用于岩体裂隙加固的灌浆材料及其制备方法

1.本发明涉及岩石工程技术领域。更具体地说，本发明涉及一种用于岩体裂隙加固的灌浆材料及其制备方法。


背景技术：

2.岩体中裂隙的发育会显著影响岩体的强度和稳定性，易造成岩石崩落、坍塌等地质灾害，危及生命财产安全，因此需要对含裂隙的岩体进行加固。
3.灌浆加固是一种常用的岩体裂隙加固方法，所用灌浆材料可以在岩体裂隙和孔隙中起到充填加固和堵水防渗等作用。灌浆材料可分为固粒灌浆材料和化学灌浆材料等，其中，固粒灌浆材料主要有粘土浆、水泥浆、水泥
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黏土浆和水泥粉煤灰浆等，化学灌浆材料主要有硅化用灌浆材料、环氧树脂灌浆材料、甲基丙烯酸甲酯堵漏浆液、丙烯酰胺堵漏浆液和聚氨酯灌浆材料等，此外，目前还存在有将不同的天然矿物、人造矿物和其他材料进行组合产生的精细矿物灌浆材料。
4.固粒灌浆材料受其颗粒尺寸限制，无法对细微裂隙进行加固，且该类灌浆材料容易受到环境变化、温度变化以及环境中腐蚀性离子如氯离子的影响，使用寿命减少；化学灌浆材料，尤其是纳米类化学灌浆材料，虽然能够对细微的裂隙区域进行充填，有助于提高加固和防渗效果，但相对于固粒灌浆材料，其成本增加明显，大规模使用时不太经济。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
6.本发明还有一个目的是提供一种用于岩体裂隙加固的灌浆材料及其制备方法，将水泥、黏土、粉煤灰等固粒灌浆材料和聚氨酯、水玻璃、硅胶等化学灌浆材料相结合，能够制备出一种性能优良的用于岩体裂隙加固的灌浆材料，其固结强度高，稳定性好，耐风蚀性能好，受环境温度变化和季节变化影响小，能够有效提高含裂隙岩体的稳定性和抗渗性能，从而有效加固含裂隙的岩体。
7.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于岩体裂隙加固的灌浆材料，按重量份计，包括10～25份水泥、5～10份粘土、6～12份粉煤灰、12～22份聚氨酯、8～13份水玻璃、9～18份硅胶、3～6份固化剂、5～9份膨胀剂和10～25份水。
8.优选的是，包括25份水泥、10份粘土、12份粉煤灰、12份聚氨酯、8份水玻璃、9份硅胶、6份固化剂、7份膨胀剂和18份水。
9.优选的是，包括10份水泥、5份粘土、6份粉煤灰、22份聚氨酯、13份水玻璃、18份硅胶、5份固化剂、8份膨胀剂和20份水。
10.本发明提供一种用于岩体裂隙加固的灌浆材料的制备方法，按上述重量份计，包括以下步骤：
11.s1、将水泥、粘土、粉煤灰、聚氨酯、水玻璃和硅胶混合后加入反应釜中；
12.s2、启动反应釜，再加入水，进行第一次搅拌，搅拌时间控制在20～50min，搅拌转
速控制在160～280r/min，反应温度控制在50～80℃；
13.s3、停止第一次搅拌，将固化剂和膨胀剂添加至反应釜中，再次启动反应釜进行第二次搅拌，搅拌20～30min后停止，得灌浆材料。
14.优选的是，得灌浆材料后，启动反应釜上端连接的增压装置，将灌浆材料压出，灌浆材料需及时使用以防止其在短时间内凝固。
15.优选的是，所述固化剂为醋酸乙酯、三醋酸甘油酯和乙二醇二乙酸酯中的一种或几种。
16.优选的是，所述膨胀剂为硫铝酸钙类膨胀剂、氧化钙类膨胀剂或uea膨胀剂中的一种或几种。
17.优选的是，所述反应釜还包括增压装置和气压表，所述增压装置设置在所述反应釜上方，且通过连接管与所述反应釜连接，所述连接管上设有球阀，所述气压表与所述反应釜连通，用于检测所述反应釜中的气压。
18.优选的是，所述反应釜还包括加料斗，其设置在所述反应釜的上表面。
19.优选的是，所述反应釜内部周侧安装分布有电热丝，所述电热丝电性连接加热控制器。
20.本发明至少包括以下有益效果：
21.能够制备出一种性能优良的用于岩体裂隙加固的灌浆材料，其固结强度高，稳定性好，耐风蚀性能好，受环境温度变化和季节变化影响小，能够有效提高含裂隙岩体的稳定性和抗渗性能；
22.通过设置水泥、粘土和粉煤灰等颗粒型无机胶凝材料，取材方便且经济，具有良好的固结能力，可直接灌浆充填裂隙区域，能够有效提高含裂隙岩体的强度和稳定性；
