本發(fā)明涉及注漿材料，尤其涉及一種低溫注漿材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、注漿材料指在壓力作用下注入地層、巖石或構(gòu)筑物的縫隙、孔洞中，達(dá)到增加承載能力、防止?jié)B漏及提高構(gòu)筑物整體性能等效果的流體材料，由主劑、溶劑(水或其它溶劑)及外加劑(固化劑，穩(wěn)定劑等)混合而成。近年來，隨著基礎(chǔ)建設(shè)的重心逐漸向山區(qū)等偏遠(yuǎn)地區(qū)轉(zhuǎn)移，隧道工程在線路中的占比變得越來越大。而在隧道施工過程中，塌方、突涌水等災(zāi)害層出不窮，超前注入注漿材料用于加固地層以及堵水的措施現(xiàn)階段已經(jīng)被廣泛運(yùn)用。

2、目前，現(xiàn)有的注漿材料大多都是適用于常溫狀態(tài)，而在西部寒冷高原地區(qū)，存在著大量的高海拔、深溝谷，長(zhǎng)期低溫的工程項(xiàng)目。由于高原淺表層氣溫較低，而巖體節(jié)理裂隙中又富含來自高山頂部融化的雪水以及山腳冰湖下滲的低溫水，使得隧道內(nèi)注漿施工溫度處于較低水平，而低溫使得常規(guī)注漿材料的強(qiáng)度發(fā)展受到影響，難以達(dá)到常溫狀態(tài)下的同等效果。

3、因此，如何提供一種低溫注漿材料的制備方法，使得低溫注漿材料適用于低溫條件，在低溫條件下仍具有早期強(qiáng)度高、水化速度快的特點(diǎn)，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中現(xiàn)有的注漿材料大多都是適用于常溫狀態(tài)，而在低溫條件下的強(qiáng)度會(huì)受到影響，難以達(dá)到常溫狀態(tài)下的同等效果等技術(shù)問題。

2、本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種低溫注漿材料的制備方法，包括如下步驟：步驟1、根據(jù)所需低溫注漿材料的屬性選取硫鋁酸鹽水泥的種類制備硫鋁酸鹽水泥，硫鋁酸鹽水泥由確定好質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硫鋁酸鹽熟料、確定好種類以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石膏混合而成；

3、步驟2、選取礦物摻合料，并加入至制備好的硫鋁酸鹽水泥中，制得基礎(chǔ)注漿材料；

4、步驟3、測(cè)試所述基礎(chǔ)注漿材料分別在常溫條件下和低溫條件下的第一力學(xué)性能以及第一物理性能；判斷低溫條件對(duì)所述基礎(chǔ)注漿材料是否存在抑制作用；且：

5、若不存在抑制作用，則標(biāo)記所述基礎(chǔ)注漿材料為所需制備的所述低溫注漿材料；

6、若存在抑制作用，則對(duì)所述基礎(chǔ)注漿材料進(jìn)行低溫性能改良，使得低溫條件對(duì)所述基礎(chǔ)注漿材料不存在抑制作用，并標(biāo)記改良后的所述基礎(chǔ)注漿材料為所需制備的所述低溫注漿材料。

7、可選地，所述步驟1中，按如下原則選取硫鋁酸鹽水泥；

8、a、低溫注漿材料的屬性為早高強(qiáng)時(shí)，則選取所述硫鋁酸鹽水泥的種類為早高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥；

9、b、當(dāng)所需制備的低溫注漿材料的屬性為具有膨脹性能時(shí)，則選取所述硫鋁酸鹽水泥的種類為膨脹硫鋁酸鹽水泥；

10、c、當(dāng)所需制備的低溫注漿材料的屬性為具有高自應(yīng)力時(shí)，則選取所述硫鋁酸鹽水泥的種類為自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥；

11、d、當(dāng)所需制備的低溫注漿材料的屬性為具有低堿性時(shí)，則選取所述硫鋁酸鹽水泥的種類為低堿度硫鋁酸鹽水泥。

12、可選地，所述步驟1包括如下子步驟：

13、步驟101、設(shè)定所述硫鋁酸鹽水泥中的無(wú)水硫鋁酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w3；

