專利名稱：一種無(wú)機(jī)固化灌漿材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以無(wú)機(jī)材料鋁礬土、石膏、石灰石為主要原料，再加入促凝劑、緩凝劑、分散劑、懸浮劑經(jīng)煅燒，磨細(xì)，混合均勻后制成的一種用于地基加固、地下工程的防滲堵水的無(wú)機(jī)固化灌漿材料。制成的產(chǎn)品為固體粉料，使用時(shí)加水?dāng)嚢柚瞥傻蜐舛葷{液，用柱塞泵將漿液灌注進(jìn)巖體中，在裂隙中漿液迅速凝結(jié)固化形成穩(wěn)定的具有一定強(qiáng)度的連續(xù)的結(jié)石體，達(dá)到地下巖體工程的堵水和加固效果。
常用的灌漿材料分為化學(xué)灌漿劑和水泥灌漿劑兩類，化學(xué)灌漿劑主要包括硅酸鹽(水玻璃)類，丙烯胺類，木質(zhì)素類，環(huán)氧樹脂類，聚胺脂類，甲基丙烯酸類和脲醛樹脂類?；瘜W(xué)灌漿的特點(diǎn)是(1)灌漿液的粘度低，輸送容易(2)漿液屬牛頓體，可灌注微細(xì)裂隙(3)稀釋的漿液在裂隙中全部固化但是化學(xué)灌漿存在明顯的缺點(diǎn)(1)化學(xué)灌漿劑價(jià)格高，和水泥灌漿比，成本很高(2)用于灌漿的化學(xué)材料都具有不同程度的毒性，操作復(fù)雜，污染環(huán)境，限制了化學(xué)灌漿的應(yīng)用(3)化學(xué)漿液凝固后容易脫水干縮，影響灌注效果和耐久性目前國(guó)內(nèi)外主要進(jìn)行無(wú)毒性化學(xué)灌漿材料的研究，如美國(guó)研制的AC-400化學(xué)灌漿液，其功能與AM-9(丙凝)相似，但毒性卻小得多，我國(guó)也研制成功了一種性能近似的稱為AC-MS的化學(xué)灌漿液。
水泥灌漿主要以水泥為基料或添加粘土、膨潤(rùn)土、粉煤灰等加水制成漿液，通過(guò)泵壓灌注到裂隙中，飽和的水泥漿液經(jīng)脫水、沉積后充滿裂隙，達(dá)到固結(jié)、防滲的目的。作為建筑用膠結(jié)材料的水泥，其水化反應(yīng)所需的水量很小，約為水泥重量的四分之一。在實(shí)際灌漿施工過(guò)程中，為了使?jié){液具有較小的粘度，具有很好的流動(dòng)性和滲透性，制漿時(shí)，水與水泥的重量比(水灰比，常用W/C表示)一般為0.5～10，漿液被灌注到裂隙中后，大量的水成為多余的了，需要將其排出。通過(guò)調(diào)整灌漿壓力和重復(fù)灌漿使水泥顆粒沉積、凝結(jié)。由于這一排水過(guò)程在地下進(jìn)行，迄今為止，對(duì)其排水機(jī)理尚未有統(tǒng)一的解釋，加之地質(zhì)條件千差萬(wàn)別，排水效果很難控制，為此，常采用添加其它化學(xué)材料如硅酸鈉、氨基磺酸苯酚-甲醛等，或與化學(xué)灌漿方法組合應(yīng)用，以改善灌注效果。此外，水泥的粒度對(duì)灌注效果也有很大影響，普通硅酸鹽水泥的粒徑一般為40um～60um，難以灌入0.2mm寬度以下的裂隙。
中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?94119344,88106889,94111334,93108182,92106672,87105255,87102853,87101523,87107196,86104918等都是用有機(jī)化工產(chǎn)品為原料的化學(xué)灌漿材料。90100313,92108581,94106393,93109557等專利是以普通波特蘭水泥或高鋁水泥為膠結(jié)材料，再加入水玻璃或氨基磺酸苯酚-甲醛等用以調(diào)節(jié)稠度和流動(dòng)性。93103992專利公開了一種無(wú)水泥注漿材料，其主要原料為粉煤灰，粘土，石灰和硅酸鈉等，所形成的結(jié)石體沒(méi)有強(qiáng)度，不能加固巖體，在地下滲流較大的場(chǎng)合，大部分漿體隨著水流而流失，也難以達(dá)到注漿目的。
