水玻璃-三醋酸甘油酯注浆材料及其制备方法 |
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申请号 | CN200910304165.7 | 申请日 | 2009-07-09 | 公开(公告)号 | CN101597497A | 公开(公告)日 | 2009-12-09 |
申请人 | 北京市市政工程研究院; | 发明人 | 夏春蕾; 叶英; | ||||
摘要 | 一种加固粉细砂用 水 玻璃类注浆材料,以水玻璃为主材,以 固化 剂、催化剂、 表面活性剂 为辅材,按以下重量份配比而成,水100份;水玻璃40~75份;固化剂三 醋酸 甘油酯3~15份;催化剂0.05~0.5份;表面活性剂0.5~2份。该注浆材料固砂强度可以达到1.2MPa,固化时间30min左右,解决了用水玻璃加固粉细砂强度低、渗透性不稳定、污染 地下水 的技术问题。在0.3~0.5MPa的注浆压 力 下对密实型粉细砂注浆渗透半径可达50cm,适合于地下工程施工时对粉细砂层进行预加固。 | ||||||
权利要求 | 1.一种加固粉细砂用水玻璃类注浆材料,其特征在于:以水玻璃为 主材,以固化剂、催化剂、表面活性剂为辅材,按以下重量份配比而成,水 100份; |
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说明书全文 | 技术领域本发明涉及一种建筑施工用的注浆材料及其制备方法。 背景技术粉细砂的加固是地基开挖过程中遇到最为棘手的问题之一,由于粉细砂不易加固,施工 时地基坍塌现象时常发生。目前用来加固粉细砂的注浆材料主要是超细水泥和酸性水玻璃。 其中超细水泥等颗粒类注浆材料浆体的强度较高,但是存在渗透性不稳定等问题,只能解决 松散型粉细砂的注浆问题。酸性水玻璃注浆材料由于渗透性好,已在粉细砂加固方面取得了 广泛应用,但是其强度较低,一旦遇到拱顶承压较大的地层,极易产生塌方。为了提高水玻 璃类注浆材料的强度,随之出现了乙二醛固化剂,但是乙二醛有一定的化学毒性,易对地下 水造成污染,使其使用受到很大限制。因此,对粉细砂地层的注浆加固一直没有得到很好 的解决,成为科研工作者研究的热点和难点。 发明内容本发明提供一种加固粉细砂用水玻璃类注浆材料及其制备方法,要解决了用水玻璃作为 注浆材料加固粉细砂强度低、渗透性不稳定、污染地下水的技术问题。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是: 这种加固粉细砂用水玻璃类注浆材料,其特征在于:以水玻璃为主材,以固化剂、催化 剂、表面活性剂为辅材,按以下重量份配比而成, 水 100份; 水玻璃 40~75份; 三醋酸甘油酯作为固化剂 3~15份; 催化剂 0.05~0.5份; 表面活性剂 0.5~2份。 上述催化剂为乙酸或稀硫酸。 上述表面活性剂可为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠或乙二醇。 上述水玻璃的模数为1.6~3.4。 上述水玻璃的模数最好为2.8。 一种加固粉细砂用水玻璃类注浆材料的制备方法,其特征在于: 首先在搅拌器A中加入40L~60L的水,然后在缓慢搅拌下依次加入50~60kg水玻璃、 0.5~1kg表面活性剂,此混合物称为A组份; 在搅拌器B中加入余量的水,在缓慢搅拌下依次加入10kg三醋酸甘油酯、0.1kg催化剂, 此混合物称为B组份; 以上两个组份搅拌达5min以上即可进行注浆,调节注浆泵使A、B组份的体积比为2~ 2.2∶1。 上述注浆的压力为0.3~0.6MPa。 