專利名稱：用于粉細(xì)砂路堤加寬的邊坡注漿漿液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于粉細(xì)砂路堤加寬的邊坡注漿漿液及其制備方法，適用于粉細(xì)砂路堤加寬技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和公路交通流量的日益增加，公路加寬擴(kuò)建已經(jīng)成為現(xiàn)代交通發(fā)展的重要方向之一。在公路擴(kuò)建中經(jīng)常會遇到兩側(cè)粘性土包邊的粉細(xì)砂路基加寬，為了保證加寬后路基路面具有良好的工程特性，一般采用清除老路邊坡粘性土后再開挖臺階的方法使新老路基有效銜接。但由于粉細(xì)砂的黏聚力很小，開挖后的臺階不能自立， 易坍塌，因此大多采用開挖小臺階開挖坡表噴水泥砂漿法、樁體支護(hù)大臺階開挖法或邊坡注漿大臺階開挖法。小臺階開挖法施工復(fù)雜、進(jìn)度慢，不利于施工工期與進(jìn)度的控制；樁體支護(hù)大臺階開挖法經(jīng)濟(jì)性較差。對于邊坡注漿大臺階開挖法，目前國內(nèi)外采用的注漿漿液種類很多，包括水泥漿液、水玻璃漿液以及樹脂類漿液等，每種類型的漿液都有一定的使用范圍。其中應(yīng)用最為廣泛的是水泥漿液，但是水泥漿液在粉細(xì)砂層中的滲透性差，由于壓實(shí)后的粉細(xì)砂孔隙率較低，傳統(tǒng)水泥漿液粘度較高，注漿過程中水泥漿液的流動阻力大，均勻性差，注漿半徑小，很難滿足邊坡加固要求；因此需要采用粒徑很小的超細(xì)水泥，這樣一來成本將大幅度上升。水玻璃漿液根據(jù)固化劑的類型分為堿性漿液和酸性漿液。堿性漿液以水玻璃-氯化鈣漿液為代表，由于漿液的擴(kuò)散半徑小，使用的局限性比較大，目前應(yīng)用很少。酸性水玻璃漿液在一定程度上提高了漿液的擴(kuò)散能力，但存在注漿加固體強(qiáng)度較低的問題；另外，由于硫酸的強(qiáng)腐蝕性，易對周邊環(huán)境造成污染危害，屬于危險(xiǎn)品，目前只在隧道的初期支護(hù)中應(yīng)用。樹脂類漿液采用各種類型的樹脂，包括環(huán)氧樹脂和聚酰胺類樹脂。加固的強(qiáng)度比較高，但是原材料造價(jià)也高，實(shí)際使用中對環(huán)境有不良影響，只在一些特殊的地方應(yīng)用?；谀壳案黝愖{漿液在實(shí)際應(yīng)用中的局限性，迫切需要一種滲透性能好，注漿后擴(kuò)散半徑大，注漿加固體強(qiáng)度高、均勻性好的邊坡注漿漿液。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于粉細(xì)砂路堤加寬的邊坡注漿漿液及其制備方法，制成的漿液在注漿后擴(kuò)散半徑大，注漿加固體強(qiáng)度高、均勻性好，漿液在空氣中和砂層中的膠凝時間長。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種用于粉細(xì)砂路堤加寬的邊坡注漿漿液，它由下述質(zhì)量份數(shù)配比的原料制成水玻璃3 15份、醋酸2 10份、氯化鈣I 5份、磷酸氫二鈉0. 2 3份、三氯化鐵0. I 5份和氯化鋁0. I 5份，磷酸或硫酸0. I 3份。
上述用于粉細(xì)砂路堤加寬的邊坡注漿漿液的制備方法如下將上述各原料均制成溶液；在水玻璃溶液中按配比加入磷酸氫二鈉溶液，充分?jǐn)嚢韬笤俨粩嗉尤氲酱姿崛芤褐?，調(diào)整加入比例，使得二者混合后的溶液為酸性，且PH值不大于5. 2 ;再在上述配置好的溶液中加入稀磷酸或稀硫酸調(diào)整PH值為4. 3 5. 0，攪拌均勻；再加入三氯化鐵溶液，攪拌均勻；再加入氯化鈣溶液，攪拌均勻；最后加入氯化鋁溶液，攪拌均勻，完成整個邊坡注漿漿液的制備。上述用于粉細(xì)砂路堤加寬的邊坡注漿漿液的制備方法，具體步驟如下
(1)將醋酸配制成質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5 25%的醋酸溶液；
