CN103880372A - 用于加固修补的水泥基注浆材料、其制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于加固修补的水泥基注浆材料、其制备方法及其应用。所述水泥基注浆材料，按质量份计，包含：水泥300～500份；掺合料200～300份；填料300～400份；减水组分3～6份；塑性膨胀组分0.1～1份；硬化后膨胀组分10～20份；稳定组分0.01～0.2份；早强组分1～4份；消泡组分0.2～2份；乳化组分0.01～0.2份。本发明的水泥基注浆材料具有较高的可压注性，初始流动度≤17s，防渗性不超过1mm，耐磨度不超过10cm3/cm2，2h抗压强度不低于5MPa，1d抗压强度不低于30MPa等性能优点；具有复合膨胀，3h自由膨胀率为0.02～2%，注浆饱满密实；粘度低，体积稳定性好耐久性好；不含VOC，绿色环保。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术应用领域，涉及一种适用于加固修补用的水泥基注浆材料、其制备方法及其应用。该水泥基注浆材料适用于矿山和煤矿等领域的井筒注浆，该材料亦可应用于风化带、岩层注浆加固和混凝土工程裂缝修补。
背景技术
矿山、煤矿等领域的水害是安全生产的主要灾害之一，我国北方地层下部灰岩的岩溶发育，一旦受到采动影响，可能会出现严重的矿井水害问题，突水量每小时从几百立方到数万立方，极易造成严重的安全事故。由于深部裂隙岩体处于负值的水文地质条件下，现有裂隙渗透注浆材料难以满足要求，不能指导现场注浆工艺。
因此，国家相关部门对该领域比较重视，也研发了类似的注浆材料。一类是化学浆液，具有稳定性好、可注性强、粘度低、凝胶时间易控且能灌入狭小裂缝等优点，常见的化学浆液有丙烯酰胺类、脲醛树脂类、聚氨酯类和环氧树脂类等，然而其缺点是不环保，造价高。另一类为水泥类浆液，目前用的比较多的是水泥单液、水泥水玻璃双液等。
中国专利文献200910091507.1公开了一种地面预注浆加固用速凝早强水泥浆液，初始粘度低，流动性好，但浆液粘度增长快，抗水稀释能力强，凝结时间短，早期结石体强度高。
中国专利文献201010599615.2公开了一种单组分亲水型聚氨酯灌浆材料以及其原料和制备方法，具有不使用有机挥发性溶剂，以及具有单液注浆、遇水快速反应止水等特点。
中国专利文献201110029290.9公开了一种地源热泵用水泥基灌浆材料，具有优异的流动性能、流动保持性能和密实性能，便于充填灌浆压实。
中国专利文献201110243559.3公开了一种可用于城市道路检查井抢修工程的快硬自密实抗裂高性能灌浆材料，加水搅拌即可，水与灌浆材料干混料重量比为0.14～0.18，具有抗裂、自密实、快硬、耐久性、与界面良好的粘结性能和体积稳定性。
中国专利文献201210002291.9公开了一种聚氨酯注浆堵水-加固材料及制备方法和使用方法，包括两种组分，A组分为聚醚多元醇和辅料，B组分为异氰酸酯或其预混物，用于注浆-堵水加固，反应速度很快，20s开始反应，90s基本结束，反应时间根据工程情况可调。
目前国内未出台制定关于注浆加固的统一规范标准，均依据企业标准或者地方法规执行，性能指标参差不齐。主要表现在：（1）流动性差，早期强度低；（2）只有后期膨胀，注浆的充盈性差；（3）收缩高，后期的体积稳定性和耐久性差；（4）粘度高，不易分散；（5）有机注浆材料不环保。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于加固修补的水泥基注浆材料。将各种组分经过预混，混合均匀后，在0.26～0.28水料比条件下配制而成的水泥基浆体可以达到初始流动度小于17s，半小时流动度小于20s，防渗性不超过1mm，耐磨度不超过10cm3/cm2，2h抗压强度不低于5MPa，1d抗压强度不低于30MPa等性能要求。施工应用时通过注浆泵在不低于0.5MPa的压力即可将注浆材料打入裂隙，实现加固堵水，修补混凝土裂缝的目的。
本发明的另一目的在于提供上述用于加固修补的水泥基注浆材料的制备方法。
