专利名称：加固粉细砂用超细水泥浆液及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种地层加固用的注浆材料，以及这种材料的制备方法。
(二)
背景技术：
隧道施工中经常遇到细砂及粉细砂层，该类砂层自稳能力很差，开挖隧道时极易发生涌 水、涌砂、塌方等工程灾害。对于该地层目前最常用的为以下几种加固方法
1) 、酸性水玻璃注浆。该类注浆材料是目前针对粉细砂应用最广泛的注浆材料，其主 材为水玻璃，辅材为硫酸和碳酸氢钠。此类注浆材料注浆渗透范围均匀，价格低廉，但是注 浆加固强度较低，耐久性差。只能用于对加固要求较低的情况下使用。
2) 、普通水泥注浆。此类浆液在细砂及粉细砂注浆中无法渗透注入，在注浆压力较高 的情况下只能以单纯的劈裂方式进入砂层，加固后的砂层并不稳定。
3) 、冻结法加固。即利用人工制冷的方法把隧道拱顶的粉细砂层中的水冻结成冰，用
冻结的半圆拱形结构体来抵抗水土压力，以保证人工开挖工作顺利进行。此方法施工速度 快，可控性强。但是其设备昂贵，冻结费用高，目前应用也较少。
地层粉细砂粒径普遍在100 y m左右，其颗粒间的缝隙也仅有IO y m，而普通水泥浆的颗 粒粒径为20 80ym，根本无法渗透。从理论上来讲，颗粒型浆液要想渗透砂层颗粒间的缝 隙，浆液颗粒粒径和砂层颗粒间的缝隙之间应满足以下关系。
R=Dp/d>3 (1-1)
R-可注性指标；
Dp-砂层颗粒间的缝隙；
d-浆液颗粒粒径。
一般超细水泥的平均粒径为2 3 y m，从理论上讲在超细水泥分散良好的情况下是具有 可注性的。但是由于超细水泥的粒径正好处于可注的临界状态，使得任何对可注性不利的因 素都会导致注浆的失败。而且试验也表明超细水泥实际的注浆情况并不理想，主要是因为超 细水泥在水中具有一定的团聚性和沉降性，使得超细水泥颗粒极易沉积在砂粒间的微小缝隙 上，将缝隙堵塞。
(三)
发明内容
本发明的目的是提供一种加固粉细砂用超细水泥注浆材料及其制备方法，要解决用超细水泥浆液快速加固粉细砂地层的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案 本发明的第一个技术方案
一种加固粉细砂用超细水泥浆液，其特征在于由下述材料按以下重量份配比搅拌成混合 浆液
水 IOO份；
超细水泥 20 40份；
悬浮剂 0. 5 3份；
稀释剂 0. 5 2份；
高效减水剂 0.2 1份。
上述超细水泥的比表面积为7000 12000 cm2/g。
上述悬浮剂是膨润土或硅微粉。
上述稀释剂为二甲基乙烯丙基氯化铵和羟甲基纤维素的共聚物或者焦磷酸钠。 上述高效减水剂为奈系高效减水剂或聚縮酸类减水剂。
上述水灰重量比为3: 1 5: i。
上述混合浆液中还可掺有O. 5 l份的表面活性剂，表面活性剂为十二烷基苯璜酸钠或十
二烷基璜酸钠。
这种加固粉细砂用超细水泥浆液的制备方法，其特征在于首先在搅拌池中加入水，在 缓慢搅拌下依次加入膨润土、稀释剂和高效减水剂，搅拌2分钟后在搅拌状态下缓缓加入超 细水泥，在500 1500转/分的转速下高速搅拌5分钟即可。
本发明的第二个技术方案
一种加固粉细砂用超细水泥浆液，其特征在于由两种混合浆液兑成注浆液，第一种是 上述的混合浆液，第二种是由水玻璃、水与磷酸氢二钠组成的速凝剂，水玻璃、水与磷酸氢
二钠的比例为质量比ioo : ioo : 8，两种混合液浆的重量份之比为io : 2 4。
