本發(fā)明涉及水利水電學科巖土工程材料的技術領域，具體是涉及一種防滲抗蝕水泥-粘土固化漿液及其制備方法，屬于灌漿材料技術領域，適用于水庫、山塘、堤防、尾礦壩等工程的防滲或充填加固處理。
背景技術：
我國大大小小的山塘、水庫、堤防大多修建于上世紀60年代前后，鑒于當時的物力財力和技術水平，壩體大多采用土壩。由于歷史原因當時水利工程壩基清基質(zhì)量差，壩體填筑材料填筑質(zhì)量差，并存在白蟻老鼠啃噬隱患，加之年久失修，均滲漏嚴重，有的甚至形成了管涌，嚴重危及水利經(jīng)濟與民生發(fā)展，山塘、水庫、堤防治理已刻不容緩。面對如此嚴峻的形勢，我國提出要加快推進水利科技創(chuàng)新。一般情況下，在土石壩中存在細小或中等以上裂隙時，常采用水泥-粘土漿或水泥漿進行壩體加固或止水堵漏；目前雖然對水泥漿或水泥-粘土漿劈裂灌漿技術研究較多，但仍存在較多問題。
普通水泥漿液的凝固時間較短、強度高，但可灌性差，成本高，彈性模量較高，硬化水泥漿液結(jié)石體脆性大、收縮大，與周邊的壩體土很難相適應，不能適應較大的變形而引起應力集中，產(chǎn)生拉應力，容易形成新的裂縫，在相對柔性的壩體注漿中質(zhì)量難以保證，普通水泥漿液難以滿足實際要求，需要對普通水泥漿液進行改良。
此外，為解決土石壩的滲漏現(xiàn)象，常采用灌漿技術進行堵漏止水處理。常規(guī)土石壩壩體灌漿材料采用粘土漿，粘土漿凝結(jié)時間長，加上需要分段多次復灌，兩次灌漿時間至少5天，生產(chǎn)效率極低。為了加速漿液凝固，摻入適當?shù)乃啵〉膿搅啃Ч幻黠@，大的摻量普通水泥灌漿，存在水泥顆粒較粗、流動性差、漿液-土體固結(jié)邊界融合性差，容易產(chǎn)生新的裂縫等問題。
再者，傳統(tǒng)水泥-粘土漿液，其主要成分為粘土、水泥，再加上水玻璃等添加劑，在進行地下（如土石壩、堤壩等）防滲處理時，由于地下水的稀釋、流動、沖刷等，導致漿液容易順縫跑，增加了灌漿難度，雖然相對普通水泥漿液彈性模量有所降低，但仍存在土壩與漿液相容性差的問題，且易離析、凝固速率不可控、凝固后體積收縮大、工程成本高等困難，影響施工效果，提高了施工成本，給壩體灌漿帶來了一定的困難。
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，國內(nèi)對環(huán)保的重視程度越來越高，環(huán)保制度越來越規(guī)范，對工業(yè)副產(chǎn)品的要求越來越嚴格。因此，國內(nèi)外學者紛紛認識到對粉煤灰、礦渣、赤泥等工業(yè)副產(chǎn)品在混凝土中的回收利用研究較多，而在灌漿材料領域研究相對較少。
技術實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術的上述技術問題，本發(fā)明的目的是提供一種防滲抗蝕水泥-粘土固化漿液及其制備方法，在粘土-水泥漿液中加入固化劑、早強劑、穩(wěn)定劑后，使粘結(jié)較差的粘土漿液成為一種具有凝結(jié)時間短、抗地下水沖刷能力強、抗鹽侵蝕能力強、流動性好且施工簡單而廉價的防滲抗蝕粘土固化漿液，解決了水泥漿液在土石壩中固結(jié)邊界融合性差，粘土漿液短時間內(nèi)難以固結(jié)，以及巖土工程中存在的地基加固、止水堵漏、防塌防沉的工程質(zhì)量與可靠性等難題。
為達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
一種防滲抗蝕水泥-粘土固化漿液，以重量份數(shù)計，由以下原料組成：
普通粘土（干土） 25-30份
高嶺土 6-8份
水泥 3-6份
固化劑 1-3.5份
早強劑 0.5-1.5份
有機類穩(wěn)定劑 0.01-0.1份
水 55-60份。
所述的普通粘土采用粘粒含量＞25%的粘土為基本原料。
所述的高嶺土不低于1250目，二氧化硅含量不少于52%。
所述的水泥為P.O 42.5的普通硅酸鹽水泥。
所述的固化劑為活性氧化硅和工業(yè)廢渣研磨成通過80目篩的混合料，摻入激發(fā)劑石灰，混合均勻；所述的工業(yè)廢渣為粉煤灰、赤泥或礦粉中的一種或幾種。
所述的活性氧化硅為0.1-0.5份，所述的石灰為0.5-1份，所述的工業(yè)廢渣為1-3份。
所述的早強劑為氯化鈣、三乙醇胺、硅酸鈉、硫酸鈣或硫酸鋁鉀中的一種或幾種。
