一種早強且抗沖蝕的粘土水泥膏漿的制作方法
【專利摘要】一種早強且抗沖蝕的粘土水泥膏漿，包括粘土水泥漿以及配套使用的改性劑，其中，所述粘土水泥漿通過粘土原漿、水泥以及余量的水配制而成，所述粘土原漿由粘土和水?dāng)嚢瓒?，其制成后的比重?.15g/cm3～1.40g/cm3，該粘土原漿中的粘土與水泥的總質(zhì)量與水的質(zhì)量之比的范圍為10:7～10:14；所述改性劑由偏鋁酸鈉、可溶性偏硅酸鈉粉末、硫酸鋁以及聚丙烯酰胺組成，且聚丙烯酰胺的含量為硫酸鋁、偏鋁酸鈉與可溶性偏硅酸鈉粉末質(zhì)量之和的1~10%。本發(fā)明的產(chǎn)品具有可控性好強、抗水流沖蝕性能好、凝結(jié)時間短、早期強度高、防滲性能優(yōu)越、價格成本低且綠色環(huán)保等優(yōu)點。
【專利說明】一種早強且抗沖蝕的粘土水泥膏漿
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及巖土工程基礎(chǔ)處理材料領(lǐng)域中的灌漿材料，具體為一種早強且抗沖蝕的粘土水泥膏漿。
【背景技術(shù)】
[0002]在水利、水電、礦山、交通、地下空間等巖土工程地基內(nèi)的透水地層以及工程應(yīng)急加固處理的第四系強透水性地層的防滲、堵漏灌漿工程中，經(jīng)常需要采用高壓旋噴灌漿、水泥灌漿、灌注砂漿或碎石、化學(xué)灌漿等多種灌漿工藝進行防滲和堵漏。但這些傳統(tǒng)的灌漿工藝進行灌漿操作時經(jīng)常會因為水頭壓力高，地下水流速快，滲流量大，漿液的擴散半徑較大等原因而導(dǎo)致灌漿材料流失，浪費較大且防滲堵漏效果差。
[0003]也有采用速凝水泥膏漿和/或水泥水玻璃雙液灌漿的方法進行堵漏、防滲的作業(yè)方式，速凝水泥膏漿和/或水泥水玻璃漿液的初始剪切屈服強度較大，可以阻擋高速水流或高壓水頭對漿材的剪切沖蝕破壞；且漿液的初凝時間短，可以控制漿液的擴散半徑，從而形成較好的堵體，以保證灌漿效果。但是也存在著造價過高，制漿過程復(fù)雜，漿液的凝結(jié)時間對溫度、攪拌均勻度、摻入量等因素難以精確控制導(dǎo)致漿液在制漿桶內(nèi)過早凝固等缺陷；同時，由于形成的灌漿層由于早期強度過高，易造成在連續(xù)灌漿時發(fā)生固管、埋管現(xiàn)象，不利于大面積、大漏量或動水條件下的堵漏。
[0004]而在以往的專利申請材料中，中國專`利CN96117823.X中要求保護一種粘土固化漿液固化劑，這種固化劑主要用于在流動的地下水條件下注漿止水，采用成本較低的粘土水泥漿進行灌漿，為控制凝膠速度，而加入水玻璃，但常因漿材中含有大量的水和粘土，阻礙漿材的固化速度。在進行大規(guī)模的堵漏、防滲工程應(yīng)用中，易因漿材結(jié)石體早期強度過低，而被水沖釋、破壞；或者是漿液的擴散半徑得不到有效控制，造成大量漿材浪費，達不到應(yīng)有的灌漿堵漏效果。
[0005]另外，在中國專利201210113973.7中要求保護一種可控性粘土水泥防滲加固膏漿，這種加固膏漿也可作為灌漿固化填料進行使用，它采用礦物類添加劑、硫酸鹽和膨潤土作為改性劑，具有穩(wěn)定性強、抗水流沖釋性強的特點，但在實際施工過程中發(fā)現(xiàn)，此類改性劑價格較貴，所形成的粘土水泥防滲膏漿在動水中的抗沖蝕性不好；為降低材料的流動度，改性劑添加量較多，造成使用成本相當(dāng)高，改性劑的成本超過了水泥的成本，導(dǎo)致應(yīng)用受限；在應(yīng)用過程中也發(fā)現(xiàn)，加入改性劑的粘土水泥膏漿早期強度上升慢，漿液灌注到地層中后，容易被水沖釋掉，難以形成完整的帷幕，因而不適合大范圍、大工程量的情況使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種抗沖蝕粘土水泥膏漿，這種水泥膏漿初始流動度低、可控性好、抗沖蝕性能好、早期強度上升快、防滲性能優(yōu)越，同時價格成本低且綠色環(huán)保，可以解決上述【背景技術(shù)】中的缺點。
