一种地聚合物注浆材料及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明属于土木工程领域，具体涉及一种地聚合物注浆材料及其制备方法与应用。
技术背景
[0002]注浆材料是具有充填胶结性能的材料，配制成浆液后利用注浆设备注入到底层的裂隙、孔隙或孔洞中，凝结硬化后起到充填、加固的目的，并广泛应用于道路、隧道、水利等工程修筑时的防渗及加固。注浆材料可分为无机注浆材料和有机注浆材料两大类，其中无机注浆材料由于其原材料来源广泛、成本低、无毒性及施工工艺简单的特点，因此更为广泛的应用于注浆工程。现有的无机注浆材料大多以水泥作为基本材料，而以水泥作为注浆材料通常具有浆液稳定性不好、结实率低的缺点；同时，生产水泥过程中会消耗大量的能源、不可再生矿产以及产生大量的温室气体，如二氧化碳，随着全球气候环境的日益恶化，水泥产业已经越来越不能适应节能环保生产的时代要求。
[0003]粉煤灰主要是以煤为燃料的火力发电站或热电厂生产所排出的固体废弃物，我国每年因火力发电而排放的粉煤灰超过I亿吨，而较低的粉煤灰利用率导致粉煤灰的大量堆积，占用着大量的土地资源，给我国的生态环境的建设造成了巨大的压力。沸石是一种含水的碱金属或碱土金属的铝硅酸盐矿物，我国沸石矿物资源分布不广泛，并且沸石作为一种铝硅酸盐矿物，其中的铝硅氧化物达到了沸石总量的70%?80%，尤以硅的氧化物居多。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是解决现有技术中土木工程领域常遇到的工程防渗加固的问题，提出了一种地聚合物注浆材料及其制备方法与应用。
[0005 ]为了解决以上问题，本发明的技术方案为:
[0006]—种地聚合物注浆材料，组分配比为:粉煤灰50-80份，沸石粉16-50份，粘土 4_10份，碱性激发剂5-15份，速凝剂0.5-2份，水玻璃3-8份，水灰比为0.75-1.5。
[0007]优选的，所述地聚合物注浆材料，组分配比为:粉煤灰50-80份，沸石粉16-50份，粘土5-8份，碱性激发剂8-15份，速凝剂1-2份，水玻璃4-6份，水灰比为1-1.5;
[0008]优选的，所述地聚合物注浆材料，组分配比为:粉煤灰50份，沸石粉10份，粘土5份，碱性激发剂1份，速凝剂I份，水玻璃4-6份，水灰比为I。
[0009]所述的地聚合物注浆材料，还包括至少一种选自膨胀剂、流动剂和防吸水剂的外掺剂。
[0010]优选的，所述粉煤灰和沸石粉的细度均小于0.5mm;粘土的细度均小于0.5mm。粘土的主要作用为增大浆液粘度;加速浆液的凝结。
[0011]优选的，所述碱性激发剂为氢氧化钠。氢氧化钠是常见且常用的物质，作为碱性激发剂更容易获取，而且效果也更好。别的碱性激发剂也是可以的，如氢氧化钾和碳酸盐。
[0012]优选的，所述速凝剂为氢氧化钙。
[0013]优选的，所述水玻璃的模数为1.5-3.0。
[0014]上述地聚合物注浆材料的制备方法，包括如下步骤:
[0015]I)将碱性激发剂溶于水中，配制碱性激发剂溶液；
[0016]2)将粉煤灰、沸石粉和其他组分混合均匀，得到混合物；
[0017]3)将所述碱性激发剂溶液与所述混合物混合，搅拌后得到目标地聚合物注浆材料。
[0018]上述地聚合物注浆材料的使用方法，使用地聚合物注浆材料时，将可选用膨胀剂、流动剂和防吸水剂的外掺剂加入到地聚合物注浆材料中，配合使用。
[0019]上述地聚合物注浆材料在工程防渗加固中的应用。
[0020]本发明的地聚合物注浆材料的防渗加固原理及有益技术效果如下:
[0021 ]地聚合物是一种由A104和Si04四面体结构单元组成三维立体网状结构的无机聚合物胶凝材料，能够在碱性条件下由搅拌均匀的液体凝结为强度很高的固体，具有类似水泥但却优于水泥的力学性能。沸石粉、粉煤灰中都含有大量的硅铝氧化物，其含量均达到了总质量的百分之七十以上。研究表明，沸石粉中铝硅氧化物的活性仅次于偏高岭土，而粉煤灰同样具有较高的活性，在碱性溶液的激发下，沸石粉及粉煤灰中的硅铝氧化物能够溶解形成类似于水泥的胶凝材料，而后硅氧键和铝氧键在碱性激发剂的作用下发生断裂及重组，并最终导致硬化固结的发生产生固体物质，具有较好的快速固化性及耐久性，能够将砂土颗粒进行包裹胶结。同时向地聚合物浆液中加入一定量的粘土，可以提高浆液的粘度、减短凝胶的时间、提高结实率。同时加入少量的水玻璃溶液，主要是用水玻璃来提高地聚合物中硅含量及碱性氧化物含量。以沸石粉、粉煤灰及粘土为原料的地聚合物胶凝材料类似水泥却优于水泥的特性决定了其可作为一种优质的注浆材料，对处理工程中的路基加固、防渗等问题具有优良的效果。
【具体实施方式】
[0022]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0023]实施例1
