高性能的水泥-硅溶胶灌浆料及其制备方法

本发明涉及灌浆料，具体涉及一种高性能的水泥-硅溶胶灌浆料及其制备方法。

背景技术：

1、水玻璃灌浆料由于其价格便宜、施工容易、强度较好而得到长期的使用，但由于水玻璃类浆液固结后的凝胶中的钠离子可以溶脱二氧化硅和凝胶本身体积的变化，使水玻璃化学灌浆料的耐水性不好，耐久性差，从而导致不能在永久性的工程使用。同时在化学浆材现有技术中，灌浆料强度不高，易开裂，限制了灌浆料在建筑工程上的技术的发展。在我国，隧道渗漏水的病害格外普遍。由于围岩裂隙形成渗水通道，以及结构水泥浆产生的裂隙导致隧道渗漏水。但传统的注浆堵水材料水泥浆液或水泥-水玻璃浆液都不能解决渗漏水问题。水泥浆液凝固时间缓慢，留存率低，利用率低，水泥颗粒大小不一，很难堵住岩体及结构水泥浆中的微小裂隙。而水泥-水玻璃浆液凝固时间短，可渗透能力增强，也难以应对动水条件下裂隙的注浆问题。另外，水泥浆液和水玻璃浆液均容易被水冲失，这样导致封堵不成功。使用传统的聚氨酯材料注浆则会有自燃风险，且长期耐久性差。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高性能的水泥-硅溶胶灌浆料，该灌浆料强度高，凝结时间快，粘度低，可灌性好，强渗透力，耐水性好，抗渗性极好，具有高留存率，不易冲失；可注入微小裂隙；长期耐久性高，能够高效的完成岩体渗水裂隙及结构体水泥浆裂隙的封堵，及绿色环保等优点。

2、本发明还提供其制备方法，科学合理，适合大规模生产。

3、本发明所述的高性能的水泥-硅溶胶灌浆料，包括a组分和b组分，所述a组分包括以下重量份的原料：

4、硅酸盐水泥                        20-50份；

5、水                                20-70份；

6、减水剂                            0.6-3.2份；

7、所述b组分包括以下重量份的原料：

8、

9、所述纳米硅溶胶为碱性纳米硅溶胶，中性纳米硅溶胶，改性纳米硅溶胶中的一种或几种。

10、所述碱性纳米硅溶胶，ph为8.0-10.5，二氧化硅含量5-40wt.％，氧化钠含量＜0.5wt.％，余量为水分散剂，粒径为3-150nm，电导率控制在2000-10000μs/cm。优选为山东科翰硅源新材料有限公司jn-20g产品。

11、所述中性纳米硅溶胶，ph为7-8.5，二氧化硅含量在5-35wt.％，氧化钠含量＜0.2wt.％，余量水为分散剂，粒径为3-150nm，电导率控制在1000-4000μs/cm。优选为山东科翰硅源新材料有限公司khz-30产品。

12、所述改性纳米硅溶胶为碱性硅溶胶或者中性硅溶胶接枝有机聚合物或者硅烷偶联剂制得，例如接枝羟基、酰胺基乙烯基等，硅溶胶-乙烯醇接枝共聚物，硅溶胶-丙烯酰胺共聚物，硅溶胶-乙烯基吡咯烷酮共聚物，硅溶胶-乙烯基硅烷偶联剂共聚物，硅溶胶-烷基硅烷偶联剂共聚物，硅溶胶-酰氧基硅烷偶联剂，硅溶胶-苯基硅烷偶联剂，硅溶胶-氨基硅烷偶联剂，硅溶胶-脲基硅烷偶联剂，硅溶胶巯基硅烷偶联剂，硅溶胶-钛酸酯偶联剂，硅溶胶-铝酸酯偶联剂等。改性纳米硅溶胶ph为8-11，二氧化硅含量在5-35wt.％，接枝聚合物比例为硅溶胶的0.05-10％。优选为山东科翰硅源新材料有限公司khm-422g产品。

