地质聚合物灌浆料及其制备方法和其在村镇建设基础加固中
的应用
技术领域
[0001] 本
发明涉及
建筑材料领域，特别是涉及一种
地质聚合物灌浆料及其制 备方法和其在村镇建设基础加固中的应用。
背景技术
[0002] 近年来,我国经济不断平稳高速发展,城镇化
进程推进加快。在这样的 背景下,农村的经济社会体制得到了更加便捷的发展机会,村镇建筑的市场 也开始变得活跃起来,村镇建筑的规模也变得越来越大。与此同时,村镇建 筑的安全性问题也随之出现,因为我国村镇普遍存在地基承载能
力不足的 问题，由其导致的村镇建筑、基础设施等的破损情况时有发生。城镇建设 通常采用注浆进行加固，并且主要胶凝材料是
水泥，价格高昂，不适于在 村镇建设中大规模使用。此外，现在灌浆料还存在性能不稳定、
早期强度 低等问题。
[0003]
[0004] 基于以上背景，村镇民居建设过程中急需一种价格低廉、性能稳定、 早强的加固用灌浆料。
发明内容
[0005] 本发明的主要目的在于，提供一种地质聚合物灌浆料及其制备方法和 其在村镇建设基础加固中的应用，所要解决的技术问题是使地质聚合物灌 浆料具有价格低廉、灌注性能稳定、与
土壤适应性好、早强快硬、微膨胀 等特点，适用于村镇建设基础加固。
[0006] 本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据 本发明提出的一种地质聚合物灌浆料，以重量百分比计，其包括以下组分：
[0008] 矿渣：5.0～10.0％；
[0010] 电石渣：5.0～8.0％；
[0011] 工业盐：3.0～5.0％；
[0013] 流态稳定改性材料：2.0～3.0％。
[0014] 本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0015] 优选的，前述的地质聚合物灌浆料，其中所述的流态稳定改性材料， 以重量百分比计，其包括以下组分：
[0019] 消泡剂：4.0～6.0％。
[0020] 优选的，前述的地质聚合物灌浆料，其中所述的粉状减水剂为粉状的 早强型聚
羧酸系高性能减水剂，内部含有6.0～8.0wt％纳米CSH成核剂，其 减水率大于30％，28天收缩率比小于70％，1天抗压强度比≥200％。
[0021] 优选的，前述的地质聚合物灌浆料，其中所述的膨润土为磨细膨润土
矿石粉，其蒙脱石含量大于60％，细度为200目；
[0022] 所述的铝渣为铝渣微粉，其勃氏
比表面积为200±20m2/kg；
[0023] 所述的消泡剂为粉末消泡剂，其是将矿物油和非离子
表面活性剂吸附 在惰性载体上制得。
[0024] 优选的，前述的地质聚合物灌浆料，其中所述的钢渣为钢渣微粉，其
碱度≥2.4，游离
氧化
钙的重量比≥6.0％，游离氧化镁的重量比为5.0～8.0％， 勃氏比表面积为800±20m2/kg；
[0025] 所述的矿渣为粒化
高炉矿渣粉，其碱性系数大于1.2，
质量系数大于1.4， 勃氏比表面积为600±20m2/kg，需水量小于90％，28d活性指数大于110％；
[0026] 所述的铜渣为铜渣微粉，其玻璃体含量大于15％，勃氏比表面积为450 ±20m2/kg。
[0027] 优选的，前述的地质聚合物灌浆料，其中所述的电石渣为电石渣微粉， 其氢氧化钙含量大于85％，勃氏比表面积为400±20m2/kg；
[0028] 所述的工业盐为日晒工业盐，其
氯化钠含量大于96％；
[0029] 所述的废石膏为磨细废石膏模具粉，其三氧化硫的含量大于46.0％，勃 氏比表面积为400±20m2/kg。
[0030] 本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据 本发明提出的一种地质聚合物灌浆料的制备方法，其包括：
[0031] 将前述任一项所述的地质聚合物灌浆料中的各组分混合均匀。
[0032] 本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据 本发明提出的一种前述任一项所述的地质聚合物灌浆料在村镇建设基础加 固中的应用。
[0033] 本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0034] 优选的，前述的应用，其中将所述的地质聚合物灌浆料混合均匀，加 水搅拌制浆后即可灌注。
