一种面向岛礁环境的高流动性地聚物灌浆料及其入渗灌浆方法与装置

本发明涉及岛礁海洋岩土工程领域，具体而言，涉及一种面向岛礁环境的高流动性地聚物入渗材料与制备方法及混合装置。

背景技术：

1、近年来陆地资源紧张匮乏，因此，岛礁海洋岩土工程成为缓解占地问题的有效方案，也是航空和运输的重要枢纽。

2、岛礁海洋环境相较于陆地环境更加复杂多变，不同岛礁海洋地带含氧量不同，这导致其同时具备氧化和还原条件，这与大陆的多氧化条件明显不同。区别于大陆的淡水环境，含盐度是海水的重要性质之一，正常海水含盐度为3.5％，这会对建筑结构和材料造成不同程度的腐蚀和损坏，从而影响长期使用。除此之外，岛礁主要分布于热带和亚热带海岸中，高温高湿环境也对道路结构和材料造成了极大的威胁。更为关键的是，岛礁与陆地距离较远，建筑材料与设备运输难度和成本较大。

3、灌浆就是将材料灌入岩体、土体或混凝土内的孔隙和裂隙中，材料填充其间并硬化固结，起到加固补强和防渗堵漏的作用。作为一种常用的施工方法，灌浆具有适用范围广、工期短见效快、施工噪声轻振动小、加固深度可深可浅易于控制等特点。目前现场施工中采用的灌浆施工方法大都为压力式注浆，即采用气压、液压或电化学原理把固化浆液注入各种介质的孔隙或裂缝中。压力式注浆虽然施工方便和影响范围小，但对注浆设备要求较高，需要提供足够的注浆压力以确保浆液的充分流动填充。

4、现有的灌浆材料主要为水泥浆，通过高压泵送具有一定流动性的水泥浆来满足加固需求，但在此过程中常常受到水泥浆流动性的限制。水泥浆中水泥含量少，其流动性提高能实现较好的注浆效果，但加固强度较低，难以满足施工要求。水泥浆中水泥含量多，能显著提高加固强度，但是其流动性较差需要提供更大的注浆压力，这会导致原有结构受到扰动破坏。另一方面，水泥的生产过程中会释放大量的二氧化碳，据统计水泥生产过程中的二氧化碳排放量约占全球二氧化碳排放总量的7％。建筑业的可持续发展不仅应该减少二氧化碳排放和保护环境，还应该有助于自然资源的可持续发展。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的以上问题，本发明的目的在于提供一种面向岛礁环境的高流动性地聚物灌浆料及其入渗灌浆方法与装置。相对于现有灌浆加固技术，本发明的优点主要包括：本发明的灌浆料具有环境适应性好、流动性大、加固范围广、加固强度高、凝结时间可调的优点，灌浆工艺和设备具有简单、绿色环保可持续的优点。

2、本发明采取以下技术方案：

3、一种面向岛礁环境的高流动性地聚物灌浆料，各原料配方的质量份数如下：矿粉1000份，粉煤灰0-1000份，硅微粉0-1000份，水玻璃硅酸钠272-1089份，工业级用碱62-246份，海水266-1065份。

4、进一步地，所述水玻璃硅酸钠由硅酸钠和海水配制得到。

5、进一步地，所述的钙质砂粒径包括细砂、中砂和粗砂。

6、进一步地，所述的地聚物灌浆料中的矿粉为s95级矿粉。

7、进一步地，所述的矿粉组成为：sio2、al2o3、cao、mgo和so3，各组分的质量百分比分别为：33.06％、15.04％、39.9％、9.96％和1.9％。

8、进一步地，所述的矿粉烧失量为0.8％，玻璃体含量为99％，含水量为0.1％，密度为2.9g/cm3，比表面积为412m2/kg，7d和28d活性指数分别为86％和95.5％。

9、进一步地，所述的地聚物灌浆料中的粉煤灰为一级粉煤灰。

10、进一步地，所述的粉煤灰化合物组成为：sio2、al2o3、cao、fe2o3、mgo、na2o、so3和k2o，各组分的质量百分比分别为：60％、17％、10％、5％、2％、1.11％、2.1％和1.5％。

