一种基于增粘剂单核心的水泥灌浆及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及灌浆技术领域，具体涉及一种基于增粘剂单核心的水泥灌浆及其制备 方法
【背景技术】
[0002] 宽大裂隙灌浆是灌浆施工中最常见的技术难题之一。由于浆液会首先沿着最大 裂隙填充，当填充达到与中等裂隙相接近的状态时，中等裂隙才会得到灌注，而此时浆液可 能已在宽大裂隙中扩散很远；同样，中等裂隙填充到小裂隙宽度时，小裂隙才开始灌注，以 此类推。由于地层中的裂隙多为宽窄并存的，因此往往出现浆液在较大裂隙中扩散距离过 远，浪费了大量灌浆材料以后，整个地层才能得到比较均匀的灌注，降低了灌浆工程的性价 比。并且，在工程实践中，宽大裂隙常伴随着高压、大流量、高流速涌水的情况，造成浆料的 稀释，甚至影响灌浆工程的质量。
[0003] 为解决这一问题，以往多采用水泥膏浆进行处理，即在水泥浆中掺入大量的粘土、 膨润土、粉煤灰等掺合料及少量外加剂而构成的低水灰比的膏状浆液，其基本特征是使膏 浆的剪切屈服强度值大于其本身重力的影响，这样可以一定程度上降低其扩散速度，避免 材料的浪费。但是，这一做法仍存在缺陷：第一，普通水泥膏浆的塑性较大，抗水能力差，在 水下尤其是动水条件下，易被水流冲释，难以达到堵漏目的；第二，速凝膏浆较大的剪切屈 服强度依靠掺入较多的粘土、膨润土、粉煤灰等掺合料来实现，但它们都不能直接胶凝，水 泥含量的相对降低使浆液的胶凝时间延长，增加了施工的工序和复杂度；第三，水泥浆和掺 合料的混合反应对温度、搅拌均匀度、掺入量等因素都比较敏感，反应时间难以精确控制， 不利于大漏量动水地层的堵漏。因此，现有技术中水泥膏浆的可操作性和灌浆效果都有待 改善。
[0004] 近年来，在水下不分散混凝土的技术基础上，发展出了以生物胶类增粘剂和固体 聚羧酸减水剂为双核心的高触变抗水膏浆，其兼具高触变和抗水两大优异性能，可以避免 浆料过分的扩散和被稀释的问题，但它也有内在的局限性：由于水下不分散混凝土的水灰 比比较固定，需要通过增粘剂和减水剂相互制衡，以调控浆液的粘度，以保证基本的水泥 含量和混凝土的基本力学性能。但是由于水泥膏浆对减水剂的用量比较敏感，一般不超 过1 %，超过该限度后对增强水泥膏浆的流动性已无帮助，却使材料力学性能大幅度降低， 而外加剂又必须整体添加到水泥浆中，因而对外加剂中其他成分，尤其是增粘剂的用量，也 无法实现灵活控制。有时，在浆液制备过程中，增粘剂和减水剂会凝成小块，一方面使得凝 结成小块的增粘剂和减水剂无法充分发挥作用；另一方面这些凝结的小块本身没有胶凝特 性，混在水泥结石中，呈单独存在，使材料整体强度下降。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种水泥膏浆，以增 粘剂为唯一核心，辅之以促凝剂、保水剂等组成水泥膏浆外加剂，和硅酸盐类水泥浆结合使 用，得到了兼具高触变和抗水两种特性的新型灌浆材料，适用于大孔隙地层（如岩溶空洞、 岩体宽大裂隙、堆石体等）中的灌浆。
[0006] 为实现本发明的上述目的，本发明一方面提供一种基于增粘剂单核心的水泥膏 浆，包括不包含减水剂的外加剂、水以及硅酸盐水泥，其中，所述不包含减水剂的外加剂在 水中搅拌溶解后形成外加剂溶液；水泥和水混合后形成水泥浆；所述水泥浆与外加剂溶液 混合搅拌均匀后形成所述水泥膏浆；
[0007] 其中，所述的不包含减水剂的外加剂、水以及硅酸盐水泥的重量配比为：
[0008] 硅酸盐水泥 100
[0009] 水 50-100
