【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及混凝土材料，尤其涉及一种改性氧化钙类膨胀型注浆材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、水泥基材料则是当前应用最广泛的材料之一，因其成本低、来源广泛，而且对于不同的地质条件适应性都很高，同时还具有可控的凝结时间和流动性，可以根据具体情况进行人为调节。因此，在地下工程施工中，水泥基注浆材料的应用相当普遍。然而，随着隧道工程埋深不断增加，地应力逐渐增大，地质条件不断复杂，裂隙岩体的加固难度越发增大。常用的普通水泥基注浆材料在凝固后产生干缩现象，尤其在地质条件复杂的软岩隧道中常出现浆-岩脱离的现象，大大影响了加固效果。
2、由于水泥基注浆材料存在一些缺点，例如早期强度不高、凝固时间较长，以及在水泥凝固后因水化收缩而形成空隙，从而造成漏气现象等，因此在注浆浆液中添加一些外加剂，如膨胀剂等，来增强水泥基材料的性能就成为了一种解决方案。由于再添加膨胀剂后，水泥浆液会具有膨胀特性，提升注浆区域的力学强度和稳定性。膨胀型注浆材料可利用自身体积膨胀产生的挤压力，形成“挤压+粘结”的联合加固效果。
3、但现有的水泥基注浆材料在应用中存在如下问题：注浆后虽解决了空隙、孔洞、松散的问题，但随着时间推移，病害有可能继续发展，易再次出现的空隙、脱空的问题，而注浆材料无法再膨胀填充这些病害，导致维修失败。
4、基于此，开发一种随着时间推移，可以再次膨胀填充空隙，并可增强结构力学强度的注浆材料，以满足日益严苛的地下工程需求和质量要求，具有重要技术创新性和实用价值。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种改性氧化钙类膨胀型注浆材料及其制备方法和应用。
2、一种改性氧化钙类膨胀型注浆材料，其原料包括：水泥、氧化钙类膨胀剂、水性聚氨酯、早强剂、消泡剂、减水剂和水；水泥、氧化钙类膨胀剂、水性聚氨酯、早强剂、消泡剂、减水剂和水的质量比为1000：30-90：8-12：50-70：2-4：10-14：500。
3、优选地，氧化钙类膨胀剂是指与水、水泥拌和后经水化产生氢氧化钙的混凝土膨胀剂。氧化钙类膨胀剂是最新一代应用于配制补偿收缩混凝土的膨胀剂，具有膨胀效能高、对工作性和强度影响小、温湿度敏感性低等优异性能。膨胀剂具有补偿混凝土干缩和密实混凝土、提高混凝土抗渗性作用，能避免出现水泥砂浆凝固收缩形成空洞、开裂等问题。
4、优选地，早强剂为无水硫酸钠，由天津市登峰化学试剂厂生产。硫酸钠的加入可以快速提高早期强度，且提高幅度较大，后期仍有稳定发展，加快水化速度，增加水化物的产量。硫酸钠的资源丰富，应用广泛，研究深入，有较好的早强效果。
5、优选地，减水剂为萘系减水剂或聚羧酸减水剂。减水剂可在维持水泥砂浆坍落度基本不变的条件下，减少拌合用水量，减水剂加入水泥砂浆拌合物对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，达到减少单位用水量的效果；在单位用水量不变的情况下，可以改善水泥砂浆拌合物的流动性，减少单位水泥用量，节约水泥。
6、消泡剂可降低水泥砂浆的表面张力，防止泡沫形成，提高砂浆质量。
7、优选地，其原料还包括：石灰石、硅粉、粉煤灰、海藻酸钠、氧化石墨烯、微生物制剂、尿素、乳酸钙；石灰石、硅粉、粉煤灰、海藻酸钠、氧化石墨烯、微生物制剂、尿素、乳酸钙和水泥质量比为20-40：1-3：5-15：1-2：1-3：1-2：1-3：1-2：1000。
8、更优选地，微生物制剂为产脲酶微生物，包括：巴氏芽孢杆菌、巴氏八叠球菌。
9、更更优选地，巴氏芽孢杆菌的浓度为4-8×108cfu/g，巴氏八叠球菌的浓度为1-3×108cfu/g。
10、更优选地，硅粉的比表面积为16-20m2/g。
11、上述改性氧化钙类膨胀型注浆材料的制备方法，包括如下步骤：将水泥、早强剂和氧化钙类膨胀剂混合均匀得到混合物i；将消泡剂、减水剂混合均匀得到混合物ii；将混合物ii导入水中搅拌均匀，再缓慢匀速加入混合物i，继续搅拌2-4min，加入水性聚氨酯搅拌均匀。
12、上述改性氧化钙类膨胀型注浆材料的制备方法，包括如下步骤：
13、s1、将水泥、早强剂和氧化钙类膨胀剂混合均匀得到混合物i；
14、s2、将消泡剂、减水剂混合均匀得到混合物ii；
15、s3、将石灰石、硅粉混合球磨至细度为150-180m2/kg，1100-1150℃煅烧20-40min，空气中淬冷，粉碎得到混合物iii；
16、s4、将粉煤灰、海藻酸钠、氧化石墨烯加入至水中超声处理1-2h，超声频率为5-12khz，搅拌状态下向其中滴加氯化钙溶液，继续搅拌，过滤，洗涤，干燥，加入混合物iii混合研磨1-2h，过筛，氮气氛400-450℃煅烧5-12min，降至室温，加入微生物制剂搅拌1-2h，接着超声处理1-2h，超声频率为2-8khz，得到混合物iv；
17、s5、将混合物ii导入水中搅拌均匀，匀速加入混合物i继续搅拌2-4min，接着加入水性聚氨酯、混合物iv、尿素、乳酸钙搅均匀得到改性氧化钙类膨胀型注浆材料。
18、上述改性氧化钙类膨胀型注浆材料作为注浆加固材料的应用。