11、进一步地，所述的硅微粉中sio2质量百分比为99％，其余含微量tio2、al2o3、fe2o3、cao、mgo、k2o和na2o。

12、进一步地，所述的硅微粉目数为1250目，烧失量为0.209％，吸油值为26ml/100g。

13、进一步地，所述的地聚物灌浆料中的碱激发溶液为水玻璃硅酸钠和工业级用碱与海水溶解形成的溶液。

14、进一步地，所述的水玻璃硅酸钠为无色略带色透明稠状液体，sio2和na2o的质量百分比分别为30％和13.5％。

15、进一步地，所述的水玻璃硅酸钠溶液密度为1.51g/cm3，波美度为50°bé，模数为2.3m，固态量为43.5％，ph值为10-13。

16、进一步地，所述的工业级用碱为白色颗粒状粉末，分子量为40，熔点为318℃，沸点为1390℃，密度为2.13g/cm3，纯度为95％。

17、进一步地，上述地聚物灌浆料的制备方法，具体步骤为：

18、s1、将矿粉、粉煤灰和硅微粉按配比混合并搅拌均匀，得到粉体混合料；

19、s2、将工业级用碱按比例溶解于水玻璃硅酸钠溶液中，然后与海水混合得到碱激发溶液；

20、s3、将碱激发溶液按要求加入至粉体混合料中，充分搅拌均匀得到地聚物灌浆料。

21、进一步地，上述碱激发溶液采用海水混合配制是为了确保所述地聚物灌浆料与岛礁海洋环境有良好的环境适应性。

22、一种面向岛礁环境的高流动性地聚物灌浆料的入渗灌浆方法，将钙质砂作为回填料填入待加固结构中，然后将上述的高流动性地聚物灌浆料注入回填料表面，使其自由入渗至回填料中。所述的钙质砂回填料可实现建筑原料的就地取材，缓解建筑材料的运输和成本问题。

23、一种面向岛礁环境的高流动性地聚物灌浆料的入渗灌浆装置为搅拌混合一体式自流式可移动设备。入渗灌浆装置包括粉体储料仓、液体储料仓和混合搅拌仓。所述混合搅拌仓位于所述粉体储料仓和液体储料仓下部。

24、进一步地，上述的入渗式灌浆装置设置移动轮轨，可以实现设备的可移动性和定位锁定。

25、进一步地，所述粉体储料仓和液体储料仓均为自动开关控制，包括储料进口和出口。

26、进一步地，所述的混合搅拌仓内设六叶搅拌桨，上下各错落分布三叶，搅拌速度设置有低速和高速，通过相应开关控制。

27、进一步地，所述的混合搅拌仓上部设置可视窗口，可以实时查看混合料的搅拌状态，同时可以进行手动开关，以方便清洗和特殊情况下措施的采取。

28、进一步地，所述的自流式出口由自动开关控制。

29、进一步地，所述高流动性地聚物材料灌浆过程为将钙质砂作为回填料填入待加固结构中，然后将地聚物灌浆料的粉体混合料和碱激发溶液通过上述入渗灌浆装置进行混合和搅拌，最后打开混合搅拌仓底部的出口，实现地聚物灌浆料的移动式入渗灌浆。

30、综上所述，本发明包括以下有益技术效果：

31、(1)本发明中，地聚物灌浆料能够良好适应岛礁海洋环境，在海水环境下依然发挥优异的力学性能，不影响长期使用。

32、(2)本发明中，地聚物灌浆料具有高流动性，能够实现直接自由入渗至钙质砂回填料中，灌浆效果优异满足施工要求。

33、(3)本发明中，地聚物灌浆料加固强度高，并且可以实现浆料凝结时间的可调性，满足和适应各类工程的施工指标要求。

34、(4)本发明中，入渗灌浆装置实现储存、搅拌、灌浆一体式，工艺简单操作方便，可实现移动式灌浆。

35、(5)本发明中，钙质砂回填料和地聚物灌浆料中粉煤灰和矿粉的使用实现了建筑材料的就地取材和固体废弃物再利用，充分践行绿色环保与可持续发展理念。