中國(guó)專利ZL901031410‘高水固化材料及其使用方法’，由高鋁類的特種水泥熟料粉料加少量緩凝劑配制成甲料，由石膏、石灰、膨潤(rùn)土和碳酸鈣粉料加少量速凝劑配制成乙料，使用時(shí)，甲料與乙料按1∶1比例加水制成料漿用于礦山充填。當(dāng)將甲料和乙料兩種材料混合成一種材料時(shí)，加水制成的料漿不能凝固。當(dāng)甲料和乙料的比例不是1∶1時(shí)，對(duì)加水混合的凝結(jié)效果也有很大的影響，其凝結(jié)體的強(qiáng)度降低。
本發(fā)明的目的是提供一種新型灌漿劑，這種灌漿劑主要由無(wú)機(jī)材料組成，加水后制成一種灌漿液，可以低濃度灌注，在裂隙中，漿液全部固化凝結(jié)，其凝固時(shí)間可根據(jù)不同的條件加以調(diào)整，進(jìn)而可以解決水泥灌漿沉積凝結(jié)效果差、化學(xué)灌漿液態(tài)運(yùn)輸困難、藥劑有毒、成本高等問(wèn)題。
本發(fā)明提供一種新型無(wú)機(jī)固化灌漿材料的生產(chǎn)分兩步制成，先采用的無(wú)機(jī)材料是石膏或工業(yè)廢料氟石膏、石灰石、鋁礬土和螢石，配料磨細(xì)后，在1200～1450℃的溫度下鍛燒制成熟料，然后在熟料中再加入無(wú)水石膏或磷石膏、石灰、堿、鈉鹽、碳酸鹽、草酸鈣、磷酸鈉和糖鈣，磨細(xì)到比表面積350m2/kg以上。其組成原料的質(zhì)量要求是石膏的三氧化硫含量大于40％，鋁礬土的氧化鋁含量大于60％，石灰石的氧化鈣含量大于48％。其中的堿是碳酸鈉或氫氧化鋰，純度大于98％，鈉鹽是氯化鈉，碳酸鹽是碳酸鋰。本發(fā)明提供的無(wú)機(jī)固化灌漿材料，在于制備熟料的重量組成是石膏或工業(yè)廢料氟石膏為20％～30％，石灰石為35％～45％，鋁礬土為28％～45％，氟化鈣為1％～8％。按上述的配比配料后，混合均勻進(jìn)球磨機(jī)磨細(xì)成粉料，在旋窯中經(jīng)1200～1450℃的溫度下鍛燒制成熟料。在其中加入的無(wú)水硫酸鈣為總量的30％～45％，其來(lái)源為硬石膏或經(jīng)脫硫處理的磷石膏，石灰為總量的5％～15％，碳酸鈉為0.5％～3％，氯化鈉為0.8％～5％，碳酸鋰為0.01％～0.5％，草酸鈣為0.01％～0.5％，磷酸鈉0.1～5％，糖鈣為1％～3％，混合均勻后進(jìn)球磨機(jī)中磨細(xì)到比表面積為350m2/kg以上。本發(fā)明所提供的固化灌漿材料是一種粉狀固體物料，以水為稀釋劑，在施工現(xiàn)場(chǎng)加水后制成漿液，通過(guò)柱塞泵將漿液灌注進(jìn)地下巖體的裂隙中。與有機(jī)灌漿劑比較，便于運(yùn)輸儲(chǔ)存、無(wú)毒無(wú)害、施工方便、成本低廉。在漿液中，可以加入粉煤灰、尾砂等工業(yè)固體廢料，其水灰比為1～10∶1，所形成的固化體單軸抗壓強(qiáng)度為2 5～35MPa，與水泥灌漿比較，漿液濃度調(diào)節(jié)范圍寬、灌注效率高，并實(shí)現(xiàn)了用無(wú)機(jī)材料固化灌注。本發(fā)明以下列實(shí)例加以說(shuō)明例一用石膏25％；石灰石35％；鋁礬土35％；瑩石5％，配料磨細(xì)后在1300℃溫度下鍛燒制成熟料，其重量占總量的60％，再加入無(wú)水石膏30％，石灰5％，碳酸鈉1％，氯化鈉1.5％，碳酸鋰0.1％，草酸鈣0.3％，磷酸鈉1％，糖鈣1.1％，混合磨細(xì)到通過(guò)200目篩以下的粉料，其比表面積達(dá)到350m2/kg，制備固化灌漿材料50公斤，加水130公斤，其水灰比為2.6，攪拌均勻制成漿液，灌入模具，初凝20分鐘，終凝40分鐘，24小時(shí)抗壓強(qiáng)度1.5MPa，三天抗壓強(qiáng)度3.5MPa，七天抗壓強(qiáng)度5.5MPa以上。漿液粘度低，流動(dòng)性好，灌注容易。
例二用氟石膏30％；石灰石40％；鋁礬土28％；瑩石2％，在1300℃溫度下鍛燒后，其熟料重量是總量的45％，再加入經(jīng)脫硫后的磷石膏與硬石膏按1∶1的比例混合占總量的34％，石灰15％，碳酸鈉1％，氯化鈉2％，碳酸鋰0.1％，草酸鈣0.3％，磷酸鈉1.5％，糖鈣1.2％，混合磨細(xì)到200目以下，其比表面積達(dá)到350m2/kg，制備固化灌漿材料50公斤，加水400公斤，再加入細(xì)沙或粉煤灰或尾砂750公斤，混合均勻制成濃度為66％的砂漿，其水灰比為8∶1，漿液具有很好的流動(dòng)性和灌注性，適用于粗裂隙的破碎巖層，初凝30分鐘，終凝2小時(shí)，其抗壓強(qiáng)度24小時(shí)0.6MPa，三天為3.5MPa，七天為6.5MPa以上。
