CN103265256B - 水下不分散快凝型无机注浆材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下不分散快凝型无机注浆材料，按质量百分比由以下原料组成：P.O42.5R普通硅酸盐水泥75.0%～80.0%、CA50铝酸盐水泥5.0%～10.0%、无水石膏2.0%～5.0%、高效减水剂0.6%～1.2%、纯碱3.0%～7.0%、熟石灰粉4.0%～8.0%、絮凝剂0.4%～0.8%，以上组分的含量百分比总和为100%。本发明还公开了该材料的制备方法和使用方法，解决了现有无机注浆材料存在的凝结时间长、结石速度慢、硬化强度低的问题。
Description
技术领域
本发明属于土木建筑材料技术领域，涉及水下不分散快凝型无机注浆材料及其制备方法。
背景技术
相对与有机材料而言，无机注浆材料具有环保、低成本、耐久、与基体相容性好等技术性能优势，是被广泛用的一类注浆材料。但是一般的无机注浆材料，如砂浆、水泥单液浆等，在富水条件下直接浇筑或灌注施工时，通常会产生离析、浆体流失、强度锐减、污染环境等问题。因此，采用水下不分散注浆材料已成为解决此类工程问题的关键。目前，常用的水下不分散注浆材，主要是通过添加有机高分子絮凝剂，提高注浆材料的絮凝、保塑能力，使材料获得水下不分散性能。但是，有机高分子絮凝剂在发挥絮凝作用的同时，也会导致注浆材料凝结时间延长、结石率过低，从而弱化了材料的抗分散能力，降低了注浆施工的效率。特别是对于要求快速固结、快速硬化的注浆工程，此类材料的应用受到了限制。
文献1公开了一种水泥混凝土的水下灌浆材料（申请号：200610033878.0，公开号：101024567，公开日：2007-08-29），该发明是以普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，通过添加0.033%-0.1%的聚丙烯酰胺絮凝剂对材料加以改性，获得抗水分散的性能。硅酸盐水泥本身凝结硬化速度较慢，加之聚丙烯酰胺的缓凝作用，使得注浆材料的凝结时间过长，因此其不能在动水或有快凝快硬要求的条件下使用。
文献2《新型水下不分散灌浆料在东海大桥中的应用》（陈健，庄英豪，卢安琪等.混凝土与水泥制品.2004（3）：18-20）公开了一种水下不分散灌浆料。该灌浆料是由硅酸盐水泥、河砂及混凝土水下不分散剂构成，当水灰比为0.5时在静水中的抗分散性较好、流动性较好、28天的强度可达22.6MPa,但其终凝时间达到16h30min。较长的凝结时间，使得该材料在动水环境中施工，以及要求快速固结的条件下使用，具有明显的局限性。
文献3《水下不分散灌浆新材料在岩溶水库防渗堵漏中的应用》（“梁学文，李上游.广西水利水电.2008（3）：5-7.”）中公开了一种新型水下不分散灌浆材料。该灌浆料是由水泥、改性聚乙烯醇、硅酸钠、粉煤灰构成，具有良好的水下不分散能力。通过配比优化，该材料可获得良好的凝胶时间可调性，即凝胶时间1min-700min，材料的结石时间较短，一般为1h～24h。该材料较强的胶凝时间可调性，突破了传统无机灌浆材料在凝结时间方面的不足，为无机灌浆材料在防渗堵漏工程中的广泛应用，奠定了材料基础。但由于受材料组方构成的制约，该灌浆料在强度方面并不具有性能优势，主要表现在强度低且发展速度慢，从文献给出测试结果可知，大多数组方的28d强度低于10MPa,较低的强度值，使得该材料在水下修复、固结填充、工程防护等方面的应用受到了限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水下不分散快凝型无机注浆材料，以解决现有无机注浆材料存在的凝结时间长、结石速度慢、硬化强度低的问题。
本发明的目的还在于，提供本发明水下不分散快凝型无机注浆材料的制备方法。
本发明所采用的第一种技术方案是，水下不分散快凝型无机注浆材料，按质量百分比由以下原料组成：P.O42.5R普通硅酸盐水泥75.0%～80.0%、CA50铝酸盐水泥5.0%～10.0%、无水石膏2.0%～5.0%、高效减水剂0.6%～1.2%、纯碱3.0%～7.0%、熟石灰粉4.0%～8.0%、絮凝剂0.4%～0.8%，以上组分的含量百分比总和为100%。
本发明所采用的第一种技术方案的特点还在于，
组方中的所有组分均为粉剂，且粉剂的颗粒直径均不大于80μm。
絮凝剂为羟乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素中的任意一种，其分子量均不小于10万。