23.通过设置聚氨酯、水玻璃和硅胶等化学灌浆材料，可用于岩体微细裂隙的加固和防渗，速度快，质量好，使用寿命长，能够有效的提高含裂隙岩体的抗渗性，提高含裂隙岩体的稳定性。
24.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
25.图1为本发明一种用于岩体裂隙加固的灌浆材料的制备方法的流程示意图；
26.图2为本发明用于岩体裂隙加固的灌浆材料的制备方法的反应釜的结构示意图。
27.图2中：1电机、2加料斗、3搅拌罐、4搅拌轴、5搅拌棒、6气压表、7增压装置、8球阀、9连接管、10电热丝、11出料口。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
29.需在本发明的描述中，术语“上方”、“上表面”、“周侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。
30.需要说明的是，所述反应釜包括搅拌罐3、搅拌轴4、电机1、若干搅拌棒5、出料口11，所述搅拌轴4与所述搅拌罐3同轴设置，所述电机1连接所述搅拌轴4，若干搅拌棒5间隔固定在所述搅拌轴4上，所述搅拌棒5与所述搅拌轴4垂直分布，所述出料口11设置在所述搅拌罐3底部。
31.在另外一个实施例中，所述反应釜还包括增压装置7和气压表6，所述增压装置7设置在所述反应釜上方，且通过连接管9与所述反应釜连接，所述连接管9上设有球阀8，所述气压表6与所述反应釜连通，用于检测所述反应釜中的气压。
32.在另外一个实施例中，所述反应釜还包括加料斗2，其设置在所述反应釜的上表面。
33.在另外一个实施例中，所述反应釜内部周侧安装分布有电热丝10，所述电热丝10电性连接加热控制器。
34.本发明提供一种用于岩体裂隙加固的灌浆材料，按重量份计，包括10～25份水泥、5～10份粘土、6～12份粉煤灰、12～22份聚氨酯、8～13份水玻璃、9～18份硅胶、3～6份固化剂、5～9份膨胀剂和10～25份水。
35.请参考图1，本发明的实施例提供了一种用于岩体裂隙加固的灌浆材料的制备方法的流程示意图，包括以下步骤：
36.s1、准备相关材料，将水泥、粘土、粉煤灰、聚氨酯、水玻璃和硅胶混合后加入反应釜中，其中，水玻璃浓度范围为35～40be’；
37.s2、启动反应釜，再加入水，进行第一次搅拌，搅拌时间控制在20～50min，搅拌转速控制在160～280r/min，反应温度控制在50～80℃；
38.s3、停止第一次搅拌，将固化剂和膨胀剂添加至反应釜中，再次启动反应釜进行第二次搅拌，搅拌20～30min后停止，得灌浆材料。
39.在另外一个实施例中，得灌浆材料后，启动反应釜上端连接的增压装置，将灌浆材料压出，灌浆材料需及时使用以防止其在短时间内凝固。
40.在另外一个实施例中，所述固化剂为醋酸乙酯、三醋酸甘油酯和乙二醇二乙酸酯中的一种或几种。
41.在另外一个实施例中，所述膨胀剂为硫铝酸钙类膨胀剂、氧化钙类膨胀剂或uea膨胀剂中的一种或几种。
42.要说明的是，下述实施方案中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；
43.<实施例1>
44.一种用于岩体裂隙加固的灌浆材料，按重量份计，包括15份水泥、8份粘土、9份粉煤灰、16份聚氨酯、10份水玻璃、14份硅胶、6份固化剂、5份膨胀剂和25份水。
45.<实施例2>
46.一种用于岩体裂隙加固的灌浆材料，按重量份计，包括25份水泥、10份粘土、12份粉煤灰、12份聚氨酯、8份水玻璃、9份硅胶、5份固化剂、7份膨胀剂和18份水。
47.<实施例3>
48.一种用于岩体裂隙加固的灌浆材料，按重量份计，包括10份水泥、5份粘土、6份粉
煤灰、22份聚氨酯、13份水玻璃、18份硅胶、5份固化剂、8份膨胀剂和20份水。
49.<实施例4>
50.一种用于岩体裂隙加固的灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：
51.s1、按实施例1的重量份计，将水泥、粘土、粉煤灰、聚氨酯、水玻璃和硅胶混合后加入反应釜中；
52.s2、启动反应釜，再加入水，进行第一次搅拌，搅拌时间控制在20min，搅拌转速控制在280r/min，反应温度控制在50℃；
