專(zhuān)利名稱(chēng)：可控性粘土水泥防滲加固膏漿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于巖土工程基礎(chǔ)處理灌漿領(lǐng)域，尤其涉及一種摻有粘土的水泥膏漿類(lèi)防滲加固材料。
背景技術(shù)：
在全(強(qiáng))風(fēng)化巖體、松散土層、砂礫層、節(jié)理裂隙密集發(fā)育巖體等松軟透水巖土體防滲和加固工程以及具有大漏洞、高流速動(dòng)水地層的防滲堵漏中，應(yīng)用膏漿可實(shí)現(xiàn)控制灌漿。目前，公知的膏狀注漿材料有普通水泥膏漿、速凝膏漿及化學(xué)漿材等。其中，普通水泥膏漿是在純水泥漿液中加入粉煤灰等外加劑使其成為膏漿，普通的水泥膏漿易被水流沖釋?zhuān)凰倌酀{是在純水泥漿中加入外加劑，其凝結(jié)時(shí)間對(duì)溫度、攪拌均勻度、摻入量等因素都比較敏感，反應(yīng)時(shí)間難以精確控制，且價(jià)格也比較昂貴；化學(xué)灌漿材料具有一定的毒性，存在耐久性差，污染環(huán)境等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種穩(wěn)定性強(qiáng)、抗水流沖釋性能好的可控性粘土水泥防滲加固膏衆(zhòng)，特別是提供一種凝結(jié)時(shí)間可控、強(qiáng)度可調(diào)、防滲性能優(yōu)越、價(jià)格成本低且綠色環(huán)保的可控性粘土水泥防滲加固膏漿。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種可控性粘土水泥防滲加固膏漿，所述可控性粘土水泥防滲加固膏漿主要由粘土原漿、水泥和水配制而成，所述粘土原漿主要由粘土和水?dāng)嚢瓒?，所述可控性粘土水泥防滲加固膏漿中添加有改性劑，改性劑摻量為1% 3%，所述改性劑主要由質(zhì)量比為a b c的礦物類(lèi)添加劑、硫酸鹽和膨潤(rùn)土組成，且 a b c = 5 (5 O) (O 5)。作為對(duì)上述的可控性粘土水泥防滲加固膏漿的進(jìn)一步改進(jìn)，所述a=5，且所述b+c=5。換言之，在本發(fā)明優(yōu)選的可控性粘土水泥防滲加固膏漿的配方中，當(dāng)硫酸鹽的用量呈線性遞增時(shí)，膨潤(rùn)土的用量則呈線性遞減，且硫酸鹽和膨潤(rùn)土用量總和優(yōu)選與礦物類(lèi)添加劑的用量相等。上述的可控性粘土水泥防滲加固膏漿中，其中的水與水泥的質(zhì)量比優(yōu)選小于或等于2.6 : 1，更優(yōu)選為(L 8 2. 6) I。上述的可控性粘土水泥防滲加固膏漿中，其中的粘土與水泥的總質(zhì)量與水的質(zhì)量之比優(yōu)選為I : (O. 56 I. 43)。其中，粘土 水泥的質(zhì)量比一般控制在I :(0. 35 I. 5)，結(jié)石體28天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)O. 8MPa 8MPa。上述的可控性粘土水泥防滲加固膏漿中，所述粘土原漿的比重優(yōu)選為I. 2 g/cm3 I · 4 g/cm3。上述的可控性粘土水泥防滲加固膏漿中，所述可控性粘土水泥防滲加固膏漿的凝膠時(shí)間一般為3min 30min，所述可控性粘土水泥防滲加固膏漿的錐入度一般為75mm 77mm0
上述的可控性粘土水泥防滲加固膏漿中，所述膨潤(rùn)土優(yōu)選為鈣基膨潤(rùn)土。上述的可控性粘土水泥防滲加固膏漿中，所述礦物類(lèi)添加劑優(yōu)選主要為偏鋁酸鈉(sodium aluminate)。上述的可控性粘土水泥防滲加固膏漿中，所述硫酸鹽優(yōu)選主要為硫酸鈣(石膏)。本發(fā)明的上述技術(shù)方案基于以下原理本發(fā)明的改性劑加入粘土原漿后發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)改變粘土顆粒表面電荷的特征，降低土顆粒間的排斥力，破壞顆粒間的吸附力，能為水泥的反應(yīng)提供大量活性離子。另外，本發(fā)明的改性劑可以激發(fā)與粘土原漿中的Na+、K+、Ca+進(jìn)行離子交換作用，使得粘土膠團(tuán)表面電流降低，膠團(tuán)所吸附的雙電層減薄，電解質(zhì)濃度增強(qiáng)，顆粒趨于凝聚，減少粘土原漿的析水率，改善粘土原漿的穩(wěn)定性。