(2)將模數(shù)為2.3 3. 0的水玻璃配制成質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5 25%的水玻璃溶液，然后在上述配置好的水玻璃溶液中按配比加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為I 10%的磷酸氫二鈉溶液，充分?jǐn)囅閭溆茫?br> (3)將步驟(2)制備好的溶液不斷加入到步驟(I)制備好的醋酸溶液中，調(diào)整加入比例，使二者混合后的溶液為酸性，且PH值不大于5. 2，攪拌均勻備用；
(4)測定步驟(3)制備好的溶液的PH值，然后加入稀磷酸作為調(diào)節(jié)液，直至溶液的PH值為4. 3 5. 0，攪拌均勻備用；
(5)在步驟(4)制備好的溶液中按配比緩慢加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10 20%的三氯化鐵溶液，攪拌均勻備用；
(6)在步驟(5)制備好的溶液中按配比緩慢加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10% 20%的氯化鈣溶液，攪拌均勻備用；
(7)在步驟(6)制備好的溶液中按配比緩慢加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3 10%氯化鋁溶液，攪拌均勻；
(8)將步驟(7)制備好的溶液繼續(xù)攪拌3 5分鐘，完成整個邊坡注漿漿液的制備。本發(fā)明所述漿液為溶液和膠體溶液狀態(tài)，粘度低，擴(kuò)散性好，擴(kuò)散半徑為0.8
2.5m，能夠使?jié){液在壓力低的情況下均勻擴(kuò)散。漿液中的氯化鈣和硅酸鈉在無機(jī)鹽添加劑的作用下，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生粘結(jié)能力高的硅酸鈣，形成硅酸鈣膠凝材料后使粉細(xì)砂加固體的強(qiáng)度高達(dá)0. 5 3. 5MPa，且硅酸鈣加固體的耐水性比較好。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)無機(jī)鹽組分在漿液中的含量，使水玻璃與醋酸形成的硅酸溶膠的膠凝時間大幅度延長，在空氣中的膠凝時間達(dá)到300 600min,在砂層中的膠凝時間達(dá)到40 120min。這是國內(nèi)現(xiàn)有各種水玻璃漿液配方無法實(shí)現(xiàn)的。由于醋酸屬于弱酸，電離度和電離常數(shù)都比較低，醋酸水溶液中的HAc大部分以分子狀態(tài)存在，只有部分發(fā)生電離。漿液在粉細(xì)砂內(nèi)前行擴(kuò)散過程中，當(dāng)溶解碳酸鹽消耗了H+后，處于分子狀態(tài)的HAc不斷電離出H +，可以使?jié){液擴(kuò)散過程中前端溶液PH值不斷發(fā)生小幅度變化，克服了硫酸-水玻璃體系漿液在細(xì)砂內(nèi)前行的擴(kuò)散過程中前端區(qū)域的H +迅速大量消耗，而H +無法得到補(bǔ)充，導(dǎo)致PH值升高，造成末端膠凝過快的缺陷。本發(fā)明的有益效果如下
(1)本發(fā)明的水玻璃及硅酸鹽復(fù)合凝膠體系漿液滲透性能好，注漿后擴(kuò)散半徑大，注漿加固體強(qiáng)度高、均勻性好，漿液在空氣中和砂層中的膠凝時間長；
(2)由于本發(fā)明采用的原材料除去醋酸為有機(jī)物外，其余材料皆為無機(jī)物，均不屬于危險(xiǎn)品管制的范圍。在使用過程中，不會對周邊環(huán)境造成污染。漿液在固化反應(yīng)后的副產(chǎn)物對環(huán)境也沒有污染，具有環(huán)保、無公害的特點(diǎn)；
(3)本發(fā)明的原材料價(jià)格低廉，來源廣泛，漿液造價(jià)僅為有機(jī)酯類固化劑漿液的30
50%。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
本發(fā)明所述的用于粉細(xì)砂路堤加寬的邊坡注漿漿液，由下述質(zhì)量份數(shù)配比的原料制成水玻璃3份、醋酸2份、氯化鈣I份、磷酸氫二鈉0. 2份、三氯化鐵0. I份和氯化鋁0. I份，磷酸或硫酸0. I份。上述用于粉細(xì)砂路堤加寬的邊坡注漿漿液的制備方法，具體步驟如下
