一种动水环境下强渗透地层注浆材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种注浆材料，特别设计一种用于动水环境下强渗透地层的注浆材料及其制备方法，属于材料科学技术领域。

背景技术：

注浆施工属于隐蔽工程，再加上强渗透地层具有级配多样、内部结构复杂多变、孔隙大、成孔困难、易塌孔、渗流通道曲折等特点，从而使得强渗透地层的注浆加固往往较其它地层更加复杂和困难，主要表现为浆液扩散范围不明确、浆液漏失、注浆量大，注浆量随机性也很大；在动水环境下，浆液被快速稀释，甚至随水流流失，地层注浆堵漏困难等。如不能很好的处理这些问题，将严重影响注浆加固与防渗效果，同时给后续工程施工留下极大安全隐患。

目前的注浆材料主要由颗粒类浆液与化学类浆液。颗粒类浆液的价格低、污染小，但注浆效果不好。水泥-水玻璃浆液用途广泛，但在有水或动水环境下浆液很容易被迅速稀释、甚至流失，达不到理想的注浆效果。化学注浆材料的注浆效果虽然好，但价格往往较高，且存在较大的安全问题，有毒性、腐蚀性强、易燃易爆、污染环境。因此，研发一种能够适用于强渗透动水地层，并具有凝固时间可调、浆材颗粒遇水膨胀、可注性强、涌水堵漏效果好、浆液扩散范围可控、费用低、无毒性等特点的针对用于动水环境下强渗透地层的注浆材料迫在眉睫。

技术实现要素：

本发明的目的是针对动水环境下强渗透地层的工程特点和注浆加固与防渗处理的要求，基于无机材料与有机材料复合原理，复掺高胶凝活性水泥熟料与辅助性胶凝材料，研发具有膨胀性结石体的高抗渗性、高耐久性等优良性能的新型水泥基注浆材料。

本发明的另一目的是提供该种材料相应的制备方法。

为实现上述发明目的，具体的，本发明公开了下述技术方案。

首先，本发明公开了一种用于动水环境下强渗透地层的注浆材料，包括膨胀材料、胶凝材料及速凝材料，其中所述的膨胀材料为聚丙烯酸钾晶体颗粒及聚丙烯酸钠结晶体。

其中，所述的胶凝材料为93％左右的硅酸钙、5％以下的石灰石或粒化高炉矿渣及2％左右的细磨石膏，所述的膨胀材料包括聚丙烯酸钾结晶体颗粒及聚丙烯酸钠结晶体，所述的速凝材料包括水玻璃等。

优选的，所述的聚丙烯酸钾晶体颗粒每立方米凝胶材料中添加0.6-1kg；所述聚丙烯酸钠结晶体每立方米凝胶材料中添加1-1.5kg。

优选的，所述的聚丙烯酸钾晶体颗粒的规格为5-10目；所述聚丙烯酸钠结晶体的规格为80-100目。

优选的，凝胶材料的强度等级为p.032.5至p.042.5，勃氏比表面积为300至350m²/kg。

其次，本发明公开了一种用于动水环境下强渗透地层的注浆材料的制备方法，具体步骤如下。

1)按比例称取制备原材料。

2)将凝胶材料按照水灰比0.8比1制成注浆的流体，制备过程中需要不断搅拌。

3)按照聚丙烯酸钾晶体颗粒每立方米凝胶材料中添加0.6-1kg；聚丙烯酸钠结晶体每立方米凝胶材料中添加1-1.5kg的比例向步骤2)的浆体中加入膨胀材料，搅拌均匀，在30分钟之内加入速凝剂后进行注浆。

优选的，所述的速凝材料为波美度为25至40的水玻璃，速凝剂与注浆液体积比为1比5左右。

最后，本发明公开了动水环境下强渗透地层注浆材料及其现场制备方法在抛石填海地层、杂填土地层、砂质地层、砾石地质等的加固及防渗注浆中的应用。

本发明膨胀材料的堵水效应原理为：膨胀材料泡发后有一定的强度，完全泡发时间大概在2小时左右。泡发后体积大概膨胀到原来的6-7倍。吸水重量在其自身重量的80-100倍左右。

与现有技术相比，本发明取得的主要有益效果有五条。

1)综合目前已有材料的优势，研发一种以水泥为主、外加剂为辅的混合材料，且凝结时间可在几秒～几十秒之间调整；掺加一种化学材料，水泥浆在有水或动水环境下也能够凝结，防止浆液受水的稀释或流水冲刷而影响凝结效果。