另夕卜，粘土原漿中還含有活性Si02、A10廣、CaO等物質(zhì)，加入改 性劑后經(jīng)充分?jǐn)嚢?，改性劑中某些成分與這些活性成分反應(yīng)生成膠凝物質(zhì)，能激發(fā)粘土的潛在活性，增強(qiáng)了這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使之成為一種具有較高強(qiáng)度的整體，并在粘土顆粒表面生成一些晶核，促使其后的水化產(chǎn)物結(jié)晶速度加快。此外，改性劑中的無(wú)機(jī)鹽首先水解，生成大量的鋁酸根離子、硫酸根離子和氫氧根離子，而鋁酸根離子與水泥水化反應(yīng)后生成的Ca(OH)2溶解后的鈣離子發(fā)生反應(yīng)，生成水化鋁酸三鈣，降低了溶液中鈣離子的濃度，推進(jìn)了水泥水化反應(yīng)速度；而水化鋁酸三鈣的結(jié)晶體成為后續(xù)反應(yīng)物晶體生長(zhǎng)的晶核，加速了各種水化產(chǎn)物晶體的生長(zhǎng)，從而加快了水泥的水化反應(yīng)，提高了早期強(qiáng)度，縮短了初凝時(shí)間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)在本發(fā)明的可控性粘土水泥防滲加固膏漿中加入高含量的粘土，不僅改善了膏漿的穩(wěn)定性、觸變性及抗水流沖釋性能，而且提高了結(jié)石體的結(jié)石率和抗?jié)B性能(結(jié)石體抗?jié)B性能達(dá)到10_7cm/s量級(jí)，結(jié)石率可達(dá)到100%)，并大幅度降低了結(jié)石體的彈性模量和灌漿材料造價(jià)，解決了普通水泥膏漿易被水流沖釋等問(wèn)題；另外，通過(guò)在漿液中加入本發(fā)明的改性劑,并通過(guò)改性劑配方組分的調(diào)整,可有效實(shí)現(xiàn)本發(fā)明膏漿中凝膠時(shí)間、抗剪切屈服強(qiáng)度、塑性粘度等指標(biāo)的可控及結(jié)石體強(qiáng)度可調(diào)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中速凝膏漿凝結(jié)時(shí)間對(duì)溫度、攪拌均勻度、摻入量等因素都比較敏感，反應(yīng)時(shí)間難以精確控制等問(wèn)題。由于本發(fā)明的可控性粘土水泥防滲加固膏漿具有較高的水灰比，這也顯著降低了膏漿的生產(chǎn)成本，產(chǎn)品價(jià)格并未明顯上升，不會(huì)影響本發(fā)明產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。綜上，本發(fā)明的可控性粘土水泥防滲加固膏漿充分利用了水泥的固化、強(qiáng)度特性及粘土粒徑小、可灌性好、結(jié)石率高、塑性大、抗?jié)B性好等良好性能，是一種可控性好、綠色環(huán)保、低成本的新型粘土水泥膏漿。本發(fā)明可控性粘土水泥防滲加固膏漿中的粘土和改性齊U，不僅提高了膏漿的穩(wěn)定性和觸變性，而且隨著粘土含量的變化，其強(qiáng)度可調(diào)，漿液凝膠時(shí)間、抗剪切屈服強(qiáng)度可控，工程實(shí)踐中，我們可根據(jù)不同的地質(zhì)條件及施工要求來(lái)選擇與之相對(duì)應(yīng)的改性劑配比和粘土摻量，以滿足不同類(lèi)型工程(例如水利水電、堤坡、鐵道、公路、市政、港航等松軟地層、溶洞地層以及土石圍堰等大孔隙地層的加固、防滲灌漿及動(dòng)水堵漏)的需要。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I中加入不同配比改性劑的可控性粘土水泥防滲加固膏漿的凝膠時(shí)間變化趨勢(shì)圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例I中加入不同配比改性劑的可控性粘土水泥防滲加固膏漿的抗剪切屈服強(qiáng)度隨時(shí)間變化圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例I中可控性粘土水泥防滲加固膏漿的外觀形態(tài)照片。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例1 :
