非饱和黄土NS复合注浆材料及其制备方法
阅读：1030发布：2020-08-09
专利汇可以提供非饱和黄土NS复合注浆材料及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种非饱和黄土NS复合注浆材料及其制备方法，至少包括以重量百分比配比的如下组份：40～80% 风 积砂、5～30%氢 氧 化钠、1～20% 磷酸 氢二钠、0.1～3%聚 丙烯酸 钠、0.1～3%多聚磷酸钠，先将风积砂过 水 提纯；将风积砂、氢氧化钠放入高压 蒸锅 内 蒸汽 加热；将磷酸氢二钠溶液、聚丙烯酸钠溶液、多聚磷酸钠溶液依次注入蒸锅中，反应结束降温至40℃以下；倒出，过滤得上层清液；本材料无毒、无味、无 腐蚀 、非易燃易爆、不易变质，注浆材料加固后的土体的抗剪强度、压缩性及渗透性，均有提高。，下面是非饱和黄土NS复合注浆材料及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种非饱和黄土NS复合注浆材料，其特征是：至少包括以重量百分比配比的如下组份：
1) 40～80%风积砂
2) 5～30%氢氧化钠
3) 1～20%磷酸氢二钠
4) 0.1～3%聚丙烯酸钠
5） 0.1～3%多聚磷酸钠。
2.一种权利要求1所述的非饱和黄土NS复合注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
1)先将预先按40～80%称量好的风积砂过水提纯；
2)将40～80%的风积砂、5～30%氢氧化钠放入高压蒸锅内强力搅拌均匀，蒸汽加热；
3)将1～20%磷酸氢二钠溶液、0.1～3%聚丙烯酸钠溶液、0.1～3%多聚磷酸钠溶液依次注入蒸锅中，不断搅拌，3小时后，反应结束，降温至40℃以下；
4)倒出，过滤得上层清液。
3.根据权利要求2所述的非饱和黄土NS复合注浆材料的制备方法，其特征是：所述的步骤2)高压蒸锅内以3～5℃/min速率升温至180℃～220℃，压力控制在0.8～1.2MPa，恒温保存并不断搅拌得到褐色乳化液。
非饱和黄土NS 复合注浆材料及其制备方法
技术领域
背景技术
[0002] 非饱和黄土即饱和度Sr<100%的黄土，它广泛分布在我国的西北和华北地区，占我国国土面积的6.6%。注浆，也称灌浆，就是将具有充填胶结性能的材料配成浆液，以泵压为动力源，用注浆设备通过注浆管将其注入到地层，浆液以渗透、填充、劈裂和挤密等方式扩散，赶走土颗粒间或岩体裂隙中的水分和空气后占据其位置，由于浆液的凝结、硬化，将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水抗渗性能高和化学稳定性良好的“结石体”，达到对地层加固或堵水的目的，改善受注地层的水文地质和工程地质条件。
[0003] 注浆技术是地下、土木、水利等工程中的一项重要技术、也是一项比较复杂的工程技术。注浆浆液分为颗粒型浆液和化学浆液，颗粒型浆液也称为悬浊浆液，当悬浊液被注进土体时，悬浊液中的颗粒随着水溶质一起扩散直至其从水中析出固结。膨润土浆液、水泥浆液、粉煤灰浆液及石灰浆液都属于这类浆液。颗粒型浆液不能注进粉土或者渗透系数小于10～4m/s的砂土。化学浆液属于纯溶液，浆液中没有悬浮颗粒，目前应用比较多的化学浆液是水玻璃类、聚合物类、环氧类、悬浊液中在土体中的渗透性与浆液中颗粒大小有关，而化学浆液渗透性主要与其粘度有关。相关研究表明化学浆液的渗透扩散主要受其初始粘度和其在凝胶过程中的粘度变化影响较大。水玻璃是目前应用最多的化学注浆材料，经常和水泥浆液或者超细水泥浆液一起使用，其可以渗透到渗透系 数10～4m/s的土层中，但是针对渗透系数小于10～4m/s就应当使用价格相对比较昂贵的树脂类浆液。水玻璃类浆液由于其安全、对环境没有危害而得到广泛的应用。树脂类浆液与水玻璃相比有较低的粘度，并且凝胶时间相对比较容易控制，但是其对环境和身体健康的影响而使其的应用饱受争议。
[0004] 一种理想的注浆材料，必须具备以下的主要特性：
[0005] （1）浆液的稳定性好，在常温，常压下较长时间存放不改变性质，不发生强烈化学反应。
[0006] （2）浆液黏度底，流动性好，可注性强，可注入细小裂隙中。