本发明的有益效果如下: 1)、三醋酸甘油酯水玻璃化学灌浆材料浆液抗压强度大,无毒无污染,并具有良好的 渗透性,对粉细砂注浆具有实用意义。三醋酸甘油酯为无毒无污染的高分子材料,其与水玻 璃可以在常温下迅速发生反应,并形成一定强度的试块。该注浆材料固砂强度可以达到 1.2MPa,固化时间30min左右,克服了酸性水玻璃强度较低的问题,并且无毒无污染。 2)、十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂可以显著提高注浆材料的渗透性,其最佳用量 为0.6%。 3)、水玻璃的模数对注浆材料的强度有较大的影响,选用模数为2.4-3,可以达到较高 的抗压强度。 本发明渗透能力较强,在0.3~0.5MPa的注浆压力下对密实型粉细砂注浆渗透半径可达 50cm,适合于地下工程施工时对粉细砂层进行预加固,也可用于高密实度及高承压粉细砂层 的加固。 附图说明 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。 图1是固化剂含量对固砂强度的影响的图表。 图2是固化剂含量对凝胶时间的影响的图表。 图3是水玻璃含量与固砂强度关系的曲线图。 图4是表面活性剂添加量与渗透系数关系的曲线图。 图5是水玻璃模数与抗压强度关系的曲线图。 具体实施方式实施例1,这种加固粉细砂用水玻璃类注浆材料,以水玻璃为主材,以固化剂、催化剂 、表面活性剂为辅材,按以下重量份配比而成, 水 100份; 水玻璃 50份; 三醋酸甘油酯作为固化剂 10份; 催化剂 0.1份; 表面活性剂 1份。 上述催化剂为乙酸或稀硫酸,表面活性剂可为十二烷基苯磺酸钠,水玻璃的模数为1.6 ~3.4,最好为2.8。 实施例2,这种加固粉细砂用水玻璃类注浆材料,以水玻璃为主材,以固化剂、催化剂 、表面活性剂为辅材,按以下重量份配比而成, 水 100份; 水玻璃 60份; 三醋酸甘油酯作为固化剂 5份; 催化剂 0.2份; 表面活性剂 1.5份。 实施例3,这种加固粉细砂用水玻璃类注浆材料,以水玻璃为主材,以固化剂、催化剂 、表面活性剂为辅材,按以下重量份配比而成, 水 100份; 水玻璃 70份; 三醋酸甘油酯作为固化剂 12份; 催化剂 0.3份; 表面活性剂 0.7份。 实施例4,这种加固粉细砂用水玻璃类注浆材料,以水玻璃为主材,以固化剂、催化剂 、表面活性剂为辅材,按以下重量份配比而成, 水 100份; 水玻璃 45份; 三醋酸甘油酯作为固化剂 12份; 催化剂 0.4份; 表面活性剂 1.2份。 制备方法实施例一,首先在搅拌器A中加入60L水,然后在缓慢搅拌下依次加入水玻璃 60Kg、表面活性剂-十二烷基苯磺酸钠1Kg,此混合物称为A组份。在搅拌器B中加入50L水, 在缓慢搅拌下依次加入固化剂-三醋酸甘油酯10Kg、催化剂-乙酸0.1Kg,此混合物称为B组份 。以上两个组份搅拌达5min以上即可进行注浆,采用双液注浆泵进行注浆,调节注浆泵使得 A、B组份的体积比为2∶1。 制备方法实施例二,首先在搅拌器A中加入40L水,在缓慢搅拌下依此加入水玻璃60Kg、 表面活性剂-十二烷基苯磺酸钠0.5Kg。在搅拌器B中加入35L水,在缓慢搅拌下依次加入固化 剂-三醋酸甘油酯15Kg、催化剂-稀硫酸0.1Kg。搅拌5min后进行注浆,A、B组份的体积比为 2∶1。该配方的浆液强度达1.2MPa以上,可对高承压粉细砂层进行注浆加固,注浆压力 0.4MPa。 制备方法实施例三,首先在搅拌器A中加入60L水,在缓慢搅拌下依此加入水玻璃50Kg、 表面活性剂-十二烷基磺酸钠1Kg。在搅拌器B中加入40L水,在缓慢搅拌下依次加入固化剂 三醋酸甘油酯10Kg、催化剂-乙酸0.1Kg。