一種如圖3所示的本發(fā)明的可控性粘土水泥防滲加固膏漿，其主要由粘土原漿、水泥(P42. 5普通硅酸鹽水泥即可)和水配制而成，粘土原漿主要由優(yōu)質(zhì)粘土(含沙量小的優(yōu)質(zhì)粘土)和水?dāng)嚢瓒?，該可控性粘土水泥防滲加固膏漿中添加有改性劑，改性劑摻量(改性劑摻量即改性劑質(zhì)量占水泥質(zhì)量的比例)為2%，改性劑主要由質(zhì)量比為a b c的礦物類(lèi)添加劑(偏鋁酸鈉)、硫酸鈣和鈣基膨潤(rùn)土組成，a b c選用了下表I中的六組質(zhì)量比。表I :實(shí)施例I中可控性粘土水泥防滲加固膏漿的主材質(zhì)量比
權(quán)利要求
1.一種可控性粘土水泥防滲加固膏漿，所述可控性粘土水泥防滲加固膏漿主要由粘土原漿、水泥和水配制而成，所述粘土原漿主要由粘土和水?dāng)嚢瓒桑涮卣髟谟谒隹煽匦哉惩了喾罎B加固膏漿中添加有改性劑，改性劑摻量為1% 3%，所述改性劑主要由質(zhì)量比為a : b : c的礦物類(lèi)添加劑、硫酸鹽和膨潤(rùn)土組成，且a : b : c = 5 : (5 O):(O 5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可控性粘土水泥防滲加固膏漿，其特征在于所述a=5，且所述 b+c=5。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可控性粘土水泥防滲加固膏漿，其特征在于所述可控性粘土水泥防滲加固膏漿中的水與水泥的質(zhì)量比小于或等于2. 6 I。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可控性粘土水泥防滲加固膏漿，其特征在于所述可控性粘土水泥防滲加固膏漿中的水與水泥的質(zhì)量比為(I. 8 2. 6) I。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可控性粘土水泥防滲加固膏漿，其特征在于所述可控性粘土水泥防滲加固膏漿中粘土與水泥的總質(zhì)量與水的質(zhì)量之比為I : (O. 56 I. 43)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可控性粘土水泥防滲加固膏漿，其特征在于所述粘土原衆(zhòng)的比重為I. 2 g/cm3 I. 4 g/cm3。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可控性粘土水泥防滲加固膏漿，其特征在于所述可控性粘土水泥防滲加固膏漿的凝膠時(shí)間為3min 30min，所述可控性粘土水泥防滲加固膏漿的維入度為75_ 77_。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可控性粘土水泥防滲加固膏漿，其特征在于所述膨潤(rùn)土為I丐基膨潤(rùn)土。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可控性粘土水泥防滲加固膏漿，其特征在于所述礦物類(lèi)添加劑主要為偏鋁酸鈉。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可控性粘土水泥防滲加固膏漿，其特征在于所述硫酸鹽主要為硫酸鈣。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種可控性粘土水泥防滲加固膏漿，該可控性粘土水泥防滲加固膏漿主要由粘土原漿、水泥和水配制而成，粘土原漿主要由粘土和水?dāng)嚢瓒桑煽匦哉惩了喾罎B加固膏漿中添加有改性劑，改性劑摻量為1%～3%，改性劑主要由質(zhì)量比為a∶b∶c的礦物類(lèi)添加劑、硫酸鹽和膨潤(rùn)土組成，且a∶b∶c=5∶(5～0)∶(0～5)。本發(fā)明的產(chǎn)品具有穩(wěn)定性強(qiáng)、抗水流沖釋性能好、凝結(jié)時(shí)間可控、強(qiáng)度可調(diào)、防滲性能優(yōu)越、價(jià)格成本低且綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C04B28/04GK102617092SQ20121011397
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者張貴金, 楊松林, 盛松濤, 胡榮宗, 莫智銑 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙理工大學(xué)