53.s3、停止第一次搅拌，将醋酸乙酯和硫铝酸钙类膨胀剂添加至反应釜中，再次启动反应釜进行第二次搅拌，搅拌20min后停止，得灌浆材料；
54.s4、启动反应釜上端连接的增压装置，将灌浆材料压出，灌浆材料需及时使用以防止其在短时间内凝固。
55.<实施例5>
56.一种用于岩体裂隙加固的灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：
57.s1、按实施例2的重量份计，将水泥、粘土、粉煤灰、聚氨酯、水玻璃和硅胶混合后加入反应釜中；
58.s2、启动反应釜，再加入水，进行第一次搅拌，搅拌时间控制在50min，搅拌转速控制在160r/min，反应温度控制在50℃；
59.s3、停止第一次搅拌，将三醋酸甘油酯和氧化钙类膨胀剂添加至反应釜中，再次启动反应釜进行第二次搅拌，搅拌30min后停止，得灌浆材料；
60.s4、启动反应釜上端连接的增压装置，将灌浆材料压出，灌浆材料需及时使用以防止其在短时间内凝固。
61.<实施例6>
62.一种用于岩体裂隙加固的灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：
63.s1、按实施例2的重量份计，将水泥、粘土、粉煤灰、聚氨酯、水玻璃和硅胶混合后加入反应釜中；
64.s2、启动反应釜，再加入水，进行第一次搅拌，搅拌时间控制在40min，搅拌转速控制在180r/min，反应温度控制在60℃；
65.s3、停止第一次搅拌，将乙二醇二乙酸酯和uea膨胀剂添加至反应釜中，再次启动反应釜进行第二次搅拌，搅拌25min后停止，得灌浆材料。
66.s4、启动反应釜上端连接的增压装置，将灌浆材料压出，灌浆材料需及时使用以防止其在短时间内凝固。
67.<实施例7>
68.一种用于岩体裂隙加固的灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：
69.s1、按实施例3重量份计，将水泥、粘土、粉煤灰、聚氨酯、水玻璃和硅胶混合后加入反应釜中；
70.s2、启动反应釜，再加入水，进行第一次搅拌，搅拌时间控制在30min，搅拌转速控制在220r/min，反应温度控制在70℃；
71.s3、停止第一次搅拌，将乙二醇二乙酸酯和uea膨胀剂添加至反应釜中，再次启动反应釜进行第二次搅拌，搅拌28min后停止，得灌浆材料；
72.s4、启动反应釜上端连接的增压装置，将灌浆材料压出，灌浆材料需及时使用以防止其在短时间内凝固。
73.<对比例1>
74.一种固粒灌浆材料，按重量份计，包括18份p.c32.5水泥、6份粘土、6份f类ⅱ级粉煤灰、1.5份固化剂、2份膨胀剂、0.2份减水剂和20份水
75.<对比例2>
76.一种化学灌浆材料，按重量份计，包括12份聚氨酯、8份水玻璃、6份硅胶、0.6份叔胺类催化剂、0.5份硅烷类偶联剂。
77.<灌浆材料性能测试>
78.实施例4～7和对比例1～2的灌浆材料的主要技术指标如下表所示，其中抗压强度通过单轴抗压强度试验获得，发泡率由体积变化进行测算，所有数据均通过试验测定。
[0079][0080][0081]
由上表可知，本发明提供的用于岩体裂隙加固的灌浆材料，相比于传统的固粒灌浆材料，能够迅速提高其固结强度，缩短初凝时间，发泡率高，具有良好的固结能力，可以迅速填补并修复含裂隙岩体，增强加固效果；相比于化学灌浆材料能够大幅提高固结强度，增强加固效果，提高含裂隙岩体的稳定性。
[0082]
本发明提供了一种用于岩体裂隙加固的灌浆材料及其制备方法，能够制备出一种性能优良的用于岩体裂隙加固的灌浆材料，通过设置的水泥、粘土和粉煤灰等颗粒型无机胶凝材料，具有良好的固结能力，可直接灌浆充填裂隙区域，能够有效提高含裂隙岩体的强度和稳定性；通过设置的聚氨酯、水玻璃和硅胶等化学灌浆材料，能够填充微小的裂隙区域，能够有效的提高含裂隙岩体的抗渗性，提高含裂隙岩体的稳定性；该灌浆材料的固结强度高，稳定性好，耐风蚀性能好，受环境温度变化和季节变化影响小，能够有效提高含裂隙岩体的稳定性和抗渗性能，能够有效加固含有裂隙的岩体。
[0083]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例和实施例。