本发明涉及岩土工程,特别涉及一种co2泡沫水泥砂浆材料、软岩加固方法及系统。
背景技术:
1、在地下工程、隧道建设及矿山开采过程中,软岩地层的稳定性问题是影响工程安全和进度的关键因素。软岩地层因其软弱、膨胀、流变性强、可注性差等特性,容易在施工中发生变形和破坏,导致工程事故。
2、传统的软岩加固方法包括机械加固、物理加固和化学注浆。机械加固方法如锚杆和钢筋网,虽然提供支撑,但在高膨胀率和高变形的软岩条件下效果不理想,易失效。物理加固方法如加热、冷冻等,应用范围有限且成本高。化学注浆通过注入化学浆液,固化后形成高强度固结体,但常规浆液粘度高,流动性差,难以渗透微细裂隙,导致加固效果不均匀,且固结体弹性不足,难以适应软岩长期变形。
3、为了克服现有技术的不足,需提供一种能够改善浆液渗透性、均匀性、提高长期性能的软岩加固方法,降低软岩地层在开挖过程中地质灾害发生的可能性。相比之下,脉动注浆是一种先进的加固方法,可以增加软岩的承载力和抗沉降能力,从而保证的软岩安全和稳定。然而,目前脉动注浆使用的co2泡沫水泥砂浆材料配方较为单一,需要用到大量的硅酸盐水泥。有必要对现有co2泡沫水泥砂浆材料进行改进,满足更多的场景。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的问题,本发明提供了一种co2泡沫水泥砂浆材料,所述水泥砂浆以质量百分比计包括,
2、8%-10%的氯氧镁水泥、16%-18%的粉煤灰、3.5%-4%的膨润土、51%-53%的河砂、17%-19%的水;
3、所述氯氧镁水泥中mgo与mgcl2的质量比为0.5-2:1。
4、进一步地,所述co2泡沫和水泥砂浆的泡浆比为3-5:1。
5、进一步地,所述co2泡沫的制备方法包括,
6、将发泡剂、稳泡剂与水混合得到发泡液;
7、将co2通入发泡液中进行发泡,得到co2泡沫。
8、进一步地,所述发泡液以质量百分比计包括,1%-2%的发泡剂、1.5%-3%的稳泡剂、水为余量。
9、在本发明中发泡剂和稳泡剂的种类无需严格限定,示例性地,发泡剂可以为茶皂素(ts),稳定剂可以为十二烷基苯磺酸钠(sdbs)。
10、进一步地,所述co2泡沫的体积为所述发泡液体积的5.5倍以上,所述co2泡沫的稳定时间大于30min。
11、进一步地,所述co2泡沫水泥砂浆材料的2h析出率低于5%。
12、本发明也提供了一种软岩加固方法,包括,
13、在需要加固的软岩地层完成钻孔作业,并下入套管和注浆管;
14、采用脉动注浆,将上述的co2泡沫水泥砂浆材料通过注浆管注入软岩地层,其中,注浆管先下入底端进行注浆,随后上提注浆管由下至上地分段完成软岩地层的加固。
15、进一步地,所述脉动注浆的压力为0.5-2.0mpa、脉动频率为20-30次/min。
16、本发明还提供了一种软岩加固系统,包括水泥砂浆单元和注浆单元;
17、所述水泥砂浆单元用于制备并存储上述的co2泡沫水泥砂浆材料;
18、所述注浆单元用于采用脉动注浆,将水泥砂浆单元内的co2泡沫水泥砂浆材料注入需要加固的软岩地层。
19、进一步地,所述注浆单元包括相连接的脉动泵和注浆管,以及伸缩装置,所述伸缩装置用于提升或下放所述注浆管
20、相对于现有技术,本发明具有以下的有益效果:
21、本发明以氯氧镁水泥替换co2泡沫水泥砂浆中常用的硅酸盐水泥,使得浆体固化后的强度提升,对软岩加固的能力增强;同时改进了氯氧镁水泥中mgo与mgcl2的质量比,结果表明,在优选质量比下,co2泡沫水泥砂浆的加固能力更强。
1.一种co2泡沫水泥砂浆材料,包括co2泡沫和水泥砂浆,其特征在于,所述水泥砂浆以质量百分比计包括,
2.根据权利要求1所述的co2泡沫水泥砂浆材料,其特征在于,所述co2泡沫和水泥砂浆的泡浆比为3-5:1。
3.根据权利要求1所述的co2泡沫水泥砂浆材料,其特征在于,所述co2泡沫的制备方法包括,
4.根据权利要求3所述的co2泡沫水泥砂浆材料,其特征在于,所述发泡液以质量百分比计包括,1%-2%的发泡剂、1.5%-3%的稳泡剂、水为余量。
5.根据权利要求3所述的co2泡沫水泥砂浆材料,其特征在于,所述co2泡沫的体积为所述发泡液体积的5.5倍以上,所述co2泡沫的稳定时间大于30min。
6.根据权利要求1-5任一项所述的co2泡沫水泥砂浆材料,其特征在于,所述co2泡沫水泥砂浆材料的2h析出率低于5%。
7.一种软岩加固方法,其特征在于,包括,
8.根据权利要求7所述的软岩加固方法,其特征在于,所述脉动注浆的压力为0.5-2.0mpa、脉动频率为20-30次/min。
9.一种软岩加固系统,其特征在于,包括水泥砂浆单元和注浆单元;
10.根据权利要求9所述的软岩加固系统,其特征在于,所述注浆单元包括相连接的脉动泵和注浆管,以及伸缩装置,所述伸缩装置用于提升或下放所述注浆管。