(1)將醋酸配制成質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5 25%的醋酸溶液；
(2)將模數(shù)為2.3 3. 0的水玻璃配制成質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5 25%的水玻璃溶液，然后在上述配置好的水玻璃溶液中按配比加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為I 10%的磷酸氫二鈉溶液，充分?jǐn)囅閭溆茫?br> (3)將步驟(2)制備好的溶液不斷加入到步驟(I)制備好的醋酸溶液中，調(diào)整加入比例，使二者混合后的溶液為酸性，且PH值不大于5. 2，攪拌均勻備用；
(4)測定步驟(3)制備好的溶液的PH值，然后加入稀磷酸作為調(diào)節(jié)液，直至溶液的PH值為4. 3 5. 0，攪拌均勻備用；由于醋酸是弱酸，在溶液中的電離不穩(wěn)定，因此需要加入強(qiáng)酸具體調(diào)節(jié)PH值。(5)在步驟(4)制備好的溶液中按配比緩慢加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10 20%的三氯化鐵溶液，攪拌均勻備用；
(6)在步驟(5)制備好的溶液中按配比緩慢加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10% 20%的氯化鈣溶液，攪拌均勻備用；
(7)在步驟(6)制備好的溶液中按配比緩慢加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3 10%氯化鋁溶液，攪拌均勻；
(8)將步驟(7)制備好的溶液繼續(xù)攪拌3 5分鐘，完成整個邊坡注漿漿液的制備。實(shí)施例2
本發(fā)明所述的用于粉細(xì)砂路堤加寬的邊坡注漿漿液，由下述質(zhì)量份數(shù)配比的原料制成水玻璃9份、醋酸6份、氯化鈣3份、磷酸氫二鈉I. 6份、三氯化鐵2. 5份和氯化鋁2. 5份，磷酸或硫酸I. 5份。制備方法同實(shí)施例I。實(shí)施例3
本發(fā)明所述的用于粉細(xì)砂路堤加寬的邊坡注漿漿液，由下述質(zhì)量份數(shù)配比的原料制成水玻璃15份、醋酸10份、氯化鈣5份、磷酸氫二鈉3份、三氯化鐵5份和氯化鋁5份，磷酸或硫酸3份。制備方法同實(shí)施例I。本發(fā)明所述漿液為溶液和膠體溶液狀態(tài)，粘度低，擴(kuò)散性好，擴(kuò)散半徑為0.8
2.5m，能夠使?jié){液在壓力低的情況下均勻擴(kuò)散。漿液中的氯化鈣和硅酸鈉在無機(jī)鹽添加劑的作用下，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生粘結(jié)能力高的硅酸鈣，形成硅酸鈣膠凝材料后使粉細(xì)砂加固體的強(qiáng)度高達(dá)0. 5 3. 5MPa，且硅酸鈣加固體的耐水性比較好。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)無機(jī)鹽組分在漿液中的含量，使水玻璃與醋酸形成的硅酸溶膠的膠凝時間大幅度延長，在空氣中的膠凝時間達(dá)到300 600min,在砂層中的膠凝時間達(dá)到40 120min。這是國內(nèi)現(xiàn)有各種水玻璃漿液配方無法實(shí)現(xiàn)的。由于醋酸屬于弱酸，電離度和電離常數(shù)都比較低，醋酸水溶液中的HAc大部分以分子狀態(tài)存在，只有部分發(fā)生電離。漿液在粉細(xì)砂內(nèi)前行擴(kuò)散過程中，當(dāng)溶解碳酸鹽消耗了H+后，處于分子狀態(tài)的HAc不斷電離出H +，可以使?jié){液擴(kuò)散過程中前端溶液PH值不斷發(fā)生小幅度變化，克服了硫酸-水玻璃體系漿液在細(xì)砂內(nèi)前行的擴(kuò)散過程中前端區(qū)域的H +迅速大量消耗，而H +無法得到補(bǔ)充，導(dǎo)致PH值升高，造成末端膠凝過快的缺陷。綜上所述，本發(fā)明水玻璃及硅酸鹽復(fù)合凝膠體系漿液滲透性能好，注漿后擴(kuò)散半 徑大，注漿加固體強(qiáng)度高、均勻性好，漿液在空氣中和砂層中的膠凝時間長。