13、所述固化剂为氯化钾、碳酸钾、硅酸钾、硅酸钠、碳酸氢钾、氯化钠中的一种或几种。

14、所述无机纤维为玻璃纤维、抗碱石英玻璃纤维、碳纤维中的一种或几种。

15、所述早强剂为晶核早强剂，是一种无机-有机纳米复合材料，具有c-s-h晶核结构。优选为江苏奥莱特新材料股份有限公司的art-csh晶核早强剂。

16、与传统无机盐类和醇胺类早强剂相比，早强效果更佳显著，与胶凝材料之间兼容性更好，c-s-h晶核可诱发水泥水化，降低水泥水化反应活化能，提高水化反应速率，促进硬化期强度快速发展，显著提高水泥浆的早期强度。该早强剂特点如下：良好的超早强性能，常温、低温或热养护温度条件下均可大幅提高水泥浆早期强度；可提高水泥浆的耐久性，合理掺量水泥浆后期强度不会发生倒缩。

17、所述减水剂为木质素磺酸钠、萘磺酸盐甲醛缩合物中的一种或两种。

18、木质素磺酸钠，萘磺酸盐甲醛缩合物作为超早强聚羧酸减水剂具有超高的减水率，同时能大幅度缩短水泥浆拌合物的凝结时间，促进水泥浆拌合物早期强度发展。是一种特殊分子结构的聚羧酸减水剂，采用ph响应和温度响应机制实现了分子结构的自组装效应，提升了水泥颗粒表面的浸润效应，在获得极佳流动性的同时，大幅度促进水泥基材料的水化进程。有以下的优点：提高早期强度；极高的减水率和较高密实性；优异的塑化、保水性能(泵送或者斗送下料)；改善收缩和水泥浆蠕变；吸附迅速降低竞争吸附干扰；与其他添加剂兼容。

19、本发明所述的高性能的水泥-硅溶胶灌浆料的制备方法，包括以下步骤：

20、步骤一，称量各组分的原料；

21、步骤二，将硅酸盐水泥、水、减水剂，按顺序依次加入高速搅拌机中，搅拌转速为1000-1200r/min，搅拌时间为3-10min，得到a组分；将纳米硅溶胶、固化剂、无机纤维、早强剂、水依次加入高速搅拌机中，搅拌转速为1000-1200r/min，搅拌时间3-10min，得到b组分。

22、步骤三，将步骤二中得到的a组分和b组分以体积比1:(1-1.5)，加入高速搅拌机中，搅拌转速为600-800r/min，搅拌时间为5s-60s，即得高性能的水泥-硅溶胶灌浆料。

23、与现有技术相比，本发明有益效果如下：

24、(1)本发明所制得的灌浆料强度高，凝结时间快，粘度低，可灌性好，强渗透力，耐水性好，抗渗性极好，具有高留存率，不易冲失；可注入微小裂隙；长期耐久性高，能够高效的完成岩体渗水裂隙及结构体水泥浆裂隙的封堵，及绿色环保等优点。在裂缝防渗，地下基础的防渗止水，地下工程及隧道工程防渗及加固，大坝防渗加固，地下水保护防渗，采矿业回填等工程中，具有较高的实用价值和良好的应用前景。

25、(2)本发明使用的早强剂为晶核早强剂，是一种无机-有机纳米复合材料，具有c-s-h晶核结构，与传统无机盐类和醇胺类早强剂相比，早强效果更佳显著，与胶凝材料之间兼容性更好，c-s-h晶核可诱发水泥水化，降低水泥水化反应活化能，提高水化反应速率，促进硬化期强度快速发展，显著提高水泥浆24小时内的早期强度。该早强剂对水泥浆强度无副作用，且不影响水泥浆的耐久性。特点如下：良好的超早强性能，常温、低温或热养护温度条件下均可大幅提高水泥浆早期强度；可提高水泥浆的耐久性，合理掺量水泥浆后期强度不会发生倒缩；缩短甚至消除蒸养工序，节能降耗。

26、(3)本发明使用木质素磺酸钠，萘磺酸盐甲醛缩合物作为超早强聚羧酸减水剂具有超高的减水率，同时能大幅度缩短水泥浆拌合物的凝结时间，促进水泥浆拌合物早期强度发展。是一种特殊分子结构的聚羧酸减水剂，采用ph响应和温度响应机制实现了分子结构的自组装效应，提升了水泥颗粒表面的浸润效应，在获得极佳流动性的同时，大幅度促进水泥基材料的水化进程。有以下的优点：提高早期强度；极高的减水率和较高密实性；优异的塑化、保水性能(泵送或者斗送下料)；改善收缩和水泥浆蠕变；吸附迅速降低竞争吸附干扰；与其他添加剂兼容。