非飽和黃土ns復(fù)合注漿材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及非飽和黃土注漿材料領(lǐng)域，特別涉及一種非飽和黃土NS復(fù)合注漿材 料及其制備方法，屬有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 非飽和黃土即飽和度SK100%的黃土，它廣泛分布在我國(guó)的西北和華北地區(qū)，占 我國(guó)國(guó)土面積的6. 6%。注漿，也稱灌漿，就是將具有充填膠結(jié)性能的材料配成漿液，以泵壓 為動(dòng)力源，用注漿設(shè)備通過(guò)注漿管將其注入到地層，漿液以滲透、填充、劈裂和擠密等方式 擴(kuò)散，趕走土顆粒間或巖體裂隙中的水分和空氣后占據(jù)其位置，由于漿液的凝結(jié)、硬化，將 原來(lái)松散的土?；蛄严赌z結(jié)成一個(gè)整體，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)新、強(qiáng)度大、防水抗?jié)B性能高和化學(xué) 穩(wěn)定性良好的"結(jié)石體"，達(dá)到對(duì)地層加固或堵水的目的，改善受注地層的水文地質(zhì)和工程 地質(zhì)條件。
[0003] 注漿技術(shù)是地下、土木、水利等工程中的一項(xiàng)重要技術(shù)、也是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工程 技術(shù)。注漿漿液分為顆粒型漿液和化學(xué)漿液，顆粒型漿液也稱為懸濁漿液，當(dāng)懸濁液被注進(jìn) 土體時(shí)，懸濁液中的顆粒隨著水溶質(zhì)一起擴(kuò)散直至其從水中析出固結(jié)。膨潤(rùn)土漿液、水泥漿 液、粉煤灰漿液及石灰漿液都屬于這類漿液。顆粒型漿液不能注進(jìn)粉土或者滲透系數(shù)小于 10~4m/s的砂土。化學(xué)漿液屬于純?nèi)芤?，漿液中沒(méi)有懸浮顆粒，目前應(yīng)用比較多的化學(xué)漿 液是水玻璃類、聚合物類、環(huán)氧類、懸濁液中在土體中的滲透性與漿液中顆粒大小有關(guān)，而 化學(xué)漿液滲透性主要與其粘度有關(guān)。相關(guān)研究表明化學(xué)漿液的滲透擴(kuò)散主要受其初始粘度 和其在凝膠過(guò)程中的粘度變化影響較大。水玻璃是目前應(yīng)用最多的化學(xué)注漿材料，經(jīng)常和 水泥漿液或者超細(xì)水泥漿液一起使用，其可以滲透到滲透系數(shù)10~4m/s的土層中，但是 針對(duì)滲透系數(shù)小于10~4m/s就應(yīng)當(dāng)使用價(jià)格相對(duì)比較昂貴的樹(shù)脂類漿液。水玻璃類漿 液由于其安全、對(duì)環(huán)境沒(méi)有危害而得到廣泛的應(yīng)用。樹(shù)脂類漿液與水玻璃相比有較低的粘 度，并且凝膠時(shí)間相對(duì)比較容易控制，但是其對(duì)環(huán)境和身體健康的影響而使其的應(yīng)用飽受 爭(zhēng)議。
[0004] 一種理想的注漿材料，必須具備以下的主要特性：
[0005] (1)漿液的穩(wěn)定性好，在常溫，常壓下較長(zhǎng)時(shí)間存放不改變性質(zhì)，不發(fā)生強(qiáng)烈化學(xué) 反應(yīng)。
[0006] (2)漿液黏度底，流動(dòng)性好，可注性強(qiáng)，可注入細(xì)小裂隙中。
[0007] (3)漿液凝膠時(shí)間在一定范圍內(nèi)可調(diào)，并能準(zhǔn)確控制。
[0008] (4)漿液無(wú)毒，無(wú)臭，不污染環(huán)境，對(duì)人體無(wú)害，屬于非易燃易爆物品。
[0009] (5)漿液對(duì)注漿設(shè)備，管路等無(wú)腐蝕性。
[0010] (6)漿液固化時(shí)無(wú)收縮現(xiàn)象，固化后與巖體等有一定的黏結(jié)性。
[0011] (7)結(jié)石體具有一定的抗壓抗拉強(qiáng)度，不龜裂，抗?jié)B性能，防沖刷性能和耐老化性 能好。
[0012] (8)材料來(lái)源豐富，價(jià)格低廉。
[0013] (9)漿液配制方便，操作簡(jiǎn)便。