14、步驟102、依據(jù)所述無(wú)水硫鋁酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w3確定所述硫鋁酸鹽熟料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w1；

15、步驟103、依據(jù)所述硫鋁酸鹽水泥的種類和所述硫鋁酸鹽熟料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w1確定所述石膏的種類和石膏的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w2。

16、可選地，所述無(wú)水硫鋁酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w3為30％-40％，且所述硫鋁酸鹽水泥的水灰比為0.35-0.5?？蛇x地，所述步驟102操作如下：依據(jù)公式w1＝w3/w4，其中，w4為所述硫鋁酸鹽熟料中的無(wú)水硫鋁酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

17、可選地，所述步驟103包括如下步驟：

18、步驟1031、依據(jù)所述硫鋁酸鹽水泥的種類確定m，其中，所述m為所述石膏中的三氧化硫的質(zhì)量與無(wú)水硫鋁酸鈣水化形成鈣礬石所需三氧化硫的質(zhì)量的比值，且m的取值按如下原則進(jìn)行；

19、h、當(dāng)所述硫鋁酸鹽水泥的種類為早高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥時(shí)，m為0-1；

20、i、當(dāng)所述硫鋁酸鹽水泥的種類為膨脹硫鋁酸鹽水泥時(shí)，m為1-2；

21、j、當(dāng)所述硫鋁酸鹽水泥的種類為自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥時(shí)，m為2-4；

22、k、當(dāng)所述硫鋁酸鹽水泥的種類為低堿度硫鋁酸鹽水泥時(shí)，m為2.5-3。

23、步驟1032、依據(jù)所述m確定所述硫鋁酸鹽熟料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w1和所述石膏的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w2的比值cg，所述cg設(shè)置為：其中，ac為所述硫鋁酸鹽熟料中無(wú)水硫鋁酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其與w4相同，s為所述石膏中三氧化硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

24、步驟1033、依據(jù)所述硫鋁酸鹽熟料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w1和所述質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值cg確定所述石膏的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w2；

25、步驟1034、依據(jù)所述硫鋁酸鹽水泥的種類確定所述石膏的種類按如下原則進(jìn)行：

26、w、低溫注漿材料的屬性為早高強(qiáng)時(shí),當(dāng)所述硫鋁酸鹽水泥的種類為早高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥時(shí)，所述石膏的種類為二水石膏或無(wú)水石膏；

27、x、當(dāng)所需制備的低溫注漿材料的屬性為具有膨脹性能時(shí),當(dāng)所述硫鋁酸鹽水泥的種類為膨脹硫鋁酸鹽水泥時(shí)，所述石膏的種類為二水石膏；

28、y、當(dāng)所需制備的低溫注漿材料的屬性為具有高自應(yīng)力時(shí),當(dāng)所述硫鋁酸鹽水泥的種類為自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥時(shí)，所述石膏的種類為二水石膏；

29、z、當(dāng)所需制備的低溫注漿材料的屬性為具有低堿性時(shí),當(dāng)所述硫鋁酸鹽水泥的種類為低堿度硫鋁酸鹽水泥時(shí)，所述石膏的種類為無(wú)水石膏。

30、即，綜合原則a/b/c/d，石膏的種類也可以直接根據(jù)低溫注漿材料的屬性直接判定。

31、可選地，在將礦物摻合料加入至制備好的硫鋁酸鹽水泥之前，還包括如下步驟：

32、向所述硫鋁酸鹽水泥中加入5-15wt％的普通硅酸鹽水泥32.5、5-15wt％的普通硅酸鹽水泥42.5或5-15wt％的普通硅酸鹽水泥52.5。

33、可選地，所述步驟2包括：

34、步驟201、依據(jù)低溫注漿材料的制備需求，選擇所述礦物摻合料的種類，所述礦物摻合料的種類至少包括下述中的一種：礦渣、粉煤灰、石灰石粉或硅灰；其中礦物摻合料的種類選擇按如下原則進(jìn)行：

