一種地聚合物注漿材料及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土木工程領(lǐng)域，具體涉及一種地聚合物注漿材料及其制備方法與應(yīng)用。
技術(shù)背景
[0002]注漿材料是具有充填膠結(jié)性能的材料，配制成漿液后利用注漿設(shè)備注入到底層的裂隙、孔隙或孔洞中，凝結(jié)硬化后起到充填、加固的目的，并廣泛應(yīng)用于道路、隧道、水利等工程修筑時的防滲及加固。注漿材料可分為無機(jī)注漿材料和有機(jī)注漿材料兩大類，其中無機(jī)注漿材料由于其原材料來源廣泛、成本低、無毒性及施工工藝簡單的特點(diǎn)，因此更為廣泛的應(yīng)用于注漿工程。現(xiàn)有的無機(jī)注漿材料大多以水泥作為基本材料，而以水泥作為注漿材料通常具有漿液穩(wěn)定性不好、結(jié)實(shí)率低的缺點(diǎn)；同時，生產(chǎn)水泥過程中會消耗大量的能源、不可再生礦產(chǎn)以及產(chǎn)生大量的溫室氣體，如二氧化碳，隨著全球氣候環(huán)境的日益惡化，水泥產(chǎn)業(yè)已經(jīng)越來越不能適應(yīng)節(jié)能環(huán)保生產(chǎn)的時代要求。
[0003]粉煤灰主要是以煤為燃料的火力發(fā)電站或熱電廠生產(chǎn)所排出的固體廢棄物，我國每年因火力發(fā)電而排放的粉煤灰超過I億噸，而較低的粉煤灰利用率導(dǎo)致粉煤灰的大量堆積，占用著大量的土地資源，給我國的生態(tài)環(huán)境的建設(shè)造成了巨大的壓力。沸石是一種含水的堿金屬或堿土金屬的鋁硅酸鹽礦物，我國沸石礦物資源分布不廣泛，并且沸石作為一種鋁硅酸鹽礦物，其中的鋁硅氧化物達(dá)到了沸石總量的70%?80%，尤以硅的氧化物居多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中土木工程領(lǐng)域常遇到的工程防滲加固的問題，提出了一種地聚合物注漿材料及其制備方法與應(yīng)用。
[0005 ]為了解決以上問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0006]—種地聚合物注漿材料，組分配比為:粉煤灰50-80份，沸石粉16-50份，粘土 4_10份，堿性激發(fā)劑5-15份，速凝劑0.5-2份，水玻璃3-8份，水灰比為0.75-1.5。
[0007]優(yōu)選的，所述地聚合物注漿材料，組分配比為:粉煤灰50-80份，沸石粉16-50份，粘土5-8份，堿性激發(fā)劑8-15份，速凝劑1-2份，水玻璃4-6份，水灰比為1-1.5;
[0008]優(yōu)選的，所述地聚合物注漿材料，組分配比為:粉煤灰50份，沸石粉10份，粘土5份，堿性激發(fā)劑1份，速凝劑I份，水玻璃4-6份，水灰比為I。
[0009]所述的地聚合物注漿材料，還包括至少一種選自膨脹劑、流動劑和防吸水劑的外摻劑。
[0010]優(yōu)選的，所述粉煤灰和沸石粉的細(xì)度均小于0.5mm;粘土的細(xì)度均小于0.5mm。粘土的主要作用為增大漿液粘度;加速漿液的凝結(jié)。
[0011]優(yōu)選的，所述堿性激發(fā)劑為氫氧化鈉。氫氧化鈉是常見且常用的物質(zhì)，作為堿性激發(fā)劑更容易獲取，而且效果也更好。別的堿性激發(fā)劑也是可以的，如氫氧化鉀和碳酸鹽。
[0012]優(yōu)選的，所述速凝劑為氫氧化鈣。
[0013]優(yōu)選的，所述水玻璃的模數(shù)為1.5-3.0。
[0014]上述地聚合物注漿材料的制備方法，包括如下步驟:
[0015]I)將堿性激發(fā)劑溶于水中，配制堿性激發(fā)劑溶液；
[0016]2)將粉煤灰、沸石粉和其他組分混合均勻，得到混合物；
[0017]3)將所述堿性激發(fā)劑溶液與所述混合物混合，攪拌后得到目標(biāo)地聚合物注漿材料。