[0007] （3）浆液凝胶时间在一定范围内可调，并能准确控制。
[0008] （4）浆液无毒，无臭，不污染环境，对人体无害，属于非易燃易爆物品。 [0009] （5）浆液对注浆设备，管路等无腐蚀性。
[0010] （6）浆液固化时无收缩现象，固化后与岩体等有一定的黏结性。
[0011] （7）结石体具有一定的抗压抗拉强度，不龟裂，抗渗性能，防冲刷性能和耐老化性能好。
[0012] （8）材料来源丰富，价格低廉。
[0013] （9）浆液配制方便，操作简便。
[0014] 目前的注浆材料较难同时满足上述所以要求。
发明内容
[0015] 本发明目的在于提供一种非饱和黄土NS复合注浆材料及其制备方法。本工艺路线制备的非饱和黄土复合注浆材料安全、廉价、粘度低又能较大改善非饱和黄土工程特性。 [0016] 本发明所述的非饱和黄土NS复合注浆材料，至少包括以重量百分比配比的如下组份：
[0018] 2) 5～30%氢氧化钠（NaOH）
[0019] 3) 1～20%磷酸氢二钠（Na2HPO4）
[0020] 4) 0.1～3%聚丙烯酸钠
[0021] 5） 0.1～3%多聚磷酸钠。
[0022] 非饱和黄土NS复合注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
[0023] 1)先将预先按40～80%称量好的风积砂（SiO2）过水提纯；
[0025] 3)将1～20%磷酸氢二钠溶液（Na2HPO4）、0.1～3%聚丙烯酸钠溶液、0.1～3%多聚磷酸钠溶液依次注入蒸锅中，不断搅拌，大约3小时后，反应结束，降温至40℃以下； [0026] 4)倒出，过滤得上层清液即可。
[0027] 所述的步骤2)高压蒸锅内以3～5℃/min速率升温至180℃～220℃，压力控制在0.8～1.2MPa，恒温保存并不断搅拌得到褐色乳化液。
[0028] 本发明将风积砂、氢氧化钠放入高压蒸锅中混合，其中，风积砂的主要成分——二氧化硅与氢氧化钠在高温及蒸汽的作用下充分反映生成小分子硅溶胶，聚丙烯酸钠中的酰胺基能与硅溶胶中的硅键和硅氧键发生交联作用，因此可用作分散剂，使硅溶胶很好地溶于水，从而解决硅溶胶析出沉淀的问题，而多聚磷酸钠可加速聚丙烯酸钠与水玻璃的聚合，促进聚丙烯酸钠吸附在硅溶胶胶粒上，起到阻碍硅溶胶胶粒相互合并长大的作用。小分子硅溶胶分子间作用力较弱，分子势能高，又由于其羟基官能团可以自由旋转，增加了材料对非饱和黄土的浸润性，克服了颗粒型浆液及大分子浆液难渗入土层的缺陷。这些因素都有助于改善非饱和黄土复合注浆材料对土层的渗透性，增加其渗透范围。
[0029] 当非饱和黄土复合注浆材料渗入土体后，部分浆材填充于土颗粒间的缝隙中，还有部分附着在颗粒表面。随干燥过程的进行，材料中的水分不断蒸发，渗透到土层中硅溶胶及固化添加剂发生缩聚反应，形成三维复合网络结构；硅溶胶则变成硅胶凝胶链接相邻土颗粒，增强土骨架结构性；改善土层的抗剪强度、压缩性及渗透性。
[0030] 本发明的工艺流程简单易行，材料无毒、无味、无腐蚀、系非易燃易爆品、且不易变质，对非饱和黄土加固后的土体进行无侧限抗压强度测试、压缩性测试，湿陷性测试和渗透性测试其结果表明：采用本发明方法制备的非饱和黄土复合注浆材料加固后的土体的抗剪强度、压缩性及渗透性。均有不同程度的提高。
[0031] 该注浆材料可以方便地进行灌注加固，加固后的黄土，可以大幅提高其工程地质特性，满足工程建设要求。
具体实施方式
[0032] 实施例1：
[0033] 配料：70%风积砂（SiO2）、25%氢氧化钠（NaOH）、4%磷酸氢二钠（Na2HPO4）、0.5%聚丙烯酸钠、0.5%多聚磷酸钠。
[0034] 材料制备：先将预先称量好的风积砂过水提纯，然后将风积砂（SiO2）、氢氧化钠（NaOH）放入高压蒸锅内强力搅拌均匀，蒸汽加热，高压蒸锅内以3℃/min速率升温至180℃，压力控制在0.8MPa，恒温保存并不断搅拌得到褐色乳化液。再将磷酸氢二钠溶液（Na2HPO4）、聚丙烯酸钠溶液、多聚磷酸钠溶液依次注入蒸锅中，不断搅拌，大约3小时后，反应结束，降温至40℃以下，倒出。滤得上层清液即得。cm/s
[0035] 测试结果：无侧限抗压强度：152.8kPa；压缩系数：0.12MPa-1；渗透系数：-5