搅拌5min后进行注浆,A、B组份的体积比为2.2∶ 1。该配方的浆液的渗透性较高,可对高密实度的粉细砂层进行注浆加固,注浆压力 0.5MPa。 参见图1-5,本发明针对固化剂含量对固砂强度的影响、固化剂含量对凝胶时间的影 响、水玻璃含量与固砂强度关系、表面活性剂添加量与渗透系数关系、水玻璃模数与抗压强 度关系分别做了大量试验。 试验原料: 水玻璃:工业级,模数1.6-3.2,比重0.79; 三醋酸甘油酯:分析纯,北京市化学试剂有限公司; 表面活性剂:十二烷基苯磺酸钠,十二烷基磺酸钠,乙二醇; 标准砂:北京地铁工地。 本发明的注浆材料按如下方法进行测试: 1)、抗压强度:执行GB/T 1767-1999,制作40mm×40mm×160mm试件,在恒温恒湿 条件下养护后进行抗压强度试验。 2)、凝胶时间:采用倾斜法,将配置好的浆液在室温下置于烧杯中,用秒表测出倾倒 时液面不发生移动的时间。 3)、渗透性:在渗透仪筒内先加入标准砂,再灌入配置好的水玻璃浆液,在常压下静 置30min后,将筒中混合体推出,去掉干燥的标准砂,量取浆体渗入砂中的深度,以此评价 浆体的渗透性能。 试验的结果及分析如下: 参见图1,为检测三醋酸甘油酯对抗压强度的影响。本发明采用40%的水玻璃溶液作为 A液,分别加入占水玻璃质量5%、10%、15%的三醋酸甘油酯,配成浆液进行强度实验。成 型24h后脱模,用WDT500型电子万能试验机测定其抗压强度。通过试验可知,三醋酸甘油酯 的添加量越高,其抗压强度就越高。但当固化剂添加量为10%时再继续添加,其强度增长已 经很不明显,因此,高分子固化剂的用量在10%左右为宜。 参见图2,随着固化剂含量的增加,初凝的时间不断降低。在固化剂含量为5%时,三醋 酸甘油酯的初凝时间是32min,含量为10%的时候为18min,含量为20%时为13min,可见固 化的时间还是可以满足施工的要求的。而且初凝时间较长说明其凝胶物质能够较为缓慢的释 放,对形成均匀的凝胶结构较为有利。 参见图3,水玻璃作为浆液的主材,其用量对固砂强度的影响至关重要。随着水玻璃用 量的增加抗压强度迅速上升。当水玻璃含量为注浆材料总重量的50%时,抗压强度为 0.93MPa,而当水玻璃含量升至60%时,抗压强度为0.98MPa。 参见图4,为检测表面活性剂对渗透系数的影响,本发明采用TST70型渗透仪测定渗透 系数,实验用砂为北京四号线西单隧道工程开挖出的标准砂。表面活性剂分别使用乙二醇、 十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠。三种表面活性剂中,十二烷基苯磺酸钠的效果最佳, 而乙二醇最差。当采用十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂,添加量达到注浆材料总重量的 0.6%时,浆液的渗透性达到最好。表面活性剂的量继续增加,则浆液的渗透性有所下降。 参见图5,本发明分别研究了模数为1.6~3.2的水玻璃对注浆材料强度的影响,采用质 量浓度为50%的水玻璃和占水玻璃质量10%的三醋酸甘油酯反应,可知在水玻璃模数为2.8之 前,浆液抗压强度一直处于上升状态,从0.7MPa上升至1.2MPa,而在2.8之后强度则出现明 显下降。而模数为2.8的水玻璃黏度还是处于比较可以接受的范围,因此,可以选用模数为 2.8的水玻璃作为粉细砂注浆材料的主剂。 水玻璃的模数是二氧化硅(SiO2)与氧化钠(Na2O)的摩尔数比值,一般来讲水玻璃模数越 高,则密度和黏度越大,硬化后的黏结力与强度就越高。但水玻璃的模数太高,则黏度太大 不利于注浆渗透,同时模数太高,水玻璃难溶于水。 |