權(quán)利要求
1.一種用于粉細(xì)砂路堤加寬的邊坡注漿漿液，其特征在于，它由下述質(zhì)量份數(shù)配比的原料制成水玻璃3 15份、醋酸2 10份、氯化鈣I 5份、磷酸氫ニ鈉O. 2 3份、三氯化鐵O. I 5份和氯化鋁O. I 5份，磷酸或硫酸O. I 3份。
2.如權(quán)利要求I所述的用于粉細(xì)砂路堤加寬的邊坡注漿漿液的制備方法，其特征在于，其方法步驟如下將上述各原料均制成溶液；在水玻璃溶液中按配比加入磷酸氫ニ鈉溶液，充分?jǐn)嚢韬笤俨粩嗉尤氲酱姿崛芤褐?，調(diào)整加入比例，使得二者混合后的溶液為酸性，且PH值不大于5. 2 ;再在上述配置好的溶液中加入稀磷酸或稀硫酸調(diào)整PH值為4. 3 5.0，攪拌均勻；再加入三氯化鐵溶液，攪拌均勻；再加入氯化鈣溶液，攪拌均勻；最后加入氯化鋁溶液，攪拌均勻，完成整個邊坡注漿漿液的制備。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于粉細(xì)砂路堤加寬的邊坡注漿漿液的制備方法，其特征在于，其具體方法步驟如下 (1)將醋酸配制成質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5 25%的醋酸溶液； (2)將模數(shù)為2.3 3. O的水玻璃配制成質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5 25%的水玻璃溶液，然后在上述配置好的水玻璃溶液中按配比加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為I 10%的磷酸氫ニ鈉溶液，充分?jǐn)囅閭溆茫? (3)將步驟(2)制備好的溶液不斷加入到步驟(I)制備好的醋酸溶液中，調(diào)整加入比例，使二者混合后的溶液為酸性，且PH值不大于5. 2，攪拌均勻備用； (4)測定步驟(3)制備好的溶液的PH值，然后加入稀磷酸作為調(diào)節(jié)液，直至溶液的PH值為4. 3 5. 0，攪拌均勻備用； (5)在步驟(4)制備好的溶液中按配比緩慢加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10 20%的三氯化鐵溶液，攪拌均勻備用； (6)在步驟(5)制備好的溶液中按配比緩慢加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10% 20%的氯化鈣溶液，攪拌均勻備用； (7)在步驟(6)制備好的溶液中按配比緩慢加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3 10%氯化鋁溶液，攪拌均勻； (8)將步驟(7)制備好的溶液繼續(xù)攪拌3 5分鐘，完成整個邊坡注漿漿液的制備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于粉細(xì)砂路堤加寬的邊坡注漿漿液，它由下述質(zhì)量份數(shù)配比的原料制成水玻璃3～15份、醋酸2～10份、氯化鈣1～5份、磷酸氫二鈉0.2～3份、三氯化鐵0.1～5份和氯化鋁0.1～5份，磷酸或硫酸0.1～3份。本發(fā)明的有益效果如下(1)本發(fā)明的漿液滲透性能好，注漿后擴(kuò)散半徑大，注漿加固體強(qiáng)度高、均勻性好，漿液在空氣中和砂層中的膠凝時間長；(2)由于采用的原材料除去醋酸為有機(jī)物外，其余材料皆為無機(jī)物，均不屬于危險(xiǎn)品管制的范圍。在使用過程中，不會對周邊環(huán)境造成污染。漿液在固化反應(yīng)后的副產(chǎn)物對環(huán)境也沒有污染，環(huán)保、無公害；(3)原材料價(jià)格低廉，來源廣泛。
文檔編號C04B28/26GK102757213SQ20121026105
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者劉立申, 張仲帆, 楊廣慶, 鄭鳳曲, 陳君朝, 高民歡 申請人:石家莊鐵道大學(xué)