[0007]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種早強且抗沖蝕的粘土水泥膏漿，包括粘土水泥漿以及配套使用的改性劑，其中，所述粘土水泥漿通過粘土原漿、水泥以及余量的水配制而成，所述粘土原漿由粘土和水?dāng)嚢瓒?，其制成后的比重?.15~1.40g/cm3，該粘土原漿中的粘土與水泥的總質(zhì)量與所用的所有水的總質(zhì)量之比的范圍為10:7~10:14，同時，在粘土水泥漿中還加有占水泥用量O~200%的粉煤灰或礦渣粉；而所述改性劑由偏鋁酸鈉、可溶性偏硅酸鈉粉末、硫酸鋁以及聚丙烯酰胺物理混合制成，且聚丙烯酰胺的含量為硫酸鋁、偏鋁酸鈉與可溶性偏硅酸鈉粉末質(zhì)量之和的0.8~10%。
[0008]在本發(fā)明中，所述粘土原漿中的粘土與水泥的總質(zhì)量與水的質(zhì)量之比優(yōu)選10:8~10:12。且可以通過提高粘土原漿用量，降低材料成本，強度也降低；通過增加水泥、粉煤灰或礦粉用量，提高結(jié)石體強度，具體表現(xiàn)為:當(dāng)粘土原漿與水泥、粉煤灰或礦粉的總質(zhì)量之比大于1:1時，結(jié)石體28天無側(cè)限抗壓強度可達0.8MPa~3.0MPa ;當(dāng)粘土原衆(zhòng)與水泥、粉煤灰或礦粉的總質(zhì)量之比小于1:1時，結(jié)石體28天無側(cè)限抗壓強度可達1.5MPa~15MPa。
[0009]在本發(fā)明中，所述改性劑的加入在粘土水泥漿攪拌均勻后再加入，用以控制粘土水泥漿灌漿后的流動度，提高其漿材結(jié)石體的早期強度，其添加的質(zhì)量摻量為粘土水泥漿中水泥用量的0.5%~4%，在改性劑加入之前，粘土水泥漿為穩(wěn)定漿液，流動度在200~280mm,在其改性劑加入攪拌均勻后的3min內(nèi)流動度降低至60mm~130mm。且由添加改性劑后的粘土水泥漿形成的結(jié)石體，2小時后的無側(cè)限抗壓強度可達0.2MPa，l天后可超過0.6MPa，28天無側(cè)限抗壓強度可達0.8MPa~15MPa。
[0010]在本發(fā)明中，改性劑中硫酸鋁、偏鋁酸鈉、可溶性偏硅酸鈉粉末以及聚丙烯酰胺加入的質(zhì)量不同，影響粘土水泥漿的凝結(jié)時間、早期強度以及水泥膏漿的抗沖蝕性能，具體表現(xiàn)在于:當(dāng)改性劑中只利用偏鋁酸鈉或可溶性偏硅酸鈉粉末中的一種作為添加材料時，漿液的初凝時間均在3小時以上，終凝時間通常在8小時以上，不能滿足工程的需要；但當(dāng)改性劑中偏鋁酸鈉與可溶性偏硅酸`鈉同時添加時，尤其是兩者的使用比例同時增加時，可使粘土水泥漿的初凝、終凝時間大幅度縮短，初凝時間在30分鐘內(nèi)完成，終凝在I小時內(nèi)達到，2小時即可產(chǎn)生強度，使得粘土凝塊的早期強度迅速增加；而改性劑中聚丙烯酰胺的使用比例量增加時，可以有效提高粘土水泥膏漿的抗沖蝕性；硫酸鋁的添加量增加，可以迅速降低漿液的流動性，這些材料與偏鋁酸鈉、可溶性偏硅酸鈉粉末產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，可減少偏鋁酸鈉的用量，有效降低材料成本。因此，可根據(jù)此配制適合不同工況的改性劑。
[0011]在本發(fā)明中，所述粘土原漿的優(yōu)選比重1.18~1.30g/cm3。
[0012]在本發(fā)明中，所述偏鋁酸鈉中崖與可溶性偏硅酸鈉粉末中的摩爾比的適應(yīng)范圍為1:2~1:5。