后一种加固粉细砂用超细水泥浆液的制备方法，其特征在于首先在第一搅拌池中加入 水，在缓慢搅拌下依次加入膨润土、稀释剂和高效减水剂，搅拌2分钟后在搅拌状态下缓缓 加入超细水泥，在500 1500转/分的转速下高速搅拌5分钟；同时在第二搅拌池中加入水、 水玻璃、磷酸氢二钠，搅拌2分钟成速凝剂浆液，采用双液注浆泵分别从上述两个搅拌池中 抽取浆液注浆，两种液浆的重量份之比为IO : 2 4。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果本发明加入膨润土作为悬浮剂，降低了超细水泥的团聚性和沉降性。本发明还加入 了合适的稀释剂和水灰比，解决了悬浮剂往往会导致浆液粘度的增加，注浆时的阻力增加， 对浆液的可注性造成不利影响的问题。本发明通过选择合适粒径的超细水泥、悬浮剂、高效 减水剂和稀释剂等研究了一种对粉细砂具有渗透性的超细水泥注浆材料，并研究了各种配方 对超细水泥注浆材料的渗透性的影响。该注浆材料在O. 3MPa的注浆压力下，对细砂的渗透半 径可达40 50cm，对松散型粉细砂的渗透半径可达20 30cm，对紧密型粉细砂以劈裂及渗透 综合的方式加固，渗透范围5cm左右。该注浆材料的的固砂强度远远大于水玻璃注浆材料， 固砂强度达4 6MPa。初凝时间在30min 10h可调。解决了用超细水泥浆液快速加固粉细砂 地层的问题。
渗透性试验方法注浆料对粉细砂的渗透性则采用图5所示的粉细砂渗透性测试仪器来 测量。其中，标记l是搅拌池，2是超细水泥浆液，3是输浆管道，4是压力表，5是粉细砂。
稀释剂添加量对超细水泥注浆料渗透范围的影响参见图l所示。超细水泥比表面积注浆料透 范围的影响参见图2所示。水灰比对超细水泥注浆料渗透范围的影响参见图3所示。压力对超 细水泥注浆料渗透范围的影响参见图4所示。
强度试验方法配制好超细水泥浆液，倒入已装有粉细砂的胶砂试模(160X40X40 mm) 中，并使超细水泥浆液完全浸透试样，然后将其按标准养护，28天后用压力机测量。
超细水泥注浆材料浆体强度:
超细水泥水灰比3 : 14 : i4.5: i5: i
固砂强度/MPa6431
本发明克服了水玻璃注浆料的耐久性差和强度低的缺陷，渗透速度快，范围大，不存在 普通水泥无法渗透的问题，并且浆材具有合理的成本，在隧道及地下工程施工中具有广阔的
应用前景。
图1是稀释剂添加量对超细水泥注浆料渗透范围的影响示意图。
图2是超细水泥比表面积注浆料透范围的影响示意图。 图3是水灰比对超细水泥注浆料渗透范围的影响示意图。 图4是压力对超细水泥注浆料渗透范围的影响。 图5是粉细砂渗透性测试仪器的结构示意图。
附图标记l一搅拌池、2 —超细水泥浆液、3 —输浆管道、4一压力表、5 —粉细砂。
具体实施方式
以下是本发明的几种实施例
实施例一 一种单浆液的加固粉细砂用超细水泥浆液，其特征在于由下述材料按以下重 量份配比搅拌成混合浆液
(1) 、水ioo份。水灰重量比为3: 1 5: i。
(2) 、超细水泥20 40份。超细水泥的比表面积为7000 12000 cm2/g。
(3) 、悬浮剂0.5 3份。悬浮剂是膨润土或硅微粉。悬浮剂最好为提纯膨润土，提 纯膨润土的种类很多，性能最好的是蒙托石含量在75%以上的提纯膨润土， pH值(2。/。分散体) 为8 8. 5。硅微粉为普通工业级。
(4) 、稀释剂0.5 2份。上述稀释剂为二甲基乙烯丙基氯化铵和羟甲基纤维素的共 聚物或者焦磷酸钠。二甲基乙烯丙基氯化铵和羟甲基纤维素的共聚物为现有商品，商品名为 PC — 67。焦磷酸钠为现有化学品。其中PC — 67的稀释效果要好于焦磷酸钠。
