本发明涉及一种综合性能优异的注浆材料。 该材料特别适于半永久性和永久性地下工程(使用年限在15年以上)作防渗漏、封堵大量涌水和加固软弱围岩之用。
目前,首选的注浆材料为水泥-水玻璃(硅酸钠)浆液(下面简称C-S浆液)。这种材料因可灌性好,早期强度高,结石率高又无毒副作用且料源广、价格低,是一种经济实用的注浆材料。
但C-S浆液结石体干缩量大,后期强度下降迅速:在水中养护28-90天后,强度就明显下降,半年后就开裂甚至崩解成粉末,丧失使用价值。在干燥失水的条件下,干缩崩解就更迅速。故C-S浆液一般局限于临时性的地下工程加固防渗、堵漏之用。
高分子注浆材料的耐干缩和耐久性可较好地满足施工和工程质量的要求。但这种材料大多有毒且价格昂贵,难于大量推广使用。
本发明的目的是提供一种综合性能优异的注浆材料:干缩量小,后期强度稳定,耐久性好,可以用于半永久性和永久性工程,又具有可灌性好,结石率高、无毒、料源充足、经济实用的特性。
通过多年的实践和试验,发明人认为:以水泥为胶接体,水玻璃为胶凝剂的C-S浆液的结石体短期内干缩崩裂的主要原因是
在C-S浆液的结石体内,存在许多如毛细通道的孔隙,这些孔隙中吸附、渗透的水分逐步的蒸发、散失,使结石体收缩,处于不孔隙中吸附、渗透的水分逐步的蒸发、散失,使结石体收缩,处于不断增强地压缩状态,最后导致干缩龟裂。
当外界温度从0℃以上到0℃以下的循环变化,会导致结石体内水分从液态水 ()/() 固体冰的可逆变化,这种变化导致水分的体积反复地收缩 ()/() 膨胀,由此产生的内应力会对结石体内孔隙反复施加作用力使结石体产生裂纹,会使表层最先形成的裂缝逐步扩大,继续向纵深发展,最后导致C-S浆液结石体崩解失效。
在保水的条件下,硬化的水泥-水玻璃结石体则易水解,致使钠离子不断地溶入环境水中,产生可溶的硅酸钠使其强度降低,直到崩解。
根据上述分析,本发明采取下述技术方案:
1.仍以C-S浆液的原材料:普通硅酸盐水泥和水玻璃(硅酸钠)为本发明的主体材料,这可保留C-S浆液的基本特性,而且使用本发明的注浆材料时,施工工艺和机具仍与采用C-S浆液的相同,以达到降低综合成本的目的。
2.添加无机膨胀剂铝粉、复合增强剂一特种SH硅酸盐水泥(上海水泥厂生产牌号)和生石膏(其主要成份为二水硫酸钙)等来改变C-S浆液结石体中水份和孔隙的存在形式和数量。这样,一方面可以有效地减少结石体内含的可蒸发水份,同时膨胀剂在结石体内又引入了不连通的气泡,这些气泡在结石体内如缓冲结构,可缓冲各种应力,从而减少干缩量,最终提高结石体对外界湿度、温度等环境因素的承受能力;达到提高耐久性,延长使用年限的目的。
在保水条件下,体系中的硫酸钙与水玻璃作用生成硫酸钠,抑制了苛性钠的产生,使碱性离子对水玻璃的直接腐蚀作用大大减弱,达到提高耐久性的目的。
本发明的具体技术方案如下:
由下述材料按下述配比配制:
一、甲液的组成及配比(重量百分数)
1.铝粉: 0.02-0.2%
(工业品、 ≤0.12mm)
2.生石膏(CaSO4·2H2O): 0-1.2%
(天然品,≤0.08mm三氧化硫含量≥37%)
3.高硫铝酸盐水泥: 2-10%
(上海水泥厂:牌号为SH特种硅酸盐水泥≤0.04mm)
4.普通硅酸盐水泥: 25-50%
(国产425#-525#
5.水(工业用): 40-70%
将1-4组分计量混合拌匀后,加规定量的水搅拌五分钟左右制得甲液备用。
二、乙液的配制:将市售工业水玻璃用水调节为模数为2.2-2.8,比重为1.21-1.38的液体。
三、本发明注浆材料的配制:
按甲液与乙液之体积比为1∶0.2-1.5的比例取甲、乙液入通用双液注浆泵混合而成。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
分别称取例1,例2,例3除水外各组分,分别混合均匀→分别加入例1,例2,例3各自应加水搅拌均匀(约五分钟)制得例1,例2,例3甲液备用。
2.乙液配制:将市售水玻璃用水稀释至模数为2.4比重为1.28的乙液。
3.按下表取甲、乙液入双液注浆泵混合后即可进行加固,防渗漏或封堵涌水施工作业。
甲液(升)例168乙液(升)例145例263例263例372例3108
通过将本发明作成标准试块与C-S浆液结石体标准试块在抗压强度、干湿循环、冻融循环、膨胀率、凝胶时间等方面的对比试验,证明本发明完全实现了发明目的:制得了一种综合性能优良的注浆材料。该材料保持了C-S浆液的原有特性且综合成本低,而后期强度呈稳定状态发展(无峰值),是一种适用范围广,具有推广价值的注浆材料。
本发明浆液结石体几种物理力学性能测试结果如下所示:
图1:本发明试块无侧限抗压强度。
试验条件:常温,水养护。
试块:2×2×2cm正方体。
曲线1:通用C-S浆液结石体
曲线2:本发明浆液结石体
从图一的测试结果可看出:本发明强度呈稳定状态发展,无峰值,并可以长期保持较高的抗压强度。耐久性观察用试块在水中养护的已达8年以上,在空气中养护的已过9年龄期,其外观均无任何变化,指压不碎。而C-S浆液的试块,虽然初始强度较高(3个月内),但不到半年就开裂,一年后崩解失效(成粉状物)。
本发明浆液在“引洱入宾过水隧道”进行了现场注浆止水试验。
该试验段:大面积渗水,滴水成线,有三处集中股状涌水,单孔涌水量为1731升/小时,累计涌水量为4346升/小时,地质属Ⅲ类围岩,岩体破碎,如角砾砂状,有坍塌,系石灰岩断层破碎带。
采用本发明注浆后,单孔涌水基本止住,涌水量由注浆前的4346升/小时降至444升/小时,初期强度符合施工要求,注浆效果显著,工艺符合C-S浆液原有注浆程序,可灌注、渗透性与C-S浆液相同,现已经过三年多的应用考查,无异常变化,止水和耐水效果显著。
下面列出了本发明结石体工艺及耐久性方面的试验结果:
综上所述,本发明具有下述优点:
1)抗干缩,耐久性好:抗干湿循环,抗冻融循环性能比C-S提高15-20倍,膨胀率测试的结果呈正值,在空气中养护的试块已经过九年无干裂现象。
2)保留了C-S浆液的基本性能:
可灌性好;凝胶时间可调;结石率高(可达100%);无毒,对环境无污染;原材料丰富,价廉。
3)综合成本低:完全可采用C-S浆液的施工工艺和机具,施工简便易行,综合成本低。
4)防水效果优良:本发明浆材具有微膨胀性,结石体干缩量小,故防渗漏,阻水效果优良。
5)适用范围广,易推广使用:不仅可用于临时性地下工程止水加固,亦可用于半永久性、永久性的地下工程加固,防渗漏、堵涌水。
故本发明是一种综合性能好的经济、实用、适于大量推广应用的新型注浆材料。