一种用于注浆加固的地聚合物胶凝材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于注浆加固的地聚合物胶凝材料，按重量份数计，包括以下原料：城市垃圾焚烧灰42～55份；普通硅酸盐水泥12～14份；钠基膨润土6～8份；酸性激发剂14～18份；水12～16份；减水剂0.2～0.4份；改性废天然橡胶0.1～0.3份；改性秸秆灰0.4～0.6份。本发明专利技术还提供了上述地聚合物胶凝材料的制备方法。本发明专利技术提供的用于注浆加固的地聚合物胶凝材料，具有凝结时间短、流动度大、抗压强度高、防水性能和抗开裂性能好等优点。本发明专利技术采用城市生活垃圾焚烧灰作为地聚合物胶凝材料的主要原料，不仅可以解决固体废弃物堆放的问题，节省大量的土地资源，而且制得的地聚合物胶凝材料综合性能优异，能够有效的满足地层加固，隧道衬砌加固等领域的应用需求，具有广阔的推广及应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于注浆加固的地聚合物胶凝材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于胶凝材料的
，具体涉及一种用于注浆加固的地聚合物胶凝材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]注浆是指将一定的材料配置成净浆液，并且利用高压设备通过注浆钻孔将浆液灌入地层、孔洞与内部孔隙中，以达到加固地层或者防渗堵漏的目的。注浆材料不仅需要有较好的流动性和较短的凝结时间，还需要满足高抗压强度、一定的防水性能和抗开裂性能的要求。
[0003]目前，注浆材料主要分为水泥浆材和化学浆材两种。水泥注浆材料具有造价低廉、原材料来源丰富且浆液配置方便等优点，然而水泥浆料存在着流动性差、凝结时间长等弊端，这种浆液一般只适用于注入到直径或宽度大于0.2mm的孔隙或裂缝中，在工程应用上受到一定的限制。化学注浆材料具有浆液粘度低，可注性好，能注入到细小裂缝中的优点，但其价格昂贵并具有一定的毒性，对人民生命健康造成一定的威胁。
[0004]地聚合物胶凝材料以粉煤灰、粒化高炉矿渣等工业废弃物为原料，能免除水泥“两磨一烧”工艺流程，一方面能解决工业废弃物堆放占用土地资源问题，变废为宝，另一方面可以节约资源、保护环境，成本较低，是一种绿色、经济的胶凝材料。然而，地聚合物胶凝材料同样存在着流动性差、凝结时间长等弊端，使其作为注浆加固材料在建筑工程中的应用受到了限制。
[0005]基于此，开发一种全新的地聚合物胶凝材料，使其在具有高流动性、低凝结时间性能的同时，还具有较高的抗压强度、较好的防水性能和抗开裂性能，使其能够满足注浆加固的施工需求，为生活及工业废弃物的资源化利用开辟新途径，是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一在于提供一种凝结时间短、流动度大、抗压强度高、防水性能好和抗开裂性能好的用于注浆加固的地聚合物胶凝材料。
[0007]本专利技术的目的之二在于提供一种凝结时间短、流动度大、抗压强度高、防水性能好和抗开裂性能好的用于注浆加固的地聚合物胶凝材料的制备方法。
[0008]本专利技术实现目的之一采用的技术方案是：提供一种用于注浆加固的地聚合物胶凝材料按重量份数计，包括以下原料：
[0009]城市垃圾焚烧底灰42～55份；普通硅酸盐水泥12～14份；钠基膨润土6～8份；酸性激发剂14～18份；水12～16份；减水剂0.2～0.4份；改性废天然橡胶0.1～0.3份；改性秸秆灰0.4～0.6份。
[0010]在上述原料中，城市垃圾焚烧底灰作为主要的硅铝原材料，能够起到固废资源化利用、降低成本和节能减排的效果；通过添加普通硅酸盐水泥和钠基膨润土并控制其比例，使基体体系的Na/Al比、Si/Al比分别控制在1.01～1.50和2.5～3.5之间，利于“解聚
‑
缩聚
反应”；此外，钠基膨润土与普通膨润土相比，一方面，其吸水率和膨胀倍数大，能较好地补偿地聚合物产生的收缩，在水中分散性能好，胶质价高，胶体悬浮液粘度、触变性好、润滑性能好，pH值高，热稳定性好，有较高的可塑性和粘结性，能显著提高基体的流度性能；另一方面，钠基膨润土中含有大量Na
+
离子，能参与地聚合物“解聚
‑
缩聚”产物(N
‑
A
‑
S
‑
H)的形成，进而促进基体力学强度的提升。
[0011]采用酸性激发剂能够赋予地聚合物基体较好的流动度。经过酸处理的硅铝原材料具有明显的松散结构，而且处理后的矿渣中含FeCl3、Al2(SO4)3、AlCl3、Fe2(SO4)3、H2SiO3等多种成分，这些物质水解可形成许多复杂的多核络合物，这些络合物不断缩聚，形成高电荷、高分子聚合物，聚合物与亲水胶体间有特殊的化学吸附与架桥作用，有利于吸附水中悬浮的胶体物质，故酸处理后的硅铝原材料一般能明显提高地聚合物的早期力学强度。