例三用石膏25％；石灰石35％；鋁礬土35％，瑩石5％，配料磨細(xì)后在1300℃溫度下鍛燒制成熟料，再按下表配制成灌漿材料，按固化材料與水的重量比1∶2.6加水?dāng)嚢柚瞥晒酀{液，測(cè)得初凝、終凝時(shí)間和單軸抗壓強(qiáng)度如下
從表中的結(jié)果可以看出，在水灰比為1∶2.6時(shí)，灌漿液濃度為28％左右，其濃度低、流動(dòng)性好、容易輸送和灌注，而且其結(jié)石體的強(qiáng)度達(dá)到4Mpa以上。
例四當(dāng)需要較高的結(jié)石體強(qiáng)度時(shí)，按例一的配料和比例制備灌漿材料50公斤，然后加水50公斤，攪拌均勻制成灌漿液，其水灰比為1∶1，這是水泥灌漿常用的比例，其漿液仍具有很好的的流動(dòng)性，將灌漿液灌注到試模中，制成試樣并測(cè)定其抗壓強(qiáng)度如下1小時(shí)5Mpa,12小時(shí)15Mpa以上，3天達(dá)到35Mpa以上。
權(quán)利要求
1．一種無(wú)機(jī)固化灌漿材料，其特征在于用石灰石、鋁礬土、石膏或氟石膏或兩種石膏按任意比例的混合物和螢石配料磨細(xì)后，經(jīng)過(guò)1200～1450℃高溫煅燒制成熟料后，再加入無(wú)水石膏或經(jīng)脫硫處理的磷石膏或兩種石膏按任意比例的混合物、石灰、堿、鈉鹽、碳酸鹽、草酸鈣、磷酸鈉和糖鈣，磨細(xì)混合均勻后制成固化灌漿材料。
2．按照權(quán)利要求1所述的無(wú)機(jī)固化灌漿材料，其特征在于所加入的石膏或氟石膏以硫酸鈣計(jì)，其含量為總量的20％～30％；所加入的石灰石以碳酸鈣計(jì)，其含量為總量的35％～45％；所加入的鋁礬土的化合物為氧化鋁，其含量為25％～45％，所加入螢石的化合物為氟化鈣，其含量為1％～8％。
3．按照權(quán)利要求1所述的無(wú)機(jī)固化灌漿材料，其特征在于所加入的無(wú)水石膏或經(jīng)脫硫處理的磷石膏或兩種石膏按任意比例的混合物以硫酸鈣計(jì)，其含量占總量的30％～45％，石灰以氧化鈣計(jì)，其含量占總量的5％～15％，所加入的堿為碳酸鈉，其含量為0.5％～3％，所加入的鈉鹽為氯化鈉，其含量為總量的0.8％～5％所加入的碳酸鹽為碳酸鋰，其含量為總量的0.01％～0.5％，加入草酸鈣的含量為總量的1％～5％；磷酸鈉的含量為總量的0.1％～5％，糖鈣的含量為總量的1％～3％。
4．按照權(quán)利要求1、2、3所述的無(wú)機(jī)固化灌漿材料，其特征在于配料后將其磨細(xì)成粉劑，其比表面積達(dá)到350平方米/公斤以上。
5．按照權(quán)利要求1、2、3、4所述的無(wú)機(jī)固化灌漿材料，其特征在于該灌漿材料在施工現(xiàn)場(chǎng)加水后制成重量濃度為30％～80％的漿液，水灰比為1～10∶1，用柱塞泵加壓將漿液灌入鉆孔和巖體中，漿液被灌注入裂隙后全部固化為結(jié)石體。
全文摘要
一種新型無(wú)機(jī)固化灌漿材料,以鋁礬土、石灰石和石膏或氟石膏或磷石膏為主要原料,加入促凝劑、早強(qiáng)劑、表面活性劑、分散劑、懸浮劑,經(jīng)煅燒、磨細(xì)、均化制成的固體粉料。灌漿材料加水制成的漿液,粘度低,流動(dòng)性好,灌注后兩小時(shí)漿液全部凝固,在漿液中可以加入粉煤灰、尾砂等,水灰比為1～10∶1,所形成的結(jié)石體抗壓強(qiáng)度達(dá)到25～35MPa,漿液的pH值為9～11,是一種性能優(yōu)良、施工方便、無(wú)毒無(wú)害的灌漿材料。
文檔編號(hào)C04B28/04GK1209422SQ97115229
公開日1999年3月3日 申請(qǐng)日期1997年8月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月21日
發(fā)明者劉文永, 孫恒虎, 黃玉誠(chéng), 楊寶貴 申請(qǐng)人:北京市高水礦山工程與材料研究所