19、有益效果：
20、1、本专利技术向石灰石中掺入硅粉进行复合，经高温煅烧，不仅可有效降低石灰石煅烧温度，有效避免氧化钙出现过烧现象，而且膨胀速度快，膨胀效能高。
21、2、本专利技术采用粉煤灰与氧化石墨烯复配，片层状氧化石墨烯分散至多孔粉煤灰空隙内，配合海藻酸钠固化成膜，与混合物iii复配煅烧，对微生物进行负载，为微生物提供一个免受侵害的环境，提高微生物的生存时间和活性。
22、而混合物iv中所含硅粉在水泥初期水化活性较低，前期对材料抗压强度贡献较小，随着养护时间的延长，硅粉开始参与水化反应，硅粉具有较好的火山灰效应，能有效降低孔隙率，还可以与水泥水化产物氢氧化钙生成硅酸钙凝胶，增加胶凝性，改善界面结构，降低氢氧化钙数量和结晶取向度，使结构更加致密，从而提高其后期抗压强度。
23、同时经过试验发现：本申请在干燥环境中依然能使产生有效膨胀，对水泥混凝土的后期干燥收缩起到较好的补偿作用，并随着时间推移通过微生物(尤其是巴氏芽孢杆菌、巴氏八叠球菌)分泌生物酶对尿素、乳酸钙等进行分解，与体系中钙离子生成碳酸钙晶体，进一步有效固结周围环境，既可再次膨胀填充空隙，又能进一步增强力学性能。
24、3、与传统高聚物注浆材料相比，本专利技术不仅力学强度高，具有更高的抗压强度和抗折强度，而且可以产生二次膨胀，很好解决了传统材料收缩问题，以及修复后的病害再扩大而无法根治的问题。
25、4、本专利技术强度高，无空洞，在使用过程中不收缩不开裂，通过优化材料组分，大大提高了水泥砂浆的性能和质量，同时可以满足不同膨胀率需求的自膨胀注浆材料，有效防止砂浆和混凝土开裂，提高其抗渗、抗侵蚀、抗污染等耐久性能；其制备方法简单，施工方便。
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1.一种改性氧化钙类膨胀型注浆材料，其特征在于，其原料包括：水泥、氧化钙类膨胀剂、水性聚氨酯、早强剂、消泡剂、减水剂和水；水泥、氧化钙类膨胀剂、水性聚氨酯、早强剂、消泡剂、减水剂和水的质量比为1000：30-90：8-12：50-70：2-4：10-14：500。
2.根据权利要求1所述改性氧化钙类膨胀型注浆材料，其特征在于，早强剂为无水硫酸钠。
3.根据权利要求1所述改性氧化钙类膨胀型注浆材料，其特征在于，减水剂为萘系减水剂或聚羧酸减水剂。
4.根据权利要求1所述改性氧化钙类膨胀型注浆材料，其特征在于，其原料还包括：石灰石、硅粉、粉煤灰、海藻酸钠、氧化石墨烯、微生物制剂、尿素、乳酸钙；石灰石、硅粉、粉煤灰、海藻酸钠、氧化石墨烯、微生物制剂、尿素、乳酸钙和水泥质量比为20-40：1-3：5-15：1-2：1-3：1-2：1-3：1-2：1000。
5.根据权利要求4所述改性氧化钙类膨胀型注浆材料，其特征在于，微生物制剂为产脲酶微生物，包括：巴氏芽孢杆菌、巴氏八叠球菌。
6.根据权利要求5所述改性氧化钙类膨胀型注浆材料，其
7.根据权利要求4所述改性氧化钙类膨胀型注浆材料，其特征在于，硅粉的比表面积为16-20m2/g。
8.一种如权利要求1-3任一项所述改性氧化钙类膨胀型注浆材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将水泥、早强剂和氧化钙类膨胀剂混合均匀得到混合物I；将消泡剂、减水剂混合均匀得到混合物II；将混合物II导入水中搅拌均匀，再缓慢匀速加入混合物I，继续搅拌2-4min，加入水性聚氨酯搅拌均匀。
9.一种如权利要求4-7任一项所述改性氧化钙类膨胀型注浆材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.如权利要求1-7任一项所述改性氧化钙类膨胀型注浆材料作为注浆加固材料的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种改性氧化钙类膨胀型注浆材料，其特征在于，其原料包括：水泥、氧化钙类膨胀剂、水性聚氨酯、早强剂、消泡剂、减水剂和水；水泥、氧化钙类膨胀剂、水性聚氨酯、早强剂、消泡剂、减水剂和水的质量比为1000：30-90：8-12：50-70：2-4：10-14：500。
2.根据权利要求1所述改性氧化钙类膨胀型注浆材料，其特征在于，早强剂为无水硫酸钠。
3.根据权利要求1所述改性氧化钙类膨胀型注浆材料，其特征在于，减水剂为萘系减水剂或聚羧酸减水剂。
4.根据权利要求1所述改性氧化钙类膨胀型注浆材料，其特征在于，其原料还包括：石灰石、硅粉、粉煤灰、海藻酸钠、氧化石墨烯、微生物制剂、尿素、乳酸钙；石灰石、硅粉、粉煤灰、海藻酸钠、氧化石墨烯、微生物制剂、尿素、乳酸钙和水泥质量比为20-40：1-3：5-15：1-2：1-3：1-2：1-3：1-2：1000。
5.根据权利要求4所述改性氧化钙类膨胀型注浆材料，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴月秀，刘泉声，马铁旺，卢海峰，佘嘉宸，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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