[0010] 不包含减水剂的外加剂0.05-2。
[0011] 其中，所述硅酸盐类水泥符合国标《硅酸盐水泥》GB175的规定。
[0012] 特别是，所述外加剂是增粘剂。
[0013] 尤其是，所述外加剂包括增粘剂和促凝剂，所述增粘剂和促凝剂的重量比为 1:1-4〇
[0014] 特别是，所述外加剂包括增粘剂和保水剂，所述增粘剂和保水剂的重量比为 1: 0? 5_2〇
[0015] 尤其是，所述外加剂包括增粘剂、促凝剂和保水剂，所述增粘剂、促凝剂和保水剂 的重量比为1:1-4:0. 5-2。
[0016] 其中，所述增粘剂为聚丙烯酰胺类、木质素类或生物胶类增粘剂中的一种或多种。
[0017] 优选的，所述生物胶类增粘剂为黄原胶、维兰胶、鼠李胶、杰兰胶、多聚甘露糖胶或 其他水溶性生物多糖胶中的一种或多种。
[0018] 更优选的，所述生物胶类增粘剂为维兰胶。
[0019] 其中，所述促凝剂为硅酸钠、硅酸钾、硝酸钠、硝酸钙和硫酸钠中的一种或多种。
[0020] 其中，所述保水剂为聚丙烯酸盐。
[0021] 本发明另一方面提供一种所述水泥膏浆的制备方法，包括如下步骤：
[0022] 1)将外加剂放入水中，搅拌溶解，制得外加剂溶液；
[0023] 2)将水泥和水混合，制得水泥浆；
[0024] 3)将所述水泥浆与外加剂溶液混合，搅拌均勾，即得。
[0025] 其中，所述硅酸盐类水泥、水和外加剂的重量配比为100:50-100:0. 05-2。
[0026] 其中，所述步骤3)中，搅拌速度为50-300r/min;搅拌时间为60-600S。
[0027] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0028] 1)本发明的制备方法通过对水灰比的调控和增粘剂的使用，无需添加减水剂，即 可实现对水泥膏浆粘度的控制，节省了对增粘剂和减水剂的配比事先进行调配的工序，夕卜 加剂的使用更加灵活，成本更低；
[0029] 2)除生物胶类增粘剂外，其他各类外加剂均是易溶盐类，即使是生物胶类增粘剂， 其水化也比常见的减水剂（如固体型聚羧酸）快，其操作性能和整体性能都比传统的双核 心水泥膏浆理想；
[0030]3)本发明的水泥膏浆的凝结时间比传统的增粘剂-减水剂双核心水泥膏浆短，抗 动水能力强，抗压强度大；
[0031] 4)本发明的水泥膏浆避免了粘土、膨润土、粉煤灰等的掺入，避免了传统施工中因 膨润土等掺合料用量大而使胶凝时间过长的问题，降低了操作的复杂度；
[0032] 5)本发明水泥膏浆的灌注不需要特殊设备，常规的双桶搅拌机和3SNS泵完全可 以满足制浆，灌浆工艺亦不需要调整，纯压式或孔口循环式均可满足要求，制备方法简单， 易于操作。
【具体实施方式】
[0033] 实施例1
[0034] 1、按照如下重量配比备料：
[0035] 硅酸盐水泥10000g
[0036] 水 7500g
[0037] 外加剂 100g
[0038] 其中，外加剂包括：维兰胶20g，硅酸钠60g和聚丙烯酸钠20g。
[0039] 2、将外加剂放入水中，搅拌至充分溶解，制得外加剂溶液，置于双桶低速搅拌机的 下桶中。
[0040] 3、将硅酸盐水泥和水混合，搅拌至充分溶解，制得水泥浆，置于双桶低速搅拌机的 上桶中。
[0041] 4、开启搅拌机，将上桶的水泥浆放入下桶与外加剂溶液混合，搅拌速度为150r/ min，搅拌时间为300s，即得。
[0042] 实施例2
[0043] 1、按照如下重量配比备料：
[0044] 硅酸盐水泥10000g
[0045] 水 5