本发明的还一目的在于提供上述用于加固修补的水泥基注浆材料的应用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的用于加固修补的水泥基注浆材料，其特征在于，按质量份计，所述水泥基注浆材料包含：
在本发明优选的实施方案中，本发明的用于加固修补的水泥基注浆材料，其特征在于，按质量份计，所述水泥基注浆材料包含：
在本发明中，所述水泥为强度不低于42.5MPa、比表面积不低于450cm2/g的普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥中的一种或多种；
所述掺合料为不低于1250目的超细粉煤灰和超细硅灰石粉中的一种或两种；
所述填料为滑石粉、钢渣粉、高岭土和重钙中的一种或多种；
所述减水组分为聚羧酸减水剂和三聚氰胺减水剂中的一种或两种；
所述塑性膨胀组分为钠基膨润土、明矾、活性炭和铝粉中的一种或多种；
所述硬化后膨胀组分为钙矾石类膨胀剂、氧化钙类膨胀剂、氧化镁类膨胀剂和多孔沸石类膨胀剂中的一种或多种；
所述稳定组分为20℃粘度不超过1000cps的纤维素醚、淀粉醚和黄原胶中的一种或多种；
所述早强组分为无机硅酸盐早强剂、无机碳酸盐早强剂和甲酸盐早强剂中的一种或多种；
所述消泡组分为有机硅氧烷类消泡剂、聚醚类消泡剂和酰胺类消泡剂中的一种或多种；
所述乳化组分为烷基酚聚氧乙烯醚类表面活性剂、苄基酚聚氧乙烯醚类表面分散剂和烷基磺酸盐的一种或多种。
根据本发明的另一方面，提供上述用于加固修补的水泥基注浆材料的制备方法，所述方法包括：将水泥、掺合料、填料、减水组分、塑性膨胀组分、硬化后膨胀组分、稳定组分、早强组分、消泡组分和乳化组分按各自质量份投入搅拌机中，连续混合搅拌5～10分钟，得到本发明的用于加固修补的水泥基注浆材料。
根据本发明的又一方面，提供上述用于加固修补的水泥基注浆材料的应用，包括：所述水泥基注浆材料按照水料比0.26～0.28，在搅拌机中将所述水泥基注浆材料加水拌合均匀，采用泵压不低于0.5MPa的注浆泵将拌合均匀的浆体压入裂隙或裂缝。
在上述制备方法和应用中，优选的是，搅拌机的线速度不低于2.5m/s，即可得到分散均匀的注浆材料。
本发明的有益效果是：
（1）本发明采用多种外加剂复合技术，使得配制成的注浆材料具有较高的可压注性（初始流动度≤17s）、防渗性不超过1mm，耐磨度不超过10cm3/cm2，2h抗压强度不低于5MPa，1d抗压强度不低于30MPa等性能优点。
（2）本发明采用塑性膨胀组分和硬化后膨胀组分复合技术，使得配制成的水泥浆体具有优异的早期膨胀性能（3h自由膨胀率为0.02～2%），后期亦有一定程度的微膨胀，保证了注浆的充盈性。
（3）本发明采用的超细粉体，既改善浆体的可施工性，又降低了收缩，增大了与基础的粘结强度，保证了注浆体的体积稳定性和耐久性。
（4）本发明注浆材料的粘度较低，采用线速度不低于2.5m/s的搅拌机即可获得较好的分散效果。
（5）本发明注浆材料不含VOC，属于环境友好型材料；且与基础混凝土适应性良好。本发明的水泥基浆料适用于矿山和煤矿等领域的井筒注浆，亦可应用于风化带、岩层注浆加固和混凝土工程裂缝修补。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步阐述本发明，下面各实施例仅用于说明本发明而本发明的保护范围不受这些实施例的限制。其中，性能测试方法按现行国家标准《水泥基灌浆材料应用技术规范》GB/T50448-2008和《无机地面材料耐磨性能试验方法》GB/T12988-2009执行。
实施例1
各组分配比如下：
硅酸盐水泥（秦皇岛浅野水泥厂P·Ⅰ,强度42.5MPa、比表面积450cm2/g）
300份，
细度为1250目的超细粉煤灰 200份，
重钙 400份，
聚羧酸减水剂 5份，
活性炭 0.1份，
氧化钙膨胀剂(郑州郑森新型材料公司型号ZS) 15份，
纤维素醚（陶氏化学MKW4000PF，20℃粘度400cps） 0.1份，
甲酸钙（上海奇一化工） 2份，
有机硅氧烷消泡剂（德国munzing-chemie公司P803） 1份，
十二烷基酚聚氧乙烯醚（江苏海安化工OP-15） 0.02份，
将上述各组分按其质量份投入型号JS-500的搅拌机中，连续搅拌混合5～10分钟，制得均匀的用于加固修补的水泥基注浆材料1。