[0024]沸石粉和粉煤灰按照1:5的比例添加，然后掺加粘土的质量为沸石粉和粉煤灰质量和的5%，激发剂NaOH的质量取以上固体质量的10%，速凝剂氢氧化钙为上述固体总质量的I %，制取水灰比为1:1的地聚合物注浆浆液。发现粘度为18mPa.s，初凝时间为9h，结实率为84 %，7天抗压强度为4.32MPa。
[0025]粉煤灰50?80份，沸石粉16?50份，粘土 4_10份，碱性激发剂5_15份，速凝剂0.5-2份，水玻璃3-8份，水灰比为0.75-1.5。
[0026]实施例2
[0027]沸石粉和粉煤灰按照1:5的比例添加，然后掺加粘土的质量为沸石粉和粉煤灰质量和的10%，激发剂NaOH的质量取上述固体总质量的10%，速凝剂氢氧化钙为上述固体总质量的I %，制取水灰比为1:1的地聚合物注浆浆液。发现粘度为2ImPa.s，初凝时间为
7.5h，结实率为90 %，7天抗压强度为3.5IMPa ο
[0028]实施例3
[0029]沸石粉和粉煤灰按照1:1的比例添加，然后掺加粘土的质量为沸石粉和粉煤灰质量和的15%，激发剂NaOH的质量取以上固体总质量的10%，速凝剂氢氧化钙为上述固体总质量的I %，制取水灰比为1:1的地聚合物注浆浆液。发现粘度为23mPa.s，初凝时间为6.2h，结实率为95 %，7天抗压强度为1.42MPa。
[0030]实施例4
[0031]沸石粉和粉煤灰按照1:5的比例添加，然后掺加粘土的质量为沸石粉和粉煤灰质量和的10%，激发剂NaOH的质量取以上固体质量的15%，速凝剂氢氧化钙为上述固体总质量的I %，制取水灰比为I: 1.5的地聚合物注浆浆液。发现粘度为19mPa.s，初凝时间为8h，结实率为91 %，7天抗压强度为3.9MPa。
[0032]上述虽然对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种地聚合物注浆材料，其特征在于:组分配比为:粉煤灰50-80份，沸石粉16-50份，粘土4-10份，碱性激发剂5-15份，速凝剂0.5-2份，水玻璃3_8份，水灰比为0.75-1.5。2.根据权利要求1所述地聚合物注浆材料，其特征在于:组分配比为:粉煤灰50-80份，沸石粉16-50份，粘土 5-8份，碱性激发剂8-15份，速凝剂1_2份，水玻璃4_6份，水灰比为1_1.5。3.根据权利要求2所述地聚合物注浆材料，其特征在于:组分配比为:粉煤灰50份，沸石粉1份，粘土5份，碱性激发剂1份，速凝剂I份，水玻璃4-6份，水灰比为I。4.根据权利要求1所述的地聚合物注浆材料，其特征在于:还包括至少一种选自膨胀剂、流动剂和防吸水剂的外掺剂。5.根据权利要求1所述地聚合物注浆材料，其特征在于:所述粉煤灰和沸石粉的细度均小于0.5mm;粘土的细度小于0.5_。6.根据权利要求1所述地聚合物注浆材料，其特征在于:所述碱性激发剂为氢氧化钠；所述速凝剂为氢氧化钙。7.根据权利要求1所述地聚合物注浆材料，其特征在于:所述水玻璃的模数为1.5-3.0。8.权利要求1-7任一所述的地聚合物注浆材料的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: 1)将碱性激发剂溶于水中，配制碱性激发剂溶液； 2)将粉煤灰、沸石粉和其他组分混合均匀，得到混合物； 3)将所述碱性激发剂溶液与所述混合物混合，搅拌后得到目标地聚合物注浆材料。9.权利要求1-7任一所述的地聚合物注浆材料的使用方法，其特征在于:使用地聚合物注浆材料时，将至少一种选自膨胀剂、流动剂和防吸水剂的外掺剂加入到地聚合物注浆材料中，配合使用。10.权利要求1-7任一所述的地聚合物注浆材料在工程防渗加固中的应用。
【专利摘要】本发明公开了一种地聚合物注浆材料及其制备方法与应用，组分配比为：粉煤灰50-80份，沸石粉16-50份，粘土4-10份，碱性激发剂5-15份，速凝剂0.5-2份，水玻璃3-8份，水灰比为0.75-1.5；1)将碱性激发剂溶于水中，配制碱性激发剂溶液；2)将粉煤灰、沸石粉和其他组分混合均匀，得到混合物；3)将所述碱性激发剂溶液与所述混合物混合，搅拌后得到目标地聚合物注浆材料。以沸石粉、粉煤灰及粘土为原料的地聚合物胶凝材料类似水泥却优于水泥的特性决定了其可作为一种优质的注浆材料，对处理工程中的路基加固、防渗等问题具有优良的效果。
【IPC分类】E02D3/12, C04B7/26
【公开号】CN105541140
【申请号】CN201510980670
【发明人】崔新壮, 侯飞, 金青, 黄丹, 刘泽群, 汤维泽, 李莉, 楼俊杰, 张炯, 崔社强, 郑英杰
【申请人】山东大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月23日