(5) 、高效减水剂0.2 1份。上述高效减水剂为奈系高效减水剂或聚縮酸类减水剂
(6) 、表面活性剂0.2 1份。上述表面活性剂为十二烷基苯璜酸钠或十二烷基璜酸钠。
这种加固粉细砂用超细水泥浆液的制备方法，其特征在于首先在搅拌池中加入水，在 缓慢搅拌下依次加入膨润土、稀释剂、表面活性剂和高效减水剂，搅拌2分钟后在搅拌状态 下缓缓加入超细水泥，在500 1500转/分的转速下高速搅拌5分钟即可。
加固粉细砂用超细水泥浆液制备方法l:
首先在搅拌池中加入22L水，在缓慢搅拌下依此加入悬浮剂膨润土O. 4Kg、稀释剂O. 1Kg 、表面活性剂O. 1 Kg和高效减水剂0.05Kg。搅拌两分钟后在搅拌状态下缓缓加入4. 5Kg超细 水泥。高速搅拌5分钟，转速500 1500转/分即可对松散型粉细砂层进行渗透注浆。对松散 粉细砂层的注浆渗透范围为20 30cm，固砂强度为4 6MPa。
加固粉细砂用超细水泥浆液制备方法2:
首先在搅拌池中加入22L水，在缓慢搅拌下依此加入悬浮剂膨润土O. 15Kg和高效减水剂 0.05Kg。搅拌两分钟后在搅拌状态下缓缓加入4.5Kg超细水泥。高速搅拌5分钟，转速500 1500转/分即对细砂进行渗透注浆。对细砂层的注浆渗透范围为40 50cm，固砂强度为4 6MPa。
加固粉细砂用超细水泥浆液制备方法3:首先在搅拌池中加入22L水，在缓慢搅拌下依此加入悬浮剂硅微粉O. 15Kg和高效减水剂 0.05Kg。搅拌两分钟后在搅拌状态下缓缓加入4.5Kg超细水泥。高速搅拌5分钟，转速500 1500转/分即可对含水细砂进行注浆。对含水粉细砂层的注浆模式为劈裂加渗透，固砂强度 为2 4MPa。
实施例二 一种双浆液的加固粉细砂用超细水泥浆液，与实施例一不同的是还有第二
种速凝剂混合浆液，其速凝剂是水玻璃、水与磷酸氢二钠组成的混合物，水玻璃、水与磷酸
氢二钠的比例为质量比ioo : ioo : 8。速凝剂混合浆液的用量是按在第一种加固粉细砂用超
细水泥浆液100重量份水的情况下，配合20 40份速凝剂混合浆液计算。
这种加固粉细砂用超细水泥浆液的制备方法，其特征在于首先在第一搅拌池中加入水 ，在缓慢搅拌下依次加入膨润土、稀释剂和高效减水剂，搅拌2分钟后在搅拌状态下缓缓加 入超细水泥，在500 1500转/分的转速下高速搅拌5分钟；同时在第二搅拌池中加入水、水 玻璃、磷酸氢二钠，搅拌2分钟成速凝剂浆液，采用双液注浆泵分别从上述两个搅拌池中抽 取浆液注浆，两种液浆的重量份之比为IO : 3。 加固粉细砂用超细水泥浆液制备方法4:
首先在搅拌池1中加入22L水，在缓慢搅拌下依此加入膨润土O. 4Kg、稀释剂O. 1Kg、表面 活性剂O. 1 Kg和高效减水剂0.05Kg。搅拌两分钟后在搅拌状态下缓缓加入4. 5Kg超细水泥。 高速搅拌5分钟，转速500 1500转/分。同时在搅拌池2中加入4Kg水、4Kg水玻璃、0. 32Kg磷 酸氢二钠，搅拌2分钟。采用双液注浆泵分别从搅拌池1和搅拌池2中抽取浆液注浆，双液浆 比例为IO : 4。此类浆液适用于对注浆凝固时间有要求粉细砂层注浆的场合。对松散粉细砂 层的注浆渗透范围为20 30cm，固砂强度为4 6MPa，初凝时间从20min 6h可调。
加固粉细砂用超细水泥浆液制备方法5:
首先在搅拌池1中加入22L水，在缓慢搅拌下依此加入膨润土O. 15Kg、高效减水剂 0.05Kg。搅拌两分钟后在搅拌状态下缓缓加入4.5Kg超细水泥。高速搅拌5分钟，转速500 1500转/分。同时在搅拌池2中加入4Kg水、4Kg水玻璃、0. 32Kg磷酸氢二钠，搅拌2分钟。采 用双液注浆泵分别从搅拌池1和搅拌池2中抽取浆液注浆，双液浆比例为IO : 4。此类浆液适 用于对注浆凝固时间有要求细砂层注浆的场合。对细砂层的注浆渗透范围为40 50cm，固砂 强度为4 6MPa，初凝时间从20min 6h可调。以上实施例中浆液的注浆压力可为O. 2 0. 4MPa。
权利要求
1. 一种加固粉细砂用超细水泥浆液，其特征在于由下述材料按以下重量份配比搅拌成混合浆液水 100份；超细水泥 20～40份；悬浮剂 0.5～3份；稀释剂 0.5～2份；高效减水剂 0.2～1份。
2.根据权利要求l所述的加固粉细砂用超细水泥浆液，其特征在于 上述超细水泥的比表面积为7000 12000 cm2/g。
3.根据权利要求2所述的加固粉细砂用超细水泥浆液，其特征在于 上述悬浮剂是膨润土或硅微粉。
4.根据权利要求3所述的加固粉细砂用超细水泥浆液，其特征在于上述稀释剂为二甲基乙烯丙基氯化铵和羟甲基纤维素的共聚物或者焦磷酸钠。
5.根据权利要求4所述的加固粉细砂用超细水泥浆液，其特征在于上述高效减水剂为奈系高效减水剂或聚縮酸类减水剂。
6.根据权利要求5所述的加固粉细砂用超细水泥浆液，其特征在于上述水灰重量比为3 : 1 5 : 1。
7.根据权利要求6所述的加固粉细砂用超细水泥浆液，其特征在于 上述混合浆液中还掺有O. 5 l份的表面活性剂，表面活性剂为十二烷基苯璜酸钠或十二烷基璜酸钠。
8.一种权利要求1 7任意一项所述加固粉细砂用超细水泥浆液的制 备方法，其特征在于首先在搅拌池中加入水，在缓慢搅拌下依次加入膨润土、稀释剂和高 效减水剂，搅拌2分钟后在搅拌状态下缓缓加入超细水泥，在500 1500转/分的转速下高速搅拌5分钟即可。权利要求9
一种加固粉细砂用超细水泥浆液，其特征在于由两种混合浆液 兑成注浆液，第一种是权利要求1 7任意一项所述的混合浆液，第二种是由水玻璃、水与磷 酸氢二钠组成的速凝剂，水玻璃、水与磷酸氢二钠的比例为质量比100 : 100 : 8，两种混合 液浆的重量份之比为IO : 2 4。权利要求IO
一种权利要求9所述加固粉细砂用超细水泥浆液的制备方法，其 特征在于首先在第一搅拌池中加入水，在缓慢搅拌下依次加入膨润土、稀释剂和高效减水 剂，搅拌2分钟后在搅拌状态下缓缓加入超细水泥，在500 1500转/分的转速下高速搅拌5分 钟；同时在第二搅拌池中加入水、水玻璃、磷酸氢二钠，搅拌2分钟成速凝剂浆液，采用双 液注浆泵分别从上述两个搅拌池中抽取浆液注浆，两种液浆的重量份之比为IO : 2 4。
全文摘要
一种加固粉细砂用超细水泥浆液，由下述材料按以下重量份配比搅拌成混合浆液水100份；超细水泥20～40份；悬浮剂0.5～3份；稀释剂0.5～2份；高效减水剂0.2～1份，上述混合浆液中还可掺有0.5～1份的表面活性剂。首先在搅拌池中加入水，在缓慢搅拌下依次加入膨润土、稀释剂和高效减水剂，搅拌2分钟后在搅拌状态下缓缓加入超细水泥，在500～1500转/分的转速下高速搅拌5分钟即可。同时还可在第二搅拌池中加入水、水玻璃、磷酸氢二钠，搅拌2分钟成速凝剂浆液，采用双液注浆泵分别从上述两个搅拌池中抽取浆液注浆，两种液浆的重量份之比为10∶2～4。解决了用超细水泥浆液快速加固粉细砂地层的问题。
文档编号C04B28/00GK101239803SQ20081030045
公开日2008年8月13日 申请日期2008年3月4日 优先权日2008年3月4日
发明者英 叶, 夏春蕾 申请人:北京市市政工程研究院;北京市政建设集团有限责任公司