[0035] 优选的，前述的应用，其中所述水的重量为所述地质聚合物灌浆料的 25.0～30.0％；所述搅拌的速度为10～14m/s，所述搅拌的时间为3～5min。
[0036] 借由上述技术方案，本发明地质聚合物灌浆料及其制备方法和其在村 镇建设基础加固中的应用至少具有下列优点：
[0037] 1、本发明利用超细化钢渣微粉中的游离氧化钙(f-CaO)和游离氧化 镁(f-MgO)的梯段水化特性，使其膨胀性产物Ca(OH)2和Mg(OH)2生成 速率与地质聚合物灌浆料强度增长、体积变化相匹配，在约束作用下建立 有效微膨胀，补偿收缩，增加地质聚合物灌浆料
固化体与土壤之间的摩擦 力，从而提高基础的承载力和体积
稳定性。此外，所生成的Ca(OH)2还可 以激发自身及其他废渣中的活性SiO2、Al2O3，生成C-S-H凝胶，进一步增 加灌浆料基体强度，促进早强快硬。
[0038] 2、本发明采用流态稳定改性材料的作用在于增加地质聚合物灌浆料的 流变性，提高其填充性，降低对用水量
波动的敏感性，从而提高基础的承 载力。
[0039] 3、本发明采用电石渣、工业盐及废石膏对钢渣-矿渣-铜渣复合胶凝体 系进行增钙碱激发与盐激发，充分激发体系自身的活性及与土壤的反应， 在提高地质聚合物灌浆料自身强度的基础上，还有助于增加基础的承载力 与稳定性。
[0040] 4、本发明利用膨润土、粉状减水剂、铝渣及消泡剂制备的流态稳定改 性材料可以显著改善地质聚合物灌浆料的流变性与
触变性，所引入的微小 气泡减少
摩擦力，提高其灌注性与密实性。同时，降低对用水量波动的敏 感性，有助于提高基础的承载力。
[0041] 5、本发明地质聚合物灌浆料具有原材料来源广泛、价格低廉，充分利 用各种工种废弃物构建胶凝体系，具有显著的社会效益、环境效益。施工 性能稳定，灌注性良好，与土壤反应，早强快硬，基础承载力与体积稳定 性好，尤其适用于村镇建设基础加固使用。
[0042] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的 技术手段，并可依照
说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳
实施例 详细说明如后。
具体实施方式
[0043] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功 效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的地质聚合物灌浆料及其制备 方法和其在村镇建设基础加固中的应用其具体实施方式及其功效，详细说 明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是 同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任 何合适形式组合。
[0044] 本发明实施例提出一种地质聚合物灌浆料，以重量百分比计，其包括 以下组分：钢渣：55.0～65.0％；矿渣：5.0～10.0％；铜渣：10.0～15.0％；电 石渣：5.0～8.0％；工业盐：3.0～5.0％；废石膏：5.0～10.0％；流态稳定改性 材料：2.0～3.0％。
[0045] 本发明实施例中，地质聚合物是具有由Si-O-Al-O键所组成的三维交联
硅酸铝结构的聚合物，地质聚合物的结构可以是无定形或半结晶，属于非 金属材料。这种材料具有优良的机械性能和耐酸碱、耐火、耐高温的性能， 有取代普通波特兰
水泥的可能和可利用矿物废物和建筑垃圾作为原料的特 点。
[0046] 作为优选，所述的钢渣为钢渣微粉，其由
风淬法处理过的钢渣经立磨- 球磨联合粉磨系统粉磨整形制得，颗粒呈球形，具有良好颗粒级配。钢渣 微粉的碱度≥2.4，游离氧化钙(f-CaO)的重量比≥6.0％，游离氧化镁(f-MgO) 的重量比为5.0～8.0％，勃氏比表面积为800±20m2/kg。钢渣微粉使地质聚 合物灌浆料具有微膨胀、高承载力与快硬早强的特性。