将制得的注浆材料1按照水料比为0.28，采用行星式水泥胶砂搅拌机将水泥基注浆材料1加水拌合均匀，搅拌，标准养护。
注浆材料1性能测试结果如下：初始流动度16s，防渗性0.5mm，耐磨度8cm3/cm2，2h抗压强度7.5MPa，1d抗压强度35.0MPa，28d抗压强度78.4MPa。
当使用注浆材料1施工应用时，注浆材料1与水采用线速度2.5m/s的搅拌机搅拌均匀，立即用泵压0.5MPa的注浆泵压入做好封闭措施的裂隙或裂缝中，实现封堵。
实施例2
各组分配比如下：
普通硅酸盐水泥（邯郸水泥厂太行牌P·O42.5R） 200份，
硫铝酸盐水泥（唐山北极熊水泥厂北极熊牌42.5级） 300份
细度1500目的超细粉煤灰 200份，
钢渣粉 300份
聚羧酸减水剂 6份，
活性炭 0.2份，
氧化镁膨胀剂(天津豹鸣股份有限公司) 20份，
淀粉醚（德国munzing-chemie公司235） 0.2份，
硅酸钠（永清聚利化工） 1份，
有机硅氧烷消泡剂（德国munzing-chemie公司P801） 0.8份，
壬基酚聚氧乙烯醚（江苏海安化工SOP-20） 0.03份，
将上述各组分按其质量份投入型号JS-500的搅拌机中，连续搅拌混合5～10分钟，制得均匀的用于加固修补的水泥基注浆材料2。
将制得的注浆材料2按照水料比为0.26，采用行星式水泥胶砂搅拌机将水泥基注浆材料2加水拌合均匀，搅拌，标准养护。
注浆材料2性能测试结果如下：初始流动度15s，3h自由膨胀率为0.1%、防渗性0.3mm，耐磨度6cm3/cm2，2h抗压强度9.0MPa，1d抗压强度40.2MPa，28d抗压强度85.7MPa。
当使用注浆材料2施工应用时，注浆材料2与水采用线速度2.8m/s的搅拌机搅拌均匀，立即用泵压0.7MPa的注浆泵压入做好封闭措施的裂隙或裂缝中，实现封堵。
实施例3
各组分配比如下：
硫铝酸盐水泥（唐山北极熊水泥厂北极熊牌42.5级） 300份，
细度为1500目的超细粉煤灰 100份，
细度为1500目的超细硅灰石粉 150份，
高岭土 400份，
三聚氰胺减水剂 4份，
铝粉 0.5份，
钙矾石膨胀剂(天津豹鸣股份有限公司UEA) 7份，
沸石（青岛嘉德滤料有限公司） 8份
黄原胶（20℃粘度800cps） 0.1份，
碳酸锂 2份，
有机硅氧烷消泡剂（德国munzing-chemie公司P801） 1.2份，
壬基酚聚氧乙烯醚（江苏海安化工SOP-20） 0.05份，
将上述各组分按其质量份投入JS-500型号的搅拌机中，连续搅拌混合5～10分钟，制得均匀的用于加固修补的水泥基注浆材料3
将制得的注浆材料3按照水料比为0.27，采用行星式水泥胶砂搅拌机将水泥基注浆材料3加水拌合均匀，搅拌，标准养护。
注浆材料3性能测试结果如下：初始流动16s，3h自由膨胀率为0.15%、防渗性0.4mm，耐磨度7cm3/cm2，2h抗压强度8.5MPa，1d抗压强度39.2MPa，28d抗压强度81.6MPa。
当使用注浆材料3施工应用时，注浆材料3与水采用线速度2.6m/s的搅拌机搅拌均匀，立即用泵压0.6MPa的注浆泵压入做好封闭措施的裂隙或裂缝中，实现封堵。
实施例4
在制备用于加固修补的水泥基注浆材料4中，除了所采用的硅酸盐水泥为强度42.5MPa、比表面积500cm2/g的硅酸盐水泥之外，其它组分、用量与实施例1相同，并以相同的方法制得注浆材料4。
将制得的注浆材料4与水按照水料比为0.28，采用行星式水泥胶砂搅拌机将水泥基注浆材料4加水拌合均匀，搅拌，标准养护。
注浆材料4性能测试结果如下：初始流动度16s，防渗性0.4mm，耐磨度7cm3/cm2，2h抗压强度7.8MPa，1d抗压强度36.4MPa，28d抗压强度80.1MPa。
当使用注浆材料4施工应用时，注浆材料4与水采用线速度2.5m/s的搅拌机搅拌均匀，立即用泵压0.5MPa的注浆泵压入做好封闭措施的裂隙或裂缝中，实现封堵。
实施例5
在制备用于加固修补的水泥基注浆材料5中，除了所采用的超细粉煤灰是细度为1500目的超细粉煤灰之外，其它组分、用量与实施例1相同，并以相同的方法制得注浆材料5。
将制得的注浆材料5按照水料比为0.27，采用行星式水泥胶砂搅拌机将水泥基注浆材料5加水拌合均匀，搅拌，标准养护。
