本发明涉及建筑材料中注浆材料技术领域，尤其涉及一种注浆材料添加剂及其应用。
背景技术
随着我国经济的快速发展，交通水利建设(如高铁、地铁、公路、大坝)规模越来越大。我国幅员辽阔，地貌多变地质条件复杂；复杂的地质条件使得地下工程和水利工程也越来越受到人们的重视。由于高铁、地铁、大坝不断地增多，且地下交通水利工程条件日趋复杂，逐渐显现出崩塌、突水、涌泥等问题。为了解决这些问题，人们常采取注浆技术对地下工程和水利工程进行加固和封堵。
注浆技术是将具有充填胶结性能的材料配成浆液，且运用适当的加压注浆设备将其注入到被注体内，如地层的裂隙、孔隙或孔洞等，使浆液渗透、填充，并发生凝结、硬化，进而实现加固或封堵的目的。因此，注浆材料是确保地下工程和水利工程加固和封堵的关键。但目前注浆材料还存在水化反应速度慢，不能实现快速堵漏以及加固和封堵效果差的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种注浆材料添加剂及其应用，将本发明提供的注浆材料添加剂添加到浆液中，初凝时间可达8分钟，终凝时间3分钟，可实现快速堵漏且固化后具有很好的封堵和加固功能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种注浆材料添加剂，按重量份数计，由以下组分组成：
所述超细水泥熟料的比表面积为700～900cm2/g。
优选的，所述超细水泥熟料为超细硫铝酸盐水泥熟料、超细铁铝酸盐水泥熟料和超细普通硅酸盐水泥熟料中的一种或多种。
优选的，所述羟乙基纤维素醚的粘度在40000mpa.s以下。
优选的，所述聚丙烯酸钠的分子量在10000以上。
本发明还提供了上述技术方案所述注浆材料添加剂在水下溶洞堵漏加固中的应用。
优选的，将所述注浆材料添加剂与注浆材料混合，得到注浆混料；将所述注浆混料注入到空隙中后静置。
优选的，所述注浆材料为普通硅酸盐水泥浆或泥浆。
优选的，所述注浆材料添加剂的用量为普通硅酸盐水泥浆质量的5～15％或泥浆质量的8～15％。
本发明提供了一种注浆材料添加剂，按重量份数计，由以下组分组成：超细水泥熟料370～670份；铝酸钠0.25～0.55份；β半水石膏150～300份；硼砂0.5～1份；聚羧酸减水剂20～40份；羟乙基纤维素醚2～5份和聚丙烯酸钠5～10份；所述超细水泥熟料的表面积为700～900cm2/g。本发明提供的注浆材料添加剂中的超细水泥熟料具有很大的表面活性，与铝酸钠、β半水石膏、硼砂、聚羧酸减水剂、羟乙基纤维素醚和聚丙烯酸钠共同添加到浆液后，能够快速与浆液发生水合反应，实现快速堵漏。实施例结果表明，将本发明的注浆材料添加剂添加到浆液中，初凝时间可达8分钟，终凝时间3分钟(本发明所述初凝指的是从开始加水到浆料开始失去塑性，终凝指从开始失去塑性到完全失去塑性)，固化后具有很好的封堵和加固功能。
具体实施方式
本发明提供了一种注浆材料添加剂，按重量份数计，由以下组分组成：
所述超细水泥熟料的比表面积为700～900cm2/g。
按质量份计，本发明提供的注浆材料添加剂的组成组分包括370～670份的超细水泥熟料，优选为400～650份，更优选为450～600份。在本发明中，所述超细水泥熟料的比表面积为700～900cm2/g，优选为800cm2/g。本发明所述超细水泥熟料具有较大的表面活性，可与注浆材料快速发生水化反应，进而有利于实现快速封堵和加固。
在本发明中，所述超细水泥熟料优选由原料水泥熟料经超细磨而成；本发明对所述超细磨的实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的超细磨的实施方式即可；所述水泥熟料优选为硫铝酸盐水泥熟料、铁铝酸盐水泥熟料和普通硅酸盐水泥熟料中的一种或多种。本发明对所述硫铝酸盐水泥熟料、铁铝酸盐水泥熟料和普通硅酸盐水泥熟料的化学组成和矿物组成没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的硫铝酸盐水泥熟料、铁铝酸盐水泥熟料和普通硅酸盐水泥熟料的化学组成和矿物组成即可。在本发明中，所述超细硫铝酸盐水泥熟料或超细铁铝酸盐水泥熟料具有早期强度高、凝结快、耐冻性好的特点，超细硫铝酸盐水泥熟料或超细铁铝酸盐水泥熟料与普通硅酸盐水泥或泥浆复配后，在β半水石膏和铝酸钠的作用下能快速发生水合反应，生成钙矾石即硫铝酸钙结石体；且所述超细硫铝酸盐水泥熟料或超细铁铝酸盐水泥熟料中氧化铝含量比较高，普通硅酸盐水泥熟料在铝酸钠的存在下提供了足够水化的铝离子，而铝离子能与组分中的有机聚合物发生交联反应形成稳定的分子结构，提高了颗粒之间的胶结作用，从而改善注浆材料的性能。