高效减水剂为萘磺酸盐系高效减水剂、聚羧酸系高效减水剂或氨基磺酸盐系高效减水剂中的任意一种,其减水率均不低于15%。
本发明所采用的第二种技术方案是，如上所述的水下不分散快凝型无机注浆材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取P.O42.5R普通硅酸盐水泥75.0%～80.0%、CA50铝酸盐水泥5.0%～10.0%、无水石膏2.0%～5.0%、高效减水剂0.6%～1.2%、纯碱3.0%～7.0%、熟石灰粉4.0%～8.0%、絮凝剂0.4%～0.8%，以上组分的含量百分比总和为100%。
步骤2，将步骤1中称取好的所有材料，加入搅拌机中，均匀搅拌，待材料充分混合均匀后，即制得本发明水下不分散快凝型无机注浆材料。
本发明所采用的第二种技术方案的特点还在于，
步骤1中称取的所有组分均为粉剂，且粉剂的颗粒直径均不大于80μm。
步骤1中的絮凝剂为羟乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素中的任意一种，其分子量均不小于10万。
步骤1中的高效减水剂为萘磺酸盐系高效减水剂、聚羧酸系高效减水剂或氨基磺酸盐系高效减水剂中的任意一种,其减水率均不低于15%。
本发明的有益效果是，本发明的水下不分散快凝型无机注浆材料，遇水不离析、水下不分散、凝结时间短、结石效率高、硬化强度可达20MPa以上，可以在净水、动水条件下直接灌注施工，可广泛用于水下工程的修复、堵漏、填充、防护等，材料的制备工艺简单、成本低，技术经济效益显著，解决了现有无机注浆材料存在的凝结时间长、结石速度慢、硬化强度低的问题。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种水下不分散快凝型无机注浆材料及其制备方法，按质量百分比由以下原料组成：P.O42.5R普通硅酸盐水泥75.0%～80.0%、CA50铝酸盐水泥5.0%～10.0%、无水石膏2.0%～5.0%、高效减水剂0.6%～1.2%、纯碱3.0%～7.0%、熟石灰粉4.0%～8.0%、絮凝剂0.4%～0.8%，以上组分的含量百分比总和为100%。
其中，高效减水剂为萘磺酸盐系高效减水剂、聚羧酸系高效减水剂或氨基磺酸盐系高效减水剂中的任意一种,其减水率均不低于15%；絮凝剂为羟乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素中的任意一种，其分子量均不小于10万；组方中的所有组分均为粉剂，且粉剂的颗粒直径均不大于80μm。
本发明水下不分散快凝型无机注浆材料加水拌和后，使拌和物形成稳定的空间柔性网络结构，提高浆体内聚力，从而使浆体获得水下不分散的性能。同时，加水拌和后，组方中的其他成份开始快速溶解与水化反应，并在浆体内部形成相互促进的水化反应机制，使浆体材料在较短的时间内生成钙矾石、碳酸钙等致密晶体，促使材料的凝结硬化加快，提高注浆材料的结石效率。材料的强度主要由所生成的钙矾石、碳酸钙以及硅酸盐水泥多种水化产物所形成的固结体来提供。本发明水下不分散快凝型无机注浆材料，既具有水下不分散性能，又具有凝结快、结石早的特点，并且早期强度和后期强度均较高。
本发明还提供了如上所述的水下不分散快凝型无机注浆材料的制备方法，具体按以下步骤实施，
步骤1，按质量百分比分别称取P.O42.5R普通硅酸盐水泥75.0%～80.0%、CA50铝酸盐水泥5.0%～10.0%、无水石膏2.0%～5.0%、高效减水剂0.6%～1.2%、纯碱3.0%～7.0%、熟石灰粉4.0%～8.0%、絮凝剂0.4%～0.8%，以上组分的含量百分比总和为100%。
步骤2，将步骤1中称取好的所有材料，加入搅拌机中，均匀搅拌，待材料充分混合均匀后，即制得本发明水下不分散快凝型无机注浆材料。
其中，步骤1中的高效减水剂为萘磺酸盐系高效减水剂、聚羧酸系高效减水剂或氨基磺酸盐系高效减水剂中的任意一种,其减水率均不低于15%；絮凝剂为羟乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素中的任意一种，其分子量均不小于10万；组方中的所有组分均为粉剂，且粉剂的颗粒直径均不大于80μm。
本发明水下不分散快凝型无机注浆材料的使用方法是，将本发明水下不分散快凝型无机注浆材料放入注浆机内，并按照水料质量比为0.50：1～0.55：1的比例加水拌和，边拌和边注浆。