[0018]上述地聚合物注漿材料的使用方法，使用地聚合物注漿材料時，將可選用膨脹劑、流動劑和防吸水劑的外摻劑加入到地聚合物注漿材料中，配合使用。
[0019]上述地聚合物注漿材料在工程防滲加固中的應(yīng)用。
[0020]本發(fā)明的地聚合物注漿材料的防滲加固原理及有益技術(shù)效果如下:
[0021 ]地聚合物是一種由A104和Si04四面體結(jié)構(gòu)單元組成三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的無機(jī)聚合物膠凝材料，能夠在堿性條件下由攪拌均勻的液體凝結(jié)為強(qiáng)度很高的固體，具有類似水泥但卻優(yōu)于水泥的力學(xué)性能。沸石粉、粉煤灰中都含有大量的硅鋁氧化物，其含量均達(dá)到了總質(zhì)量的百分之七十以上。研究表明，沸石粉中鋁硅氧化物的活性僅次于偏高嶺土，而粉煤灰同樣具有較高的活性，在堿性溶液的激發(fā)下，沸石粉及粉煤灰中的硅鋁氧化物能夠溶解形成類似于水泥的膠凝材料，而后硅氧鍵和鋁氧鍵在堿性激發(fā)劑的作用下發(fā)生斷裂及重組，并最終導(dǎo)致硬化固結(jié)的發(fā)生產(chǎn)生固體物質(zhì)，具有較好的快速固化性及耐久性，能夠?qū)⑸巴令w粒進(jìn)行包裹膠結(jié)。同時向地聚合物漿液中加入一定量的粘土，可以提高漿液的粘度、減短凝膠的時間、提高結(jié)實(shí)率。同時加入少量的水玻璃溶液，主要是用水玻璃來提高地聚合物中硅含量及堿性氧化物含量。以沸石粉、粉煤灰及粘土為原料的地聚合物膠凝材料類似水泥卻優(yōu)于水泥的特性決定了其可作為一種優(yōu)質(zhì)的注漿材料，對處理工程中的路基加固、防滲等問題具有優(yōu)良的效果。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0023]實(shí)施例1
[0024]沸石粉和粉煤灰按照1:5的比例添加，然后摻加粘土的質(zhì)量為沸石粉和粉煤灰質(zhì)量和的5%，激發(fā)劑NaOH的質(zhì)量取以上固體質(zhì)量的10%，速凝劑氫氧化鈣為上述固體總質(zhì)量的I %，制取水灰比為1:1的地聚合物注漿漿液。發(fā)現(xiàn)粘度為18mPa.s，初凝時間為9h，結(jié)實(shí)率為84 %，7天抗壓強(qiáng)度為4.32MPa。
[0025]粉煤灰50?80份，沸石粉16?50份，粘土 4_10份，堿性激發(fā)劑5_15份，速凝劑0.5-2份，水玻璃3-8份，水灰比為0.75-1.5。
[0026]實(shí)施例2
[0027]沸石粉和粉煤灰按照1:5的比例添加，然后摻加粘土的質(zhì)量為沸石粉和粉煤灰質(zhì)量和的10%，激發(fā)劑NaOH的質(zhì)量取上述固體總質(zhì)量的10%，速凝劑氫氧化鈣為上述固體總質(zhì)量的I %，制取水灰比為1:1的地聚合物注漿漿液。發(fā)現(xiàn)粘度為2ImPa.s，初凝時間為
7.5h，結(jié)實(shí)率為90 %，7天抗壓強(qiáng)度為3.5IMPa ο
[0028]實(shí)施例3
[0029]沸石粉和粉煤灰按照1:1的比例添加，然后摻加粘土的質(zhì)量為沸石粉和粉煤灰質(zhì)量和的15%，激發(fā)劑NaOH的質(zhì)量取以上固體總質(zhì)量的10%，速凝劑氫氧化鈣為上述固體總質(zhì)量的I %，制取水灰比為1:1的地聚合物注漿漿液。發(fā)現(xiàn)粘度為23mPa.s，初凝時間為6.2h，結(jié)實(shí)率為95 %，7天抗壓強(qiáng)度為1.42MPa。
[0030]實(shí)施例4
[0031]沸石粉和粉煤灰按照1:5的比例添加，然后摻加粘土的質(zhì)量為沸石粉和粉煤灰質(zhì)量和的10%，激發(fā)劑NaOH的質(zhì)量取以上固體質(zhì)量的15%，速凝劑氫氧化鈣為上述固體總質(zhì)量的I %，制取水灰比為I: 1.5的地聚合物注漿漿液。發(fā)現(xiàn)粘度為19mPa.s，初凝時間為8h，結(jié)實(shí)率為91 %，7天抗壓強(qiáng)度為3.9MPa。