以所述超细水泥熟料的重量份为基准，本发明提供的注浆材料添加剂的组成组分包括0.25～0.55份的铝酸钠，优选为0.30～0.55份，更优选为0.35～0.50份。本发明对所述铝酸钠的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的铝酸钠的来源即可，如市售的铝酸钠。本发明的铝酸钠是作为所述超细水泥熟料的调凝早强剂，它的早强效果明显且不影响后期强度的提高。
以所述超细水泥熟料的重量份为基准，本发明提供的注浆材料添加剂的组成组分包括150～300份的β半水石膏，优选为160～290份，更优选为200～270份。本发明对所述β半水石膏的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的β半水石膏的来源即可，具体的如市售建筑石膏。本发明的β半水石膏作为速凝剂，能够加快灌浆料的凝固时间，同时很好的固结有害物质，促进超细水泥熟料的水化。
以所述超细水泥熟料的重量份为基准，本发明提供的注浆材料添加剂的组成组分包括0.5～1份的硼砂，优选为0.7～1份，更优选为0.8～1份。本发明对所述硼砂的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的硼砂的来源即可，如市售的硼砂。本发明所述硼砂是β半水石膏的缓凝剂，同时也能调节超细水泥熟料的凝固时间，以满足施工性能。
以所述超细水泥熟料的重量份为基准，本发明提供的注浆材料添加剂的组成组分包括20～40份的聚羧酸减水剂，优选为25～35份，更优选为25～30份。本发明对所述聚羧酸减水剂的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的聚羧酸减水剂的来源即可，如市售的聚羧酸减水剂。本发明以聚羧酸减水剂为分散剂，能够提高注浆材料的流动性，防止水分流失和二次污染；此外，聚羧酸减水剂还能够改善表面张力，使表面张力更低，渗透能力更强，从而提高注浆材料的耐久性能。
以所述超细水泥熟料的重量份为基准，本发明提供的注浆材料添加剂的组成组分包括2～5份的羟乙基纤维素醚，优选为3～5份，更优选为4～5份。在本发明中，所述羟乙基纤维素醚的粘度优选在40000mpa.s以下，进一步优选在35000mpa.s以下，更优选为10000～15000mpa.s。本发明对所述羟乙基纤维素醚的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的羟乙基纤维素醚的来源即可。本发明的羟乙基纤维素醚能使注浆材料顺利通过灌浆管注入地下。
以所述超细水泥熟料的重量份为基准，本发明提供的注浆材料添加剂的组成组分包括5～10份的聚丙烯酸钠，优选为6～9份，更优选为6～8份。在本发明中，所述聚丙烯酸钠的分子量优选在10000以上，进一步优选在15000以上，更优选为20000～30000。本发明对所述聚丙烯酸钠的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的聚丙烯酸钠的来源即可，具体的如市售聚丙烯酸钠。本发明的聚丙烯酸钠，能吸收自身体积数倍的水而不析出，在铝酸钠的协同作用下可交联形成不溶于水的凝胶，增加浆液的粘接性，与水泥熟料通过化学键结合形成有机无机互穿网络结构，变成有强度的韧性结石体。
本发明对所述注浆材料添加剂的制备方法没有任何特殊的要求，采用本领域技术人员所熟知的组合物的制备方式即可；在本发明的实施例中，可直接将各原料组分混合均匀。