实施例1：
按质量百分比分别称取P.O42.5R普通硅酸盐水泥75.0%、CA50铝酸盐水泥10.0%、无水石膏3.0%、萘磺酸盐系高效减水剂0.8%、纯碱5.5%、熟石灰粉5%、羟乙基纤维素0.7%；其中萘磺酸盐系高效减水剂的减水率为18%，羟乙基纤维素的分子量为20万，组方中的所有组分的颗粒直径均不大于70μm；将称取好的所有材料，加入搅拌机中，均匀搅拌，待材料充分混合均匀后，即制得本发明水下不分散快凝型无机注浆材料。
实施例2：
按质量百分比分别称取P.O42.5R普通硅酸盐水泥77%、CA50铝酸盐水泥8%、无水石膏4.0%、氨基磺酸盐系高效减水剂0.7%、纯碱5.0%、熟石灰粉4.5%、羟丙基甲基纤维素0.8%；其中氨基磺酸盐系高效减水剂的减水率为20%，羟丙基甲基纤维素的分子量为15万，组方中的所有组分的颗粒直径均不大于75μm；将称取好的所有材料，加入搅拌机中，均匀搅拌，待材料充分混合均匀后，即制得本发明水下不分散快凝型无机注浆材料。
实施例3：
按质量百分比分别称取P.O42.5R普通硅酸盐水泥80.0%、CA50铝酸盐水泥5.0%、无水石膏5.0%、聚羧酸系高效减水剂0.6%、纯碱4.0%、熟石灰粉4.7%、羟乙基纤维素0.7%；其中聚羧酸系高效减水剂的减水率为25%，羟乙基纤维素的分子量为12万，组方中的所有组分的颗粒直径均不大于60μm；将称取好的所有材料，加入搅拌机中，均匀搅拌，待材料充分混合均匀后，即制得本发明水下不分散快凝型无机注浆材料。
上述实施例所得水下不分散快凝型无机注浆材料，均按照水料质量比为1:2的比例与水混合，实验得到的实验数据参见表1：
表1实施例的主要性能
从表1中可以看出，本发明水下不分散快凝型无机注浆材料，加水拌和后的浆体内聚力高、触变性好，具有良好的水下抗分散性，并且凝结时间短，其初凝时间均为3min～5min，初终凝时间间隔短，硬化快，小时强度高；在室温浸水养护下，1h的抗压强度可达1.5MPa～4.0MPa，2h抗压强度可达2.5MPa～5.4MPa,24小时强度可达15MPa～20MPa；本发明的后期强度稳定不倒缩，结石体具有微膨胀，1d的竖向膨胀率为0.028%-0.045%，
本发明的水下不分散快凝型无机注浆材料，遇水不离析、水下不分散、凝结时间短、结石效率高、硬化强度高,可以在净水、动水条件下直接灌注施工，可广泛用于水下工程的修复、堵漏、填充、防护等，材料的制备工艺简单、成本低，技术经济效益显著，解决了现有无机注浆材料存在的凝结时间长、结石速度慢、硬化强度低的问题。
Claims (4)
1.水下不分散快凝型无机注浆材料，其特征在于，按质量百分比由以下原料组成：P.O42.5R普通硅酸盐水泥75.0％～80.0％、CA50铝酸盐水泥5.0％～10.0％、无水石膏2.0％～5.0％、高效减水剂0.6％～1.2％、纯碱3.0％～7.0％、熟石灰粉4.0％～8.0％、絮凝剂0.4％～0.8％，以上组分的含量百分比总和为100％；
所述絮凝剂为羟乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素中的任意一种，其分子量均不小于10万；
所述高效减水剂为萘磺酸盐系高效减水剂、聚羧酸系高效减水剂或氨基磺酸盐系高效减水剂中的任意一种，其减水率均不低于15％。
2.如权利要求1所述的水下不分散快凝型无机注浆材料，其特征在于，所述组方中的所有组分均为粉剂，且粉剂的颗粒直径均不大于80μm。
3.一种权利要求1所述水下不分散快凝型无机注浆材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取P.O42.5R普通硅酸盐水泥75.0％～80.0％、CA50铝酸盐水泥5.0％～10.0％、无水石膏2.0％～5.0％、高效减水剂0.6％～1.2％、纯碱3.0％～7.0％、熟石灰粉4.0％～8.0％、絮凝剂0.4％～0.8％，以上组分的含量百分比总和为100％；
步骤2，将步骤1中称取好的所有材料，加入搅拌机中，均匀搅拌，待材料充分混合均匀后，即制得水下不分散快凝型无机注浆材料。
4.如权利要求3所述的水下不分散快凝型无机注浆材料的制备方法，其特征在于，步骤1中称取的所有组分均为粉剂，且粉剂的颗粒直径均不大于80μm。
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