[0047] 本发明的技术方案中，钢渣首先经过风淬法处理，然后经立磨-球磨联 合粉磨系统粉磨整形，得钢渣微粉；所述的钢渣微粉的颗粒呈球形，具有 良好颗粒级配。钢渣经粉磨到一定细度成为钢渣微粉，具有显著的经济效 益、环境效益和社会效益，符合国家产业政策，具有广阔的市场。
[0048] 碱度是以钢渣微粉中氧化钙和氧化镁的质量和与
二氧化硅和三氧化二 铝的质量和之比。
[0049] 本发明实施例中所用的钢渣为钢渣微粉，一方面，钢渣微粉中的游离 氧化钙(f-CaO)和游离氧化镁(f-MgO)分梯段发生水化产应，先后生成 膨胀性产物Ca(OH)2和Mg(OH)2，与地质聚合物灌浆料强度增长、体积变 化相匹配，在约束作用下建立有效膨胀，补偿收缩，增加地质聚合物灌浆 料固化体与土壤之间的摩擦力，从而提高基础承载力、增加稳定性的作用。 另一方面，钢渣微粉中的C2S、C3S
硅酸盐矿物，自身就可以水化产生胶凝 性，加快地质聚合物灌浆料的强度增长。此外，膨胀性产物Ca(OH)2又可 以激发钢渣微粉及其他工业废物中的活性SiO2、Al2O3，生成C-S-H凝胶， 进一步增加地质聚合物灌浆料的基体强度。
[0050] 作为优选，所述的矿渣为粒化高炉矿渣粉，其碱性系数(M0)大于1.2， 质量系数大于1.4，勃氏比表面积为600±20m2/kg，需水量小于90％，28d 活性指数大于110％。
[0051] 碱性系数(M0)以矿渣微粉中氧化钙和氧化镁的质量和与二氧化硅和 三氧化二铝的质量和之比。
[0052] 质量系数以粒化高炉矿渣粉中氧化钙、三氧化二铝和氧化镁的质量和 与二氧化硅、一氧化锰和二氧化
钛的质量和之比。
[0053] 28d活性指数按下述步骤获得：按照试验方法GB/T17671分别测定试 验样品28天的抗压强度，计为R28(MPa)；对比样品28天的抗压强度，计 为R028(MPa)；按照公式A28＝R28÷R028×100(％)计算其28d活性指数A28(％)， 计算结果取整数。
[0054] 作为优选，所述的铜渣为铜渣微粉，其玻璃体含量大于15％，勃氏比 表面积为4502
±20m/kg。
[0055] 铜渣微粉的主要作用在于调控地质聚合物灌浆料的流动性。
[0056] 作为优选，所述的电石渣为电石渣微粉，其氢氧化钙含量大于85％， 勃氏比表面积为400±20m2/kg。
[0057] 电石渣微粉的主要作用增加地质聚合物灌浆料的钙含量，碱激发其他 废渣中的SiO2、Al2O3，使地质聚合物灌浆料具有早强快硬的特性。
[0058] 作为优选，所述的工业盐为日晒工业盐，其氯化钠含量大于96％。其 主要作用在于高盐激发其他工业废渣的活性，使地质聚合物灌浆料具有早 强快硬的特性。
[0059] 作为优选，所述的废石膏为磨细废石膏模具粉，其三氧化硫的含量大 于46.0％，勃氏比表面积为400±20m2/kg。
[0060] 作为优选，所述的流态稳定改性材料，以重量百分比计，其包括以下 组分：膨润土：54.0～66.0％；粉状减水剂：22.0～28.0％；铝渣：8.0～12.0％； 消泡剂：4.0～6.0％。更优选，膨润土：60.0％；粉状减水剂：25.0％；铝渣： 10.0％；消泡剂：5.0％。
[0061] 流态稳定改性材料的作用在于增加地质聚合物灌浆料的流变性，提高 其填充性，降低对用水量波动的敏感性，从而提高基础的承载力。
[0062] 进一步优选，所述的粉状减水剂为粉状的早强型
聚羧酸系高性能减水 剂，内部含有6.0～8.0wt％纳米CSH成核剂，其减水率大于30％，28天收 缩率比小于70％，1天抗压强度比≥200％。
[0063] 所述的粉状减水剂更优选为减缩-早强复合型聚羧酸系减水剂。
[0064] 进一步优选，所述的膨润土为磨细膨润土矿石粉，其蒙脱石含量大于 60％，细度为200目。膨润土的作用在于调节地质聚合物灌浆料的流变性能， 同时起到分散作用。
[0065] 进一步优选，所述的铝渣为铝渣微粉，其勃氏比表面积为200±20 m2/kg。其作用在于引入微小气泡，改善地质聚合物灌浆料的流动性与稳定 性。
[0066] 进一步优选，所述的消泡剂为粉末消泡剂，其是将矿物油和非离子表 面活性剂吸附在惰性载体上制得。
[0067] 本发明实施例还提出一种地质聚合物灌浆料的制备方法，其包括以下 步骤：按照前述的地质聚合物灌浆料中的各组分及配比称取原料，混合均 匀，得地质聚合物灌浆料，其为干混组合物。
