例9
本实施例与实施例4的区别在于，抗裂剂为甲基硅酸钠，其余均与实施例4保持一致。
实施例10
本实施例与实施例9的区别在于，抗裂剂的组成包括：甲基纤维素和甲基硅酸钠，且甲基纤维素和甲基硅酸钠的质量比为1:2.5，其余均与实施例1保持一致。
实施例11
本实施例与实施例10的区别在于，抗裂剂的组成包括：甲基纤维素和甲基硅酸钠，且甲基纤维素和甲基硅酸钠的质量比为1:2，其余均与实施例1保持一致。
实施例12
本实施例与实施例10的区别在于，抗裂剂的组成包括：甲基纤维素和甲基硅酸钠，且甲基纤维素和甲基硅酸钠的质量比为1:3.5，其余均与实施例1保持一致。
实施例13
本实施例与实施例12的区别在于，细骨料包括细砂和空心玻璃微珠，细砂和空心玻璃微珠的质量比为6:1，其余均与实施例13保持一致。
实施例14
本实施例与实施例13的区别在于，细砂与空心玻璃微珠的质量比为3:1，其余均与实施例13保持一致。
实施例15
本实施例与实施例13的区别在于，加固材料的制备方法不同，具体如下：
S1、取硅酸盐和水凝剂溶于十分之一的水中，搅拌混合均匀后，加入玻璃微珠，升温至70℃，持续搅拌保温反应30min，得到玻璃微珠的分散液；
S2、将细砂、水泥、石灰搅拌混合均匀得到干料；
S3、取剩余的水添加至干料中，再加入玻璃微珠的分散液，搅拌均匀后得到地基加固材料。
其余均与实施例14保持一致。
实施例5-16性能检测结果见下表3。
表3：实施例5-16性能检测结果
通过表3中的数据可以看出，通过对加固材料中各组分的进一步调整，可以使地基加固材料的性能得到进一步的提升。具体来说，通过特定组分配比制成的组合抗裂剂和组合水凝剂相较于单一组分的抗裂剂和水凝剂，具有更好的提升加固材料性能的作用。另外，当细骨料中添加有玻璃微珠时，先将抗裂剂和水凝剂与玻璃微珠混合，通过抗裂剂和水凝剂对玻璃微珠进行初步的改性处理后，可以使玻璃微珠在加固材料中的分散效果进一步提升，并且可以在加固材料固化后形成一层稳定的防水薄膜，进而提升加固位置的抗水渗透性能。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于喷射灌浆的地基加固材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：水泥400-500份，石灰50-80份，细骨料600-800份，硅酸盐10-20份，水凝剂1-10份，抗裂剂1-5份，水150-250份。
2.根据权利要求1所述的一种基于喷射灌浆的地基加固材料，其特征在于，所述细骨料包括细砂和玻璃微珠，所述细砂和玻璃微珠的质量比为（5-8）：1。
3.根据权利要求1所述的一种基于喷射灌浆的地基加固材料，其特征在于，所述水凝剂包括三聚磷酸钠、聚磷酸铵、聚丙烯酰胺、硅酸钠、煤矸石灰中的一种或多种组合。
4.根据权利要求3所述的一种基于喷射灌浆的地基加固材料，其特征在于，所述水凝剂包括三聚磷酸钠、聚丙烯酰胺和煤矸石灰，三聚磷酸钠、聚丙烯酰胺、煤矸石灰的质量比为1：(2-2.25)：(1.75-2)。
5.根据权利要求1所述的一种基于喷射灌浆的地基加固材料，其特征在于，所述抗裂剂包括甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基硅氧烷、甲基硅酸钠中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的一种基于喷射灌浆的地基加固材料，其特征在于，所述抗裂剂包括甲基纤维素和甲基硅酸钠，甲基纤维素和甲基硅酸钠的质量比为1:(2.25-3.1)。
7.根据权利要求1所述的一种基于喷射灌浆的地基加固材料，其特征在于，所述硅酸盐包括硅酸钠、硅酸钾、硅酸铝钠和硅酸铝钾中的一种或多种组合。
8.根据权利求1所述的一种基于喷射灌浆的地基加固材料，其特征在于，所述水泥为P.O 42.5水泥。
9.权利要求1-8任一项所述的一种基于喷射灌浆的地基加固材料的制备方法，其特征在于，包括：将细骨料、水泥、石灰搅拌混合均匀得到干料，然后将硅酸盐、水凝剂和抗裂剂溶于水后添加至干料中，混合均匀得到地基加固材料。
10.根据权利要求9所述的一种基于喷射灌浆的地基加固材料的制备方法，其特征在于，细骨料包括玻璃微珠时，所述地基加固材料的制备方法包括：
S1、取硅酸盐、抗裂剂和水凝剂分散于十分之一的水中，混合均匀后加入玻璃微珠，持续搅拌反应10-30min；
S2、将细骨料中的其他组分、水泥、石灰搅拌混合得到干料；
S3、取剩余水添加至干料中，再加入玻璃微珠的分散液，搅拌均匀后得到地基加固材料。
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