2)研发的新材料适用于动水环境下的强渗透地层，具有凝结时间可控、结石率高、结石体可膨胀(不倒缩)、可注性强、防水抗渗性强、抗水溶蚀性强、浆液扩散范围可控、界面结合强度高、费用低、耐久性好、绿色环保等优良性能的新型水泥基注浆材料。

3)研发的动水环境下强渗透地层的注浆新材料具有不同于现有注浆材料的独特性能，因此，通过室内试验、注浆模拟试验及现场试验，确定与新材料相配套的注浆参数、注浆工艺和注浆技术。

4)研发的注浆新材料价格低。目前水玻璃的市场价格约为1000元/吨，化学浆液马利散的市场价格约为30000元/吨，本项目研发的新型注浆材料的预期价格为3000～5000元/吨。

5)本发明的注浆材料适用范围广，成本较低，可注性强，能够用于动水环境下的强渗透地层加固及防渗处理，综合性能优异，有较好的经济效益和社会效益。

本发明所述的一种动水环境下强渗透地层注浆材料，其材料式样在最佳配合比(实施例1)的主要参数范围为初凝时间可以控制在20s至30分钟之间，终凝时间可以控制在3分钟至2小时30分钟之间，7d的抗压强度根据材料配比不同，可控制在5mpa至25mpa之间。

附图说明

图1是本发明所述的材料式样在最佳配合比(实施例1)的不同龄期的抗压强度曲线。

具体实施方式

本发明提供了一种动水环境下强渗透地层注浆材料及其制备方法。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

实施例一。

一种动水环境下强渗透地层注浆材料的制备方法，包括如下步骤。

1)按照水灰比0.8比1，先将水加入搅拌罐中，然后加入水泥(强度等级p.042.5，勃氏比表面积为300至350m²/kg)，再进行配置过程中，水泥需不停搅拌。

2)按照每立方注浆浆体中添加聚丙烯酸钾晶体颗粒每立方米凝胶材料中添加1g。添加聚丙烯酸钠结晶体每立方米凝胶材料中添加1kg。

3)将波美度为40的水玻璃与步骤2)中添加纤维后的注浆浆体按照体积比为1比5混合，运用双液注浆泵注入钻孔中即可。

将本实例现状的浆体注入钻孔后，与相同比例单纯注入水泥-水玻璃浆体比较，地层的涌水情况在30分钟内得到了解决，渗水情况随着膨胀材料体积的不断增加，在1小时46分钟得到完全解决。此时的硬化强度为19mpa，渗水系数为1.3×10^-7cm/s。

实施例二。

一种动水环境下强渗透地层注浆材料的制备方法，包括如下步骤。

1)按照水灰比1比1，先将水加入搅拌罐中，然后加入水泥(强度等级p.042.5，勃氏比表面积为300至350m²/kg)，再进行配置过程中，水泥需不停搅拌。

2)按照每立方注浆浆体中添加聚丙烯酸钾晶体颗粒每立方米凝胶材料中添加0.8kg。添加聚丙烯酸钠结晶体每立方米凝胶材料中添加1.5kg。

3)将波美度为40的水玻璃与步骤2)中添加纤维后的注浆浆体按照体积比为1比4.5混合，运用双液注浆泵注入钻孔中即可。

将本实例现状的浆体注入钻孔后，与相同比例单纯注入水泥-水玻璃浆体比较，地层的涌水情况在26分钟内得到了解决，渗水情况随着膨胀材料体积的不断增加，在1小时25分钟时得到完全解决。此时的硬化强度为21mpa，渗水系数为1.86×10^-7cm/s。

实施例三。

一种动水环境下强渗透地层注浆材料的制备方法，包括如下步骤。

1)按照水灰比1比1，先将水加入搅拌罐中，然后加入水泥(强度等级p.042.5，勃氏比表面积为300至350m²/kg)，再进行配置过程中，水泥需不停搅拌。

2)按照每立方注浆浆体中添加聚丙烯酸钾晶体颗粒每立方米凝胶材料中添加0.6kg。添加聚丙烯酸钠结晶体每立方米凝胶材料中添加1.5kg。

3)将波美度为40的水玻璃与步骤2)中添加纤维后的注浆浆体按照体积比为1比5混合，运用双液注浆泵注入钻孔中即可。

将本实例现状的浆体注入钻孔后，与相同比例单纯注入水泥-水玻璃浆体比较，地层的涌水情况在18分钟内得到了解决，渗水情况随着膨胀材料体积的不断增加，在46分钟时得到完全解决。此时的硬化强度为19.8mpa，渗水系数为2.36×10^-7cm/s。