[0068] 本发明实施例还提出一种前述的地质聚合物灌浆料在村镇建设基础加 固中的应用。
[0069] 作为优选，在所述的地质聚合物灌浆料中加水，搅拌制浆后即可灌注。
[0070] 作为优选，所述水的重量为所述地质聚合物灌浆料的25.0～30.0％，更 优选27.0％；所述搅拌的速度为10～14m/s，更优选12m/s，所述搅拌的时 间为3～5min，更优选
4min。
[0071] 下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本 发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明 作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
[0072] 实施例1～5
[0073] 实施例1～5的地质聚合物灌浆料，按照表1、表2所示的配方称取各组 分，将各种原料混合均匀，与水一起加入高速
搅拌机，其中，所加入水的 重量占地质聚合物灌浆料干混组合物的27.0％，搅拌叶的线速度为12m/s， 快速搅拌4min，即得到高流动性、早强快硬且微膨胀的地质聚合物灌注浆。
[0074] 依据SZ-G-B04-2007《公路路基与
基层地聚合物注浆加固技术规程》对 各实施例中所制备的灌注浆进行性能测试，得到其初始流动度、
泌水率、
膨胀率、耐水性、1d抗压强度、7d抗压强度、28d抗压强度等性能测试， 测试结果见表3。
[0075] 表1各实施例中地质聚合物灌浆料的配方(重量百分比％)
[0076] 钢渣 矿渣 铜渣 电石渣 工业盐 废石膏 流态稳定改性材料 实施例1 55.0 10.0 15.0 5.0 3.0 10.0 2.0实施例2 58.0 8.0 13.0 7.0 3.5 8.0 2.5
实施例3 60.0 5.0 12.0 8.0 4.5 7.5 3.0
实施例4 62.0 7.0 13.0 6.0 4.0 5.0 3.0
实施例5 65.0 5.0 10.0 8.0 5.0 5.0 2.0
[0077] 表2各实施例中添加的流态稳定改性材料的配方(质量百分含量％)
[0078] 膨润土 粉状减水剂 铝渣 消泡剂
实施例1 60.0 25.0 9.0 6.0
实施例2 58.0 27.0 10.5 4.5
实施例3 60.0 27.5 8.5 4.0
实施例4 54.0 28.0 12.0 6.0
实施例5 66.0 22.0 8.0 4.0
[0079] 表3各实施例中所制备的灌注浆的性能数据表
[0080]
[0081] 由表3可见，实施例1～5所制备的灌注浆具有初始流动度在14.5～16.2s 之间、泌水率为0、膨胀率在0.05～0.07％之间、耐水性在104.0～110.0％之 间、1d抗压强度在23.2～27.8MPa之间、7d抗压强度在34.8～39.6MPa之间、 28d抗压强度在42.4～47.4MPa之间。与市面上普通的地质聚合物灌浆料相 比，本发明所提供的地质聚合物灌浆料充分利用超细钢渣微粉中f-CaO、 f-MgO的梯段水化特性不断补偿收缩，在不掺膨胀剂的作用下，产生微膨 胀，增加灌浆料固化体与土壤的摩擦力，从而显著提高承载力。此外，该 灌浆料具有施工性能稳定，灌注性良好，与土壤反应，早强快硬，体积稳 定性好的特点，尤其适用于村镇建设基础加固使用。
[0082] 本发明
权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式 不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中 的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。
[0083] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式 上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单
修改、等 同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