35、a、當(dāng)制備需求為提高低溫注漿材料的強(qiáng)度時(shí)，所述礦物摻合料的種類選擇為礦渣或粉煤灰；

36、b、當(dāng)制備需求為增加漿液密實(shí)度時(shí)，所述礦物摻合料的種類選擇為硅灰或石灰石粉；

37、c、當(dāng)制備需求為減少膠凝材料用量時(shí)，所述礦物摻合料的種類選擇為礦渣或硅灰；

38、步驟202、所述依據(jù)所述礦物摻合料的種類確定所述礦物摻合料的最優(yōu)摻入量包括：

39、步驟203、依據(jù)所述礦物摻合料的種類確定所述礦物摻合料的初始摻入量范圍，其中：

40、所述礦渣的初始摻入量范圍為所述硫鋁酸鹽熟料的質(zhì)量的20％-70％；

41、所述粉煤灰的初始摻入量范圍為所述硫鋁酸鹽熟料的質(zhì)量的20％-40％；

42、所述石灰石粉的初始摻入量范圍為0wt％-15wt％，所述硅灰的初始摻入量范圍為5wt％-10wt％。

43、在同一礦物摻合料的所述初始摻入量范圍內(nèi)選擇若干個(gè)不同的摻入量值以設(shè)置若干組對(duì)比試驗(yàn)，檢測(cè)摻入所述礦物摻合料之前的所述硫鋁酸鹽水泥和若干組對(duì)比試驗(yàn)中的摻入所述礦物摻合料之后的所述硫鋁酸鹽水泥的1d抗壓強(qiáng)度、1d抗折強(qiáng)度以及流動(dòng)性，將所述1d抗壓強(qiáng)度、所述1d抗折強(qiáng)度以及所述流動(dòng)性為最優(yōu)值時(shí)的對(duì)比試驗(yàn)中的所述礦物摻合料的摻入量值為所述最優(yōu)摻入量。

44、可選地，所述步驟3中的第一物理性能包括初始流動(dòng)度、一小時(shí)內(nèi)流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失和膨脹率；

45、所述第一力學(xué)性能包括1d抗折強(qiáng)度、3d抗折強(qiáng)度、1d抗壓強(qiáng)度和3d抗壓強(qiáng)度；

46、存在抑制作用即屬于下述中的至少一種情況：

47、所述基礎(chǔ)注漿材料在低溫條件下的1d抗折強(qiáng)度小于常溫條件下的1d抗折強(qiáng)度的60％、在低溫條件下的3d抗折強(qiáng)度小于常溫條件下的3d抗折強(qiáng)度的60％、在低溫條件下的1d抗壓強(qiáng)度小于常溫條件下的1d抗壓強(qiáng)度的60％、在低溫條件下的3d抗壓強(qiáng)度小于常溫條件下的3d抗壓強(qiáng)度的60％、在低溫條件下的初始流動(dòng)度小于250mm、在低溫條件下的一小時(shí)內(nèi)流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失超過20％或低溫條件下的膨脹率為負(fù)值。