所述的有機類穩(wěn)定劑為聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、鈉羥甲基纖維素或丙烯酸納中的一種或幾種。
所述防滲抗蝕水泥-粘土固化漿液的粘度為21～52s。
一種防滲抗蝕水泥-粘土固化漿液的制備方法，包括以下步驟：
（1）將活性氧化硅和工業(yè)廢渣研磨一定時間，過60-100目篩，形成混合料；
（2）在混合料中摻入激發(fā)劑石灰，攪拌至均勻，形成固化劑；
（3）將粘土、高嶺土同時放入攪拌機中，加入水，慢速攪拌5min，生成1.25-1.4g/cm3的粘土漿，然后加入水泥攪拌1min至均勻，形成水泥-粘土漿；
（4）向水泥-粘土漿中直接加入固化劑和早強劑，攪拌均勻，再加入已溶解的穩(wěn)定劑，快速攪拌50-60s，即生成可用的防滲抗蝕粘土固化漿液。
本發(fā)明的防滲抗蝕水泥-粘土固化漿液及其制備方法，與現(xiàn)有技術相比具有如下有益效果：
1、抗?jié)B和耐久性效果明顯。一般的粘土漿液或水泥-粘土漿液膨脹性不明顯，收縮大；本發(fā)明摻入硫酸鹽類材料，為生成難溶于水、膨化系數(shù)較大的鈣礬石晶體提供條件，在同樣配比、同等條件下，本發(fā)明的膨脹效果明顯，從而使?jié){液結(jié)石體更為密實，起到更好的抗?jié)B和耐久性效果。
2、良好的流變性能。本發(fā)明的固化漿液流動性較好，可以調(diào)整流動性參數(shù)來使其符合現(xiàn)場實際操作要求。
3、良好的穩(wěn)定性。本發(fā)明的水泥-粘土固化漿液在拌入大量水后不易發(fā)生離析現(xiàn)象，穩(wěn)定性好，在地下水條件下能起到止水的效果，且流失較少，從而節(jié)約了注漿成本。
4、節(jié)約成本?？墒褂檬┕がF(xiàn)場滿足要求的粘土為基本原料，節(jié)約材料成本和運輸成本；此外，使用粉煤灰、赤泥或礦粉等工業(yè)廢渣作為固化劑原料，既可變廢為寶，又低碳環(huán)保，成本相對較低，在同等條件下可節(jié)約灌漿材料中固化劑的成本。
5、凝結(jié)時間可調(diào)，滿足要求。水泥-粘土固化漿液根據(jù)施工要求，初凝時間從幾十分鐘到十幾小時可調(diào)。
6、變形協(xié)調(diào)性好。水泥-粘土固化漿液凝固后與壩體土土性接近，具有變形一致性好，減少拉裂裂縫。
7、操作簡單，無特殊操作要求，現(xiàn)場施工方便。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。
實施例1
實施例1的防滲抗蝕水泥-粘土固化漿液，原料配比（100份為基數(shù)）為粘粒含量26.2%的普通粘土（干土）25份、高嶺土6.5份、P.O 42.5的普通硅酸鹽水泥6份、固化劑（活性氧化硅、II級粉煤灰、石灰）1.8份、早強劑（氯化鈣、三乙醇胺、硅酸鈉、硫酸鈣、硫酸鋁鉀）0.65份、有機類穩(wěn)定劑（聚丙烯酰胺）0.05份和水60份。
材料重量份數(shù)（100份為基數(shù)）的組分具體如下：
普通粘土（干土） 25份
高嶺土 6.5份
P．O 42.5普通硅酸鹽水泥 6份
活性氧化硅 0.3份
II級粉煤灰 1份
石灰 0.5份
氯化鈣 0.2份
三乙醇胺 0.05份
硅酸鈉 0.1份
硫酸鋁鉀 0.1份
硫酸鈣 0.2份
聚丙烯酰胺 0.05份
水 60份
將活性氧化硅和II級粉煤灰在球磨機中研磨10min，過80目篩，形成混合料，在混合料中摻入激發(fā)劑石灰，攪拌至均勻，形成固化劑；然后將普通粘土、高嶺土同時放入攪拌機中，加入水，攪拌5min，生成粘土漿，密度為1.287g/cm3，然后加入P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，攪拌1min形成水泥-粘土漿；向水泥-粘土漿中直接加入已稱好的固化劑、氯化鈣、三乙醇胺、硅酸鈉、硫酸鈣、硫酸鋁鉀，攪拌均勻，再加入溶解的聚丙烯酰胺，快速攪拌60s。
生成的水泥-粘土固化漿液粘度為35s，標準養(yǎng)護條件下初凝時間960min，終凝時間1440min，析水率0.2%，標準養(yǎng)護7d后無側(cè)限抗壓強度為151kPa，剪切強度c=32kPa，內(nèi)摩察角25.5°，滲透系數(shù)為5.4×10-7cm/s，壓縮模量1.38MPa，結(jié)石體浸出液pH=7。
實施例2