5.442×10 cm/s；湿陷系数：0.017。
5.442×10 cm/s；湿陷系数：0.017。
[0036] 实施例2：
[0037] 配料：72%风积砂（SiO2）、23%氢氧化钠（NaOH）、3%磷酸氢二钠（Na2HPO4）、1%聚丙烯酸钠、1%多聚磷酸钠。
[0038] 材料制备：先将预先称量好的风积砂过水提纯，然后将风积砂（SiO2）、氢氧化钠（NaOH）放入高压蒸锅内强力搅拌均匀，蒸汽加热，高压蒸锅内以3.5℃/min速率升温至185℃，压力控制在0.9MPa，恒温保存并不断搅拌得到褐色乳化液。再将磷酸氢二钠溶液（Na2HPO4）、聚丙烯酸钠溶液、多聚磷酸钠溶液依次注入蒸锅中，不断搅拌，大约3小时后，反应结束，降温至40℃以下，倒出。滤得上层清液即得。
[0039] 测试结果：无侧限抗压强度：244.4kPa；压缩系数：0.02MPa-1；渗透系数：-5
4.342×10 cm/s；湿陷系数：0.016。
4.342×10 cm/s；湿陷系数：0.016。
[0040] 实施例3：
[0041] 配料：74%风积砂（SiO2）、21%氢氧化钠（NaOH）、2%磷酸氢二钠（Na2HPO4）、1.5%聚丙烯酸钠、1.5%多聚磷酸钠。
[0042] 材料制备：先将预先称量好的风积砂过水提纯，然后将风积砂（SiO2）、氢氧化钠（NaOH）放入高压蒸锅内强力搅拌均匀，蒸汽加热，高压蒸锅内以4.0℃/min速率升温至190℃，压力控制在1.0MPa，恒温保存并不断搅拌得到褐色乳化液。再将磷酸氢二钠溶液（Na2HPO4）、聚丙烯酸钠溶液、多聚磷酸钠溶液依次注入蒸锅中，不断搅拌，大约3小时后，反应结束，降温至40℃以下，倒出。滤得上层清液即得。
[0043] 测试结果：无侧限抗压强度：305.6kPa；压缩系数：0.04MPa-1；渗透系数：-5
8.713×10 cm/s；湿陷系数：0.015。
8.713×10 cm/s；湿陷系数：0.015。
[0044] 实施例4：
[0045] 配料：76%风积砂（SiO2）、19%氢氧化钠（NaOH）、3%磷酸氢二钠（Na2HPO4）、1%聚丙烯酸钠、1%多聚磷酸钠。
[0046] 材料制备：先将预先称量好的风积砂过水提纯，然后将风积砂（SiO2）、氢氧化钠（NaOH）放入高压蒸锅内强力搅拌均匀，蒸汽加热，高压蒸锅 内以4.5℃/min速率升温至195℃，压力控制在1.0MPa，恒温保存并不断搅拌得到褐色乳化液。再将磷酸氢二钠溶液（Na2HPO4）、聚丙烯酸钠溶液、多聚磷酸钠溶液依次注入蒸锅中，不断搅拌，大约3小时后，反应结束，降温至40℃以下，倒出。滤得上层清液即得。
[0047] 测试结果：无侧限抗压强度：418.7kPa；压缩系数：0.02MPa-1；渗透系数：-5
3.241×10 cm/s；湿陷系数：0.016。
3.241×10 cm/s；湿陷系数：0.016。
[0048] 实施例5：
[0049] 配料：78%风积砂（SiO2）、17%氢氧化钠（NaOH）、3%磷酸氢二钠（Na2HPO4）、1%聚丙烯酸钠、1%多聚磷酸钠。
[0050] 材料制备：先将预先称量好的风积砂过水提纯，然后将风积砂（SiO2）、氢氧化钠（NaOH）放入高压蒸锅内强力搅拌均匀，蒸汽加热，高压蒸锅内以5.0℃/min速率升温至210℃，压力控制在1.2MPa，恒温保存并不断搅拌得到褐色乳化液。再将磷酸氢二钠溶液（Na2HPO4）、聚丙烯酸钠溶液、多聚磷酸钠溶液依次注入蒸锅中，不断搅拌，大约3小时后，反应结束，降温至40℃以下，倒出。滤得上层清液即得。
[0051] 测试结果：无侧限抗压强度：343.2kPa；压缩系数：0.03MPa-1；渗透系数：-5
3.132×10 cm/s；湿陷系数：0.015。
3.132×10 cm/s；湿陷系数：0.015。
[0052] 将以上实施例1～5制备的非饱和黄土NS注浆材料，按照与天然黄土I级试样孔隙体积比1：1的量制备相应体积的扰动黄土试样。试样烘干至15%～20%含水量后进行室内试验测试，测试结果见表1。
[0053] 表1室内试验测试结果表
[0054]
[0055]
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