注浆材料5性能测试结果如下：初始流动度16.5s，防渗性0.5mm，耐磨度7.5cm3/cm2，2h抗压强度7.0MPa，1d抗压强度34.9MPa，28d抗压强度76.8MPa。
当使用注浆材料5施工应用时，注浆材料5与水采用线速度2.6m/s的搅拌机搅拌均匀，立即用泵压0.75MPa的注浆泵压入做好封闭措施的裂隙或裂缝中，实现封堵。
实施例6
在制备用于加固修补的水泥基注浆材料6中，除了所采用的纤维素醚是20℃粘度为850cps的纤维素醚外，其它组分、用量与实施例1相同，并以相同的方法制得注浆材料6。
将制得的注浆材料6按照水料比为0.26，采用行星式水泥胶砂搅拌机将水泥基注浆材料6加水拌合均匀，搅拌，标准养护。
注浆材料6性能测试结果如下：初始流动度16s，防渗性0.3mm，耐磨度6cm3/cm2，2h抗压强度8.2MPa，1d抗压强度37.5MPa，28d抗压强度81.2MPa。
当使用注浆材料6施工应用时，注浆材料6与水采用线速度2.7m/s的搅拌机搅拌均匀，立即用泵压0.75MPa的注浆泵压入做好封闭措施的裂隙或裂缝中，实现封堵。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于加固修补的水泥基注浆材料，其特征在于，按质量份计，所述水泥基注浆材料包含：
2.根据权利要求1所述的用于加固修补的水泥基注浆材料，其特征在于，按质量份计，所述水泥基注浆材料包含：
3.根据权利要求1或2所述的用于加固修补的水泥基注浆材料，其特征在于，所述水泥为强度不低于42.5MPa、比表面积不低于450cm2/g的普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥中的一种或多种；所述掺合料为不低于1250目的超细粉煤灰和超细硅灰石粉中的一种或两种；所述填料为滑石粉、钢渣粉、高岭土和重钙中的一种或多种。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于加固修补的水泥基注浆材料，其特征在于，所述减水组分为聚羧酸减水剂和三聚氰胺减水剂中的一种或两种；所述早强组分为无机硅酸盐早强剂、无机碳酸盐早强剂和甲酸盐早强剂中的一种或多种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于加固修补的水泥基注浆材料，其特征在于，所述塑性膨胀组分为钠基膨润土、明矾、活性炭和铝粉中的一种或多种；所述硬化后膨胀组分为钙矾石类膨胀剂、氧化钙类膨胀剂、氧化镁类膨胀剂和多孔沸石类膨胀剂中的一种或多种。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于加固修补的水泥基注浆材料，其特征在于，所述稳定组分为20℃粘度不超过1000cps的纤维素醚、淀粉醚和黄原胶中的一种或多种。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于加固修补的水泥基注浆材料，其特征在于，所述消泡组分为有机硅氧烷类消泡剂、聚醚类消泡剂和酰胺类消泡剂中的一种或多种。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于加固修补的水泥基注浆材料，其特征在于，所述乳化组分为烷基酚聚氧乙烯醚类表面活性剂、苄基酚聚氧乙烯醚类表面分散剂和烷基磺酸盐的一种或多种。
9.一种根据权利要求1至8中任一项所述的用于加固修补的水泥基注浆材料的制备方法，所述方法包括：将水泥、掺合料、填料、减水组分、塑性膨胀组分、硬化后膨胀组分、稳定组分、早强组分、消泡组分和乳化组分按各自质量份投入搅拌机中，连续混合搅拌5～10分钟，得到用于加固修补的水泥基注浆材料。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的用于加固修补的水泥基注浆材料的应用，包括：所述水泥基注浆材料按照水料比0.26～0.28，在搅拌机中将所述水泥基注浆材料加水拌合均匀，采用泵压不低于0.5MPa的注浆泵将拌合均匀的浆体压入裂隙或裂缝。
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