[0014]目前的注漿材料較難同時(shí)滿足上述所以要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明目的在于提供一種非飽和黃土NS復(fù)合注漿材料及其制備方法。本工藝路 線制備的非飽和黃土復(fù)合注漿材料安全、廉價(jià)、粘度低又能較大改善非飽和黃土工程特性。
[0016] 本發(fā)明所述的非飽和黃土NS復(fù)合注漿材料，至少包括以重量百分比配比的如下 組份：
[0017] 1) 40 ~80% 風(fēng)積砂（Si02)
[0018] 2) 5 ~3〇% 氫氧化鈉（NaOH)
[0019] 3) 1 ~2〇% 磷酸氫二鈉（Na2HP04)
[0020] 4) 0? 1~3%聚丙烯酸鈉
[0021] 5) 0? 1~3%多聚磷酸鈉。
[0022] 非飽和黃土NS復(fù)合注漿材料的制備方法，包括以下步驟：
[0023] 1)先將預(yù)先按40~80%稱量好的風(fēng)積砂（Si02)過(guò)水提純；
[0024] 2)將40~80%的風(fēng)積砂（Si02)、5~30%氫氧化鈉（NaOH)放入高壓蒸鍋內(nèi)強(qiáng)力 攪拌均勻，蒸汽加熱；
[0025] 3)將1~20%磷酸氫二鈉溶液（Na2HP04)、0. 1~3%聚丙烯酸鈉溶液、0. 1~3%多 聚磷酸鈉溶液依次注入蒸鍋中，不斷攪拌，大約3小時(shí)后，反應(yīng)結(jié)束，降溫至40°C以下；
[0026] 4)倒出，過(guò)濾得上層清液即可。
[0027] 所述的步驟2)高壓蒸鍋內(nèi)以3~5°C/min速率升溫至180°C~220°C，壓力控制 在0. 8~1. 2MPa，恒溫保存并不斷攪拌得到褐色乳化液。
[0028] 本發(fā)明將風(fēng)積砂、氫氧化鈉放入高壓蒸鍋中混合，其中，風(fēng)積砂的主要成分--二 氧化硅與氫氧化鈉在高溫及蒸汽的作用下充分反映生成小分子硅溶膠，聚丙烯酸鈉中的酰 胺基能與硅溶膠中的硅鍵和硅氧鍵發(fā)生交聯(lián)作用，因此可用作分散劑，使硅溶膠很好地溶 于水，從而解決硅溶膠析出沉淀的問(wèn)題，而多聚磷酸鈉可加速聚丙烯酸鈉與水玻璃的聚合， 促進(jìn)聚丙烯酸鈉吸附在硅溶膠膠粒上，起到阻礙硅溶膠膠粒相互合并長(zhǎng)大的作用。小分子 硅溶膠分子間作用力較弱，分子勢(shì)能高，又由于其羥基官能團(tuán)可以自由旋轉(zhuǎn)，增加了材料對(duì) 非飽和黃土的浸潤(rùn)性，克服了顆粒型漿液及大分子漿液難滲入土層的缺陷。這些因素都有 助于改善非飽和黃土復(fù)合注漿材料對(duì)土層的滲透性，增加其滲透范圍。
[0029] 當(dāng)非飽和黃土復(fù)合注漿材料滲入土體后，部分漿材填充于土顆粒間的縫隙中，還 有部分附著在顆粒表面。隨干燥過(guò)程的進(jìn)行，材料中的水分不斷蒸發(fā)，滲透到土層中硅溶膠 及固化添加劑發(fā)生縮聚反應(yīng)，形成三維復(fù)合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；硅溶膠則變成硅膠凝膠鏈接相鄰?fù)?顆粒，增強(qiáng)土骨架結(jié)構(gòu)性；改善土層的抗剪強(qiáng)度、壓縮性及滲透性。
[0030] 本發(fā)明的工藝流程簡(jiǎn)單易行，材料無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)腐蝕、系非易燃易爆品、且不易變 質(zhì)，對(duì)非飽和黃土加固后的土體進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試、壓縮性測(cè)試，濕陷性測(cè)試和滲透 性測(cè)試其結(jié)果表明：采用本發(fā)明方法制備的非飽和黃土復(fù)合注漿材料加固后的土體的抗剪 強(qiáng)度、壓縮性及滲透性。均有不同程度的提高。
[0031] 該注漿材料可以方便地進(jìn)行灌注加固，加固后的黃土，可以大幅提高其工程地質(zhì) 特性，滿足工程建設(shè)要求。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 實(shí)施例1 :
[0033]配料：70%風(fēng)積砂（Si02)、25% 氫氧化鈉（NaOH)、4% 磷酸氫二鈉（Na2HP04)、0. 5% 聚 丙烯酸鈉、〇. 5%多聚磷酸鈉。
[0034] 材料制備：先將預(yù)先稱量好的風(fēng)積砂過(guò)水提純，然后將風(fēng)積砂（Si02)、氫氧化 鈉（NaOH)放入高壓蒸鍋內(nèi)強(qiáng)力攪拌均勻，蒸汽加熱，高壓蒸鍋內(nèi)