48、可選地，所述步驟3中的低溫性能改良包括：

49、步驟s1、增大下述至少一種型號(hào)的普通硅酸鹽水泥的用量：普通硅酸鹽水泥32.5的用量、普通硅酸鹽水泥42.5或普通硅酸鹽水泥52.5；

50、或，

51、步驟s2、向所述基礎(chǔ)注漿材料中摻入早強(qiáng)外加劑；

52、且步驟s2包括向所述基礎(chǔ)注漿材料中摻入早強(qiáng)外加劑按如下步驟進(jìn)行：

53、步驟s201、確定所述早強(qiáng)外加劑的摻量范圍，所述早強(qiáng)外加劑至少包括下述中的一種：硫酸鈉、硫酸鋁、亞硝酸鈉、亞硝酸鈣、硝酸鈣、碳酸鋰、甲酸鈣、葡萄糖酸鈉、三乙醇胺、三異丙醇胺、乙二醇、尿素或蔗糖，其中，所述硫酸鈉的摻量范圍為0.3-3wt％、所述硫酸鋁的摻量范圍為0-4wt％、所述亞硝酸鈉的摻量范圍為0.3-1wt％、所述亞硝酸鈣的摻量范圍為0.3-1wt％、所述硝酸鈣的摻量范圍為0.5-5wt％、所述碳酸鋰的摻量范圍為0-0.1wt％、所述甲酸鈣的摻量范圍為0.1-2wt％、所述葡萄糖酸鈉的摻量范圍為0.03-0.07wt％、所述三乙醇胺的摻量范圍為0.05-0.6wt％、所述三異丙醇胺的摻量范圍為0.2-0.9wt％、所述乙二醇的摻量范圍為3-5wt％、所述尿素的摻量范圍為0-3wt％，所述蔗糖的摻量范圍為大于0.2wt％；

54、步驟s202、依據(jù)所述摻量范圍確定x個(gè)優(yōu)選早強(qiáng)外加劑，所述x≥1；

55、步驟s203、確定x個(gè)所述優(yōu)選早強(qiáng)外加劑的最優(yōu)摻量；

56、步驟s204、依據(jù)所述最優(yōu)摻量向所述基礎(chǔ)注漿材料中摻入所述優(yōu)選早強(qiáng)外加劑；

57、所述步驟s202依據(jù)所述摻量范圍確定x個(gè)優(yōu)選早強(qiáng)外加劑包括：

58、步驟s2021、在每一種所述早強(qiáng)外加劑的所述摻量范圍內(nèi)選擇1-2個(gè)摻量值，

59、步驟s2022、依據(jù)選擇的所述摻量值分別向所述基礎(chǔ)注漿材料中加入不同的所述早強(qiáng)外加劑得到若干個(gè)不同的第一樣品材料，測(cè)試并對(duì)比若干個(gè)所述第一樣品材料的第二力學(xué)性能和第二物理性能，

60、步驟s2023、依據(jù)所述第二力學(xué)性能和所述第二物理性能確定x個(gè)優(yōu)選早強(qiáng)外加劑；所述第二力學(xué)性能包括1d抗折強(qiáng)度、3d抗折強(qiáng)度、1d抗壓強(qiáng)度、3d抗壓強(qiáng)度、粘聚力和內(nèi)摩擦角，所述第二物理性能包括初始流動(dòng)度、一小時(shí)內(nèi)流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失和膨脹率；

61、且：

62、當(dāng)x＝1時(shí)，所述確定x個(gè)所述優(yōu)選早強(qiáng)外加劑的最優(yōu)摻量包括：在所述優(yōu)選早強(qiáng)外加劑的所述摻量范圍內(nèi)選擇n個(gè)摻量點(diǎn)值，所述n≥4，n個(gè)所述摻量點(diǎn)值形成等差數(shù)列，所述摻量點(diǎn)值包括所述摻量范圍的兩個(gè)邊界值；依據(jù)選擇的n個(gè)摻量點(diǎn)值分別向所述基礎(chǔ)注漿材料中加入不同摻量點(diǎn)值的所述優(yōu)選早強(qiáng)外加劑得到n個(gè)不同的第二樣品材料，測(cè)試并對(duì)比n個(gè)所述第二樣品材料的所述第二力學(xué)性能和所述第二物理性能，依據(jù)所述第二力學(xué)性能和所述第二物理性能確定y個(gè)優(yōu)選摻量，所述y≥1；當(dāng)y＝1時(shí)，所述優(yōu)選摻量為所述最優(yōu)摻量；當(dāng)y＞1時(shí)，對(duì)y個(gè)優(yōu)選摻量下得到的y個(gè)所述第二樣品材料進(jìn)行x射線衍射分析、熱重分析和掃描電鏡實(shí)驗(yàn)，分析和對(duì)比y個(gè)所述第二樣品材料的物相組成及含量，并觀察所述第二樣品材料中的水化產(chǎn)物形態(tài)，進(jìn)而從y個(gè)優(yōu)選摻量中確定所述最優(yōu)摻量；