[0012]进一步的，原料中的改性废天然橡胶具有弹性模量较低，延展性较好的特点，而地聚合物材料基体弹性模量较高，两者相互配合可以实现“刚柔并济”，起到良好的抗开裂性能；改性秸秆灰具有较好的“火山灰效应”，促进地聚合物“解聚
‑
缩聚”反应，优化孔隙结构，增大无害孔占比，提高基体力学性能和缩短凝结时间。
[0013]进一步的，所述改性废天然橡胶由废天然橡胶粉末经KH560有机硅改性制得。优选地，所述改性废天然橡胶的制备方法包括：将废天然橡胶粉碎，过100～120目筛子，再采用质量浓度为9～10％的KH560有机硅的乙醇溶液浸泡2～4h，而后在60～80℃，90～100Pa的真空环境中干燥而得。
[0014]进一步的，所述改性秸秆灰由秸秆先后经过酸预处理、烧制、粉碎分级和表面改性步骤制得。优选地，所述表面改性采用六甲基二硅氮烷作为处理剂。
[0015]在一些较好的实施方式中，所述酸预处理采用质量浓度为15～20％的硫酸溶液，秸秆与硫酸溶液的质量比为1：15；预处理过程中先用超声震荡40～60min。而后继续搅拌3～4h，将产物过滤、清洗至pH值为7～7.5、烘干即得到酸预处理后的秸秆。
[0016]所述烧制采用先低温烧制再高温烧制的方法进行，所述低温烧制的温度为400～500℃，低温烧制的时间为1～2h；所述高温烧制的温度为700～800℃，高温烧制的时间为1～2h。
[0017]所述粉碎分级包括：将烧制获得的秸秆灰采用粉碎机研磨，采用400目筛网筛分，得到粒径为200～250nm的纳米级秸秆灰。
[0018]所述表面改性的方法包括：按照六甲基二硅氮烷与纳米秸秆灰的质量比为(2.5～3)∶100，将六甲基二硅氮烷的乙醇溶液(六甲基二硅氮烷与乙醇的体积比为1∶10)与纳米级秸秆灰混合，在150℃下高速搅拌40～60min，将产物晾干24～36h，即得到改性秸秆灰。
[0019]进一步的，所述城市垃圾焚烧底灰的平均粒径为200～300nm；所述钠基膨润土的平均粒径为50～100nm。所述城市垃圾焚烧底灰和钠基膨润土均使用筛分法利用球磨机研磨制得。在本专利技术中，通过对各种硅铝质原材料粒径的调节使得地聚合物基体具有较好的级配分布，进而使得生成的地聚合物凝胶变得更加致密，提高基体力学强度。
[0020]进一步的，所述普通硅酸盐水泥的型号为P.O 42.5。
[0021]进一步的，所述酸性激发剂选自磷酸、盐酸、硫酸、醋酸中的一种或多种的组合。优选地，所述酸性激发剂为磷酸，其质量浓度大于80％。
[0022]进一步的，所述减水剂为碳酸钠粉末。与其他类型的减水剂相比，碳酸钠减水剂具
有较强的分散作用，能较大幅度地提高地聚合物的早期强度和后期强度，且其氯离子含量低、碱含量低，有利于地聚合物的耐久性、和易性的提高；另一方面是碳酸钠作为陶瓷类减水剂，其作用机理主要是黏土矿物(高岭石类、蒙脱石类和伊利石类等)作为陶瓷原材料，往往具有复网层结构，层间具有较大排斥力，掺量多少的选择直接影响P
3+
取代高价离子Al
3+
，S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于注浆加固的地聚合物胶凝材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下原料：城市垃圾焚烧灰42～55份；普通硅酸盐水泥12～14份；钠基膨润土6～8份；酸性激发剂14～18份；水12～16份；减水剂0.2～0.4份；改性废天然橡胶0.1～0.3份；改性秸秆灰0.4～0.6份。2.根据权利要求1所述的用于注浆加固的地聚合物胶凝材料，其特征在于，所述改性废天然橡胶由废天然橡胶粉末经KH560有机硅改性制得。3.根据权利要求1所述的用于注浆加固的地聚合物胶凝材料，其特征在于，所述改性秸秆灰由秸秆先后经过酸预处理、烧制、粉碎分级和表面改性步骤制得。4.根据权利要求1所述的用于注浆加固的地聚合物胶凝材料，其特征在于，所述城市垃圾焚烧灰的平均粒径为200～300nm。5.根据权利要求1所述的用于注浆加固的地聚合物胶凝材料，其特征在于，所述钠基膨润土的平均粒径为50～100nm。6.根据权利要求1所述的用于注浆加固的地聚合物胶凝材料，其特征在于，所述普通硅酸盐水泥的型号为P.O 42.5。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杉，李发平，卢亦焱，张号军，周英武，杨树桐，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：