本发明还提供了一种上述技术方案所述注浆材料添加剂在水溶洞堵漏加固中的应用。在本发明中，所述应用优选包含：将所述注浆材料添加剂与注浆材料混合，得到注浆混料；将所述注浆混料注入到空隙中后静置。在本发明中，所述注浆材料优选包含普通硅酸盐水泥浆或泥浆；本发明对所述普通硅酸盐水泥浆和泥浆的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的普通硅酸盐水泥浆和泥浆即可。在本发明中，所述注浆材料和注浆材料添加剂的混合方式优选为：将所述注浆材料添加剂直接添加到注浆材料中。本发明对所述注浆混料的注入方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的方式即可；在本发明的实施例中，具体采用灌浆设备注入。本发明对所述静置的时间没有特殊要求，以达到完全凝固的效果即可。本发明所述静置过程中，注浆混料置换和充填固结形成结石体，以实现对水溶洞的加固封堵。
在本发明中，当注浆材料为普通硅酸盐水泥浆时，所述注浆材料添加剂的添加量优选为水泥浆质量的5～15％，进一步优选为10％；当注浆材料为泥浆时，所述注浆材料添加剂的添加量优选为泥浆质量的8～15％，进一步优选为10～15％，更优选为15％。
下面结合实施例对本发明提供的注浆材料添加剂及其应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
对自购硫铝酸盐水泥熟料进行超细磨加工，使表面积达到900cm2/g，得到超细硫铝酸盐水泥熟料；
按重量份数，将超细水泥熟料400份、铝酸钠0.25份、β半水石膏160份、硼砂0.6份、聚羧酸减水剂25份、粘度30000mpa.s的羟乙基纤维素醚2份和分子量15000的聚丙烯酸钠6份，依次加入锣杆搅拌器搅拌3min，即得注浆材料添加剂，备用。
将得到的注浆材料添加剂添加到普通硅酸盐水泥浆中进行性能测试，当注浆材料添加剂添加量为水泥浆的质量的5％时，初凝时间25分钟，固化时间20分钟；注浆材料添加剂的用量为水泥浆质量的10％时，初凝时间为15分钟，终凝时间8分钟；该添加剂为水泥浆质量的15％时，初凝时间8分钟，终凝时间3分钟。
实施例2
对自购硫铝酸盐水泥熟料进行超细磨加工，使表面积达到800cm2/g，得到超细硫铝酸盐水泥熟料；
按重量份数，将超细水泥熟料500份、铝酸钠0.4份、β半水石膏240份、硼砂0.8份、聚羧酸减水剂31份、粘度20000mpa.s的羟乙基纤维素醚3.5份和分子量20000的聚丙烯酸钠7份，依次加入锣杆搅拌器搅拌4min，即得注浆材料添加剂，备用。
将得到的注浆材料添加剂添加到普通硅酸盐水泥浆中进行性能测试，当注浆材料添加剂添加量为水泥浆的质量的5％时，初凝时间25分钟，固化时间20分钟；注浆材料添加剂的用量为水泥浆质量的10％时，初凝时间为15分钟，终凝时间8分钟；该添加剂为水泥浆质量的15％时，初凝时间8分钟，终凝时间3分钟。
实施例3
对自购铁铝酸盐水泥熟料进行超细磨加工，使表面积达到700cm2/g，得到超细铁铝酸盐水泥熟料；
按重量份数，将超细水泥熟料600份、铝酸钠0.55份、β半水石膏280份、硼砂1份、聚羧酸减水剂38份、粘度15000mpa.s的羟乙基纤维素醚5份和分子量25000的聚丙烯酸钠10份，依次加入锣杆搅拌器搅拌4min，即得注浆材料添加剂，备用。
将得到的注浆材料添加剂添加到普通硅酸盐水泥浆中进行性能测试，当注浆材料添加剂添加量为水泥浆的质量的5％时，初凝时间25分钟，固化时间20分钟；注浆材料添加剂的用量为水泥浆质量的10％时，初凝时间为15分钟，终凝时间8分钟；该添加剂为水泥浆质量的15％时，初凝时间8分钟，终凝时间3分钟。
由以上实施例可知，本发明提供了一种注浆材料添加剂，按重量份数计，由以下组分组成：超细水泥熟料370～670份；铝酸钠0.25～0.55份；β半水石膏150～300份；硼砂0.5～1份；聚羧酸减水剂20～40份；羟乙基纤维素醚2～5份和聚丙烯酸钠5～10份；所述超细水泥熟料的表面积为700～900cm2/g。将本发明提供的注浆材料添加剂添加到浆液中，初凝时间可达8分钟，终凝时间3分钟，可实现快速堵漏且固化后具有很好的封堵和加固功能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。