[0013]在本發(fā)明中，所述硫酸鋁在改性劑中所占的質(zhì)量分數(shù)為3~10%。
[0014]在本發(fā)明中，所述可溶性偏硅酸鈉粉末為五水偏硅酸鈉或九水偏硅酸鈉。
[0015]在本發(fā)明中，所述聚丙烯酰胺選用分子量為800萬~1200萬的聚丙烯酰胺或其性質(zhì)類似物較好。
[0016]本發(fā)明的上述技術(shù)方案基于以下原理:
當(dāng)本發(fā)明的改性劑加入到粘土水泥漿中以后，改性劑中的偏鋁酸鈉水化產(chǎn)物3$與可溶性偏硅酸鈉粉末水化產(chǎn)物的摩爾比在粘土水泥漿中為1: 2~1:5時，瞬間反應(yīng)，生
成似果凍狀網(wǎng)狀凝膠物，迅速包裹大量的自由水，產(chǎn)生大量的納米級晶核，加速了各種水化
產(chǎn)物晶體的生長，加速水泥水化反應(yīng)，提高早期強度。而未反應(yīng)完的或SO32"繼續(xù)與水
泥水化后形成的水化硅酸鈣、氫氧化鈣反應(yīng)形成凝膠體，迅速提高膏漿的早期強度。硫酸鋁與水化硅酸鈣等材料迅速生成鈣礬石，鋁離子對粘土粒子聚沉，迅速降低漿體的流動性；鋁
離子與也起反應(yīng)，生成似果凍狀網(wǎng)狀凝膠物。這幾個反應(yīng)協(xié)同作用促使粘土水泥膏漿
流動度迅速降低，早期強度快速增加，達到漿體可控的效果。
[0017]改性劑加入后，加入的聚丙烯酰胺在水化后，與水泥、粘土粒子相互形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，在較快的水流中，具有不分散、抗沖蝕的特點，能夠保證漿液具有良好的抗沖蝕性，節(jié)省注漿材料的特點。
[0018]而通過在本發(fā)明的可控且抗沖蝕性粘土水泥膏漿中加入高含量的粘土，不僅改善了膏漿的可控性、抗水流沖蝕性能，而且提高了結(jié)石體的結(jié)石率和抗?jié)B性能(結(jié)石體抗?jié)B性能達到10_8cm/s量級，結(jié)石率可達到100%)，并大幅度降低了結(jié)石體的彈性模量和灌漿材料造價，解決了普通水泥膨潤土膏漿中膨潤土操作不穩(wěn)定性等問題。
[0019]本發(fā)明在利用了粘土、水泥良好性能的基礎(chǔ)之上，充分利用偏鋁酸鈉、硫酸鋁、可溶性偏硅酸鈉粉末的相互反應(yīng)協(xié)同作用，同時，利用聚丙烯酰胺良好的水下抗沖蝕性能，可以達到快速調(diào)整早強且抗沖蝕性粘土水泥膏漿的早期強度、漿液初、終凝膠時間、抗剪切屈服強度、抗沖蝕性能等 。在施工過程中，可以先配制粘土水泥穩(wěn)定漿液，在需要采用可控且抗沖蝕性粘土水泥膏漿時，只需要加入少量的改性劑，即可以迅速變成膏漿，大大簡化了施工操作。同時，可通過改變改性劑的用量，調(diào)整膏漿的流動度，以適應(yīng)地層的需要，使用非常方便。
[0020]而在工程實踐中，可根據(jù)不同的地質(zhì)條件及施工要求來選擇與之相對應(yīng)的改性劑和粘土摻量，以滿足不同類型工程(例如水利水電、堤坡、鐵道、公路、市政、港航等松軟地層、溶洞地層以及土石圍堰等大孔隙地層的加固、防滲灌漿及砂卵石地層防滲、堵漏)的需要。
[0021]有益效果:本發(fā)明中的抗沖蝕粘土水泥膏漿以粘土為主體材料，改性劑用量少且成體降低，可以大幅度降低了材料成本，具有明顯的經(jīng)濟意義和環(huán)境保護意義，且全部是粉末狀材料，包裝、使用方便，可有效減少操作誤差；同時，漿液早強速凝，同時具有良好的可控性和抗水沖蝕性，簡化了施工工藝。基于上述特點，該水泥膏漿可廣泛應(yīng)用于水利、水電、礦山、隧道、地下空間等巖土工程領(lǐng)域的堵水、防滲、加固工程，可大幅降低工程施工成本并提高工程質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的膏漿的沖蝕前的示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明的膏漿的沖蝕后的效果示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面舉實例并參照具體圖示對本發(fā)明進行詳細描述。[0025] 實施例1:
在實施例一中，早強且抗沖蝕的粘土水泥膏漿包括粘土水泥漿以及配套使用的改性劑，其中，粘土水泥漿主要由粘土原漿、水泥(P042.5硅酸鹽水泥)、粉煤灰和水配制而成，粘土原漿主要由粘土和水?dāng)嚢瓒?，在工程實踐中，粘土水泥漿中添加有改性劑，改性劑摻量(改性劑摻量占水泥質(zhì)量的比例)約為2%，改性劑主要由a:偏鋁酸鈉、b:五水偏硅酸鈉粉末、c:聚丙烯酰胺和d:硫酸鋁物理混合制成，選用了下表1中的四組質(zhì)量比，測得初始流動度、抗沖蝕率、結(jié)石體強度`如表1所示。
【權(quán)利要求】
1.一種早強且抗沖蝕的粘土水泥膏漿，包括粘土水泥漿以及配套使用的改性劑，其特征在于，所述粘土水泥漿通過粘土原漿、水泥以及余量的水配制而成，所述粘土原漿由粘土和水?dāng)嚢瓒?，其制成后的比重?.15~1.40g/cm3，該粘土原漿中的粘土與水泥的總質(zhì)量與所用的所有水的總質(zhì)量之比的范圍為10:7~10:14，同時，在粘土水泥漿中還加有占水泥用量O~200%的粉煤灰或礦渣粉；所述改性劑由偏鋁酸鈉、可溶性偏硅酸鈉粉末、硫酸鋁以及聚丙烯酰胺物理混合制成，且聚丙烯酰胺的含量為硫酸鋁、偏鋁酸鈉與可溶性偏硅酸鈉粉末質(zhì)量之和的0.8^ 10%ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種早強且抗沖蝕的粘土水泥膏漿，其特征在于，所述粘土原衆(zhòng)的比重1.18~1.30g/cm3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種早強且抗沖蝕的粘土水泥膏漿，其特征在于，所述粘土水泥漿中的粘土與水泥的總質(zhì)量與水的質(zhì)量之比為10:8~10:12。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種早強且抗沖蝕的粘土水泥膏漿，其特征在于，所述改性劑添加的質(zhì)量摻量為粘土水泥漿中水泥用量的0.5%~4%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種早強且抗沖蝕的粘土水泥膏漿，其特征在于，所述偏鋁酸鈉中與可溶性偏硅酸鈉粉末中的摩爾比的適應(yīng)范圍為1:2~1:5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種早強且抗沖蝕的粘土水泥膏漿，其特征在于，所述硫酸鋁為改性劑總質(zhì)量的3~10%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種早強且抗沖蝕的粘土水泥膏漿，其特征在于，所述可溶性偏硅酸鈉粉末為五水偏硅酸鈉或九水偏硅酸鈉。
8.—種如權(quán)利要求1~7中任一項所述粘土水泥膏漿的使用方法，其特征在于，先按上述配方配制粘土水泥漿，用所述粘土水泥漿進行灌漿作業(yè)，在灌漿作業(yè)完成后添加所述配套使用的改性劑，以適時控制粘土水泥漿灌漿后的流動性和早期強度。
【文檔編號】C04B24/26GK103755275SQ201310719968
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】賓斌, 王雪龍, 周林 申請人:湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司