63、步驟s2023、當(dāng)x＞1時(shí)，所述確定x個(gè)所述優(yōu)選早強(qiáng)外加劑的最優(yōu)摻量包括：在每一個(gè)所述優(yōu)選早強(qiáng)外加劑的所述摻量范圍內(nèi)選擇n個(gè)摻量點(diǎn)值，所述n≥4，n個(gè)所述摻量點(diǎn)值形成等差數(shù)列，所述摻量點(diǎn)值包括所述摻量范圍的兩個(gè)邊界值；設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，依據(jù)選擇的n個(gè)摻量點(diǎn)值分別向所述基礎(chǔ)注漿材料中加入不同摻量點(diǎn)值的不同的所述早強(qiáng)外加劑得到(n)x個(gè)不同的第二樣品材料，測(cè)試并對(duì)比(n)x個(gè)所述第二樣品材料的所述第二力學(xué)性能和所述第二物理性能，依據(jù)所述第二力學(xué)性能和所述第二物理性能確定x個(gè)所述優(yōu)選早強(qiáng)外加劑的y個(gè)優(yōu)選摻量組合，所述y≥1；當(dāng)y＝1時(shí)，所述優(yōu)選摻量組合為最優(yōu)摻量組合；當(dāng)y＞1時(shí)，對(duì)y個(gè)優(yōu)選摻量組合下得到的y個(gè)所述第二樣品材料進(jìn)行x射線衍射分析、熱重分析和掃描電鏡實(shí)驗(yàn)，分析和對(duì)比y個(gè)所述第二樣品材料的物相組成及含量，并觀察所述第二樣品材料中的水化產(chǎn)物形態(tài)，進(jìn)而從y個(gè)優(yōu)選摻量組合中確定所述最優(yōu)摻量組合。

64、相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：

65、本發(fā)明提出了一種低溫注漿材料的制備方法，首先依據(jù)所需制備的低溫注漿材料的屬性確定所需要的硫鋁酸鹽水泥的種類，再設(shè)定硫鋁酸鹽水泥中的無(wú)水硫鋁酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w3，進(jìn)而確定硫鋁酸鹽熟料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w1、所述石膏的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w2及確定所述石膏的種類，通過得到的配比可配制得到的相應(yīng)屬性需求的低溫注漿材料，且硫鋁酸鹽水泥屬于無(wú)機(jī)膠凝材料，作為低溫注漿材料的基底，具有水化速度快、早期強(qiáng)度高和成本低等優(yōu)點(diǎn)，并可適用于低溫條件；通過首先確定礦物摻合料的種類，再確定最優(yōu)摻入量，然后向硫鋁酸鹽水泥中加入最優(yōu)摻入量的種類合適的礦物摻合料得到基礎(chǔ)注漿材料，進(jìn)而可在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高硫鋁酸鹽水泥的物理力學(xué)性能和低溫適應(yīng)性；最后，通過測(cè)試基礎(chǔ)注漿材料分別在常溫條件下和低溫條件下的第一力學(xué)性能以及第一物理性能，判斷低溫條件對(duì)基礎(chǔ)注漿材料是否存在抑制作用，進(jìn)而可知曉制得的基礎(chǔ)注漿材料是否具有適用于低溫材料等性能，若不存在，說明基礎(chǔ)注漿材料能很好的適應(yīng)低溫環(huán)境，可直接使用，若存在，則對(duì)所述基礎(chǔ)注漿材料進(jìn)行低溫性能改良，使得改良后的基礎(chǔ)注漿材料可適應(yīng)低溫環(huán)境，進(jìn)而可確保低溫注漿材料具有低溫適應(yīng)性。通過本發(fā)明的制備方法制得的低溫注漿材料的性能不受低溫條件的影響，在低溫條件下仍具有早期強(qiáng)度高、水化速度快等優(yōu)點(diǎn)。