[0032]上述雖然對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種地聚合物注漿材料，其特征在于:組分配比為:粉煤灰50-80份，沸石粉16-50份，粘土4-10份，堿性激發(fā)劑5-15份，速凝劑0.5-2份，水玻璃3_8份，水灰比為0.75-1.5。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述地聚合物注漿材料，其特征在于:組分配比為:粉煤灰50-80份，沸石粉16-50份，粘土 5-8份，堿性激發(fā)劑8-15份，速凝劑1_2份，水玻璃4_6份，水灰比為1_1.5。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述地聚合物注漿材料，其特征在于:組分配比為:粉煤灰50份，沸石粉1份，粘土5份，堿性激發(fā)劑1份，速凝劑I份，水玻璃4-6份，水灰比為I。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地聚合物注漿材料，其特征在于:還包括至少一種選自膨脹劑、流動劑和防吸水劑的外摻劑。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述地聚合物注漿材料，其特征在于:所述粉煤灰和沸石粉的細(xì)度均小于0.5mm;粘土的細(xì)度小于0.5_。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述地聚合物注漿材料，其特征在于:所述堿性激發(fā)劑為氫氧化鈉；所述速凝劑為氫氧化鈣。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述地聚合物注漿材料，其特征在于:所述水玻璃的模數(shù)為1.5-3.0。8.權(quán)利要求1-7任一所述的地聚合物注漿材料的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: 1)將堿性激發(fā)劑溶于水中，配制堿性激發(fā)劑溶液； 2)將粉煤灰、沸石粉和其他組分混合均勻，得到混合物； 3)將所述堿性激發(fā)劑溶液與所述混合物混合，攪拌后得到目標(biāo)地聚合物注漿材料。9.權(quán)利要求1-7任一所述的地聚合物注漿材料的使用方法，其特征在于:使用地聚合物注漿材料時，將至少一種選自膨脹劑、流動劑和防吸水劑的外摻劑加入到地聚合物注漿材料中，配合使用。10.權(quán)利要求1-7任一所述的地聚合物注漿材料在工程防滲加固中的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種地聚合物注漿材料及其制備方法與應(yīng)用，組分配比為：粉煤灰50-80份，沸石粉16-50份，粘土4-10份，堿性激發(fā)劑5-15份，速凝劑0.5-2份，水玻璃3-8份，水灰比為0.75-1.5；1)將堿性激發(fā)劑溶于水中，配制堿性激發(fā)劑溶液；2)將粉煤灰、沸石粉和其他組分混合均勻，得到混合物；3)將所述堿性激發(fā)劑溶液與所述混合物混合，攪拌后得到目標(biāo)地聚合物注漿材料。以沸石粉、粉煤灰及粘土為原料的地聚合物膠凝材料類似水泥卻優(yōu)于水泥的特性決定了其可作為一種優(yōu)質(zhì)的注漿材料，對處理工程中的路基加固、防滲等問題具有優(yōu)良的效果。
【IPC分類】E02D3/12, C04B7/26
【公開號】CN105541140
【申請?zhí)枴緾N201510980670
【發(fā)明人】崔新壯, 侯飛, 金青, 黃丹, 劉澤群, 湯維澤, 李莉, 樓俊杰, 張炯, 崔社強(qiáng), 鄭英杰
【申請人】山東大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月23日