實施例2的防滲抗蝕水泥-粘土固化漿液，原料配比（100份為基數(shù)）為粘粒含量26.2%的普通粘土（干土）25份、高嶺土6.5份、P.O 42.5的普通硅酸鹽水泥5份、固化劑（活性氧化硅、II級粉煤灰、石灰）2.5份、早強劑（氯化鈣、三乙醇胺、硅酸鈉、硫酸鈣）0.95份、有機類穩(wěn)定劑（聚丙烯酰胺）0.05份和水60份。
材料重量份數(shù)（100份為基數(shù)）的組分具體如下：
普通粘土（干土） 25份
高嶺土 6.5份
P.O 42.5普通硅酸鹽水泥 5份
活性氧化硅 0.5份
II級粉煤灰 1.5份
石灰 0.5份
氯化鈣 0.2份
三乙醇胺 0.05份
硅酸鈉 0.2份
硫酸鈣 0.5份
聚丙烯酰胺 0.05份
水 60份
將活性氧化硅和II級粉煤灰在球磨機中研磨10min，過80目篩，形成混合料，在混合料中摻入激發(fā)劑石灰，攪拌至均勻，形成固化劑；然后將普通粘土、高嶺土同時放入攪拌機中，加入水，攪拌5min，生成粘土漿，密度為1.298g/cm3，然后加入P.O 42.5的普通硅酸鹽水泥，攪拌1min形成水泥-粘土漿；向水泥-粘土漿中直接加入已稱好的固化劑、氯化鈣、三乙醇胺、硅酸鈉、硫酸鈣，攪拌均勻，再加入溶解的聚丙烯酰胺，快速攪拌60s。
生成的水泥-粘土固化漿液粘度為22s，標準養(yǎng)護條件下初凝時間900min，終凝時間1400min，析水率0.1%，標準養(yǎng)護7d后無側(cè)限抗壓強度為178kPa，剪切強度c=32kPa，內(nèi)摩察角28°，滲透系數(shù)為1.5×10-6cm/s，壓縮模量1.88MPa，結(jié)石體浸出液pH=7。
實施例3
實施例3的防滲抗蝕水泥-粘土固化漿液，原料配比（100份為基數(shù)）為粘粒含量26.2%的普通粘土（干土）25份、高嶺土6.5份、P.O 42.5的普通硅酸鹽水泥3.4份、固化劑（活性氧化硅、II級粉煤灰、石灰）3.5份、早強劑（氯化鈣、三乙醇胺、硅酸鈉、硫酸鈣、硫酸鋁鉀）1.5份、有機類穩(wěn)定劑（聚丙烯酰胺）0.1份和水60份。
材料重量份數(shù)（100份為基數(shù)）的組分具體如下：
普通粘土（干土） 25份
高嶺土 6.5份
P.O 42.5普通硅酸鹽水泥 3.4份
活性氧化硅 0.5份
II級粉煤灰 2份
石灰 1份
氯化鈣 0.2份
三乙醇胺 0.05份
硅酸鈉 0.5份
硫酸鈣 0.5份
硫酸鋁鉀 0.25份
聚丙烯酰胺 0.1份
水 60份
將活性氧化硅和II級粉煤灰在球磨機中研磨10min，過80目篩，形成混合料，在混合料中摻入激發(fā)劑石灰，攪拌至均勻，形成固化劑；然后將普通粘土、高嶺土同時放入攪拌機中，加入水，攪拌5min，生成粘土漿，密度為1.312g/cm3，然后加入P.O 42.5的普通硅酸鹽水泥，攪拌1min形成水泥-粘土漿；向水泥-粘土漿中直接加入已稱好的固化劑、氯化鈣、三乙醇胺、硅酸鈉、硫酸鈣、硫酸鋁鉀，攪拌均勻，再加入溶解的聚丙烯酰胺，快速攪拌60s。
生成的水泥-粘土固化漿液粘度為29s，標準養(yǎng)護條件下初凝時間390min，終凝時間1350min，析水率0%，標準養(yǎng)護7d后無側(cè)限抗壓強度為261kPa，剪切強度c=38kPa，內(nèi)摩察角30.5°，滲透系數(shù)為6.0×10-7cm/s，壓縮模量2.25MPa，結(jié)石體浸出液pH=7。
實施例4-6
實施例4-6的組分含量見下表1，制備方法與實施例1相同。
表1
實施例4-6生成的水泥-粘土固化漿液粘度為21-52s，標準養(yǎng)護條件下初凝時間300-390min，終凝時間800-1350min，析水率0-0.5%，標準養(yǎng)護7d后無側(cè)限抗壓強度為128-187kPa，剪切強度c=28-33kPa，內(nèi)摩察角25-30.5°，滲透系數(shù)為5.2×10-7-1.6×10-6cm/s，壓縮模量0.8-2.5MPa，結(jié)石體浸出液pH=7。
綜上所述，本發(fā)明的防滲抗蝕水泥-粘土固化漿液，具有凝結(jié)時間短、可灌性好、抗?jié)B效果好、穩(wěn)定性好、收縮較小、相容性好、成本較低等優(yōu)點。
上述實施例僅用于解釋說明本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思，而非對本發(fā)明權利保護的限定，凡利用此構(gòu)思對本發(fā)明進行非實質(zhì)性的改動，均應落入本發(fā)明的保護范圍。