用於粉細砂路堤加寬的邊坡注漿漿液及其製備方法
2023-08-10 03:45:36
專利名稱：用於粉細砂路堤加寬的邊坡注漿漿液及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種用於粉細砂路堤加寬的邊坡注漿漿液及其製備方法，適用於粉細砂路堤加寬技術領域。
背景技術：
隨著社會經濟的發展和公路交通流量的日益增加，公路加寬擴建已經成為現代交通發展的重要方向之一。在公路擴建中經常會遇到兩側粘性土包邊的粉細砂路基加寬，為了保證加寬後路基路面具有良好的工程特性，一般採用清除老路邊坡粘性土後再開挖臺階的方法使新老路基有效銜接。但由於粉細砂的黏聚力很小，開挖後的臺階不能自立， 易坍塌，因此大多採用開挖小臺階開挖坡表噴水泥砂漿法、樁體支護大臺階開挖法或邊坡注漿大臺階開挖法。小臺階開挖法施工複雜、進度慢，不利於施工工期與進度的控制；樁體支護大臺階開挖法經濟性較差。對於邊坡注漿大臺階開挖法，目前國內外採用的注漿漿液種類很多，包括水泥漿液、水玻璃漿液以及樹脂類漿液等，每種類型的漿液都有一定的使用範圍。其中應用最為廣泛的是水泥漿液，但是水泥漿液在粉細砂層中的滲透性差，由於壓實後的粉細砂孔隙率較低，傳統水泥漿液粘度較高，注漿過程中水泥漿液的流動阻力大，均勻性差，注漿半徑小，很難滿足邊坡加固要求；因此需要採用粒徑很小的超細水泥，這樣一來成本將大幅度上升。水玻璃漿液根據固化劑的類型分為鹼性漿液和酸性漿液。鹼性漿液以水玻璃-氯化鈣漿液為代表，由於漿液的擴散半徑小，使用的局限性比較大，目前應用很少。酸性水玻璃漿液在一定程度上提高了漿液的擴散能力，但存在注漿加固體強度較低的問題；另外，由於硫酸的強腐蝕性，易對周邊環境造成汙染危害，屬於危險品，目前只在隧道的初期支護中應用。樹脂類漿液採用各種類型的樹脂，包括環氧樹脂和聚醯胺類樹脂。加固的強度比較高，但是原材料造價也高，實際使用中對環境有不良影響，只在一些特殊的地方應用。基於目前各類注漿漿液在實際應用中的局限性，迫切需要一種滲透性能好，注漿後擴散半徑大，注漿加固體強度高、均勻性好的邊坡注漿漿液。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種用於粉細砂路堤加寬的邊坡注漿漿液及其製備方法，製成的漿液在注漿後擴散半徑大，注漿加固體強度高、均勻性好，漿液在空氣中和砂層中的膠凝時間長。為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是一種用於粉細砂路堤加寬的邊坡注漿漿液，它由下述質量份數配比的原料製成水玻璃3 15份、醋酸2 10份、氯化鈣I 5份、磷酸氫二鈉0. 2 3份、三氯化鐵0. I 5份和氯化鋁0. I 5份，磷酸或硫酸0. I 3份。
上述用於粉細砂路堤加寬的邊坡注漿漿液的製備方法如下將上述各原料均製成溶液；在水玻璃溶液中按配比加入磷酸氫二鈉溶液，充分攪拌後再不斷加入到醋酸溶液中，調整加入比例，使得二者混合後的溶液為酸性，且PH值不大於5. 2 ;再在上述配置好的溶液中加入稀磷酸或稀硫酸調整PH值為4. 3 5. 0，攪拌均勻；再加入三氯化鐵溶液，攪拌均勻；再加入氯化鈣溶液，攪拌均勻；最後加入氯化鋁溶液，攪拌均勻，完成整個邊坡注漿漿液的製備。上述用於粉細砂路堤加寬的邊坡注漿漿液的製備方法，具體步驟如下
(1)將醋酸配製成質量百分數為5 25%的醋酸溶液；
(2)將模數為2.3 3. 0的水玻璃配製成質量百分數為5 25%的水玻璃溶液，然後在上述配置好的水玻璃溶液中按配比加入質量百分數為I 10%的磷酸氫二鈉溶液，充分攪祥備用；
(3)將步驟(2)製備好的溶液不斷加入到步驟(I)製備好的醋酸溶液中，調整加入比例，使二者混合後的溶液為酸性，且PH值不大於5. 2，攪拌均勻備用；
(4)測定步驟(3)製備好的溶液的PH值，然後加入稀磷酸作為調節液，直至溶液的PH值為4. 3 5. 0，攪拌均勻備用；
(5)在步驟(4)製備好的溶液中按配比緩慢加入質量百分數為10 20%的三氯化鐵溶液，攪拌均勻備用；
(6)在步驟(5)製備好的溶液中按配比緩慢加入質量百分數為10% 20%的氯化鈣溶液，攪拌均勻備用；
(7)在步驟(6)製備好的溶液中按配比緩慢加入質量百分數為3 10%氯化鋁溶液，攪拌均勻；
(8)將步驟(7)製備好的溶液繼續攪拌3 5分鐘，完成整個邊坡注漿漿液的製備。本發明所述漿液為溶液和膠體溶液狀態，粘度低，擴散性好，擴散半徑為0.8
2.5m，能夠使漿液在壓力低的情況下均勻擴散。漿液中的氯化鈣和矽酸鈉在無機鹽添加劑的作用下，經過化學反應產生粘結能力高的矽酸鈣，形成矽酸鈣膠凝材料後使粉細砂加固體的強度高達0. 5 3. 5MPa，且矽酸鈣加固體的耐水性比較好。本發明通過調節無機鹽組分在漿液中的含量，使水玻璃與醋酸形成的矽酸溶膠的膠凝時間大幅度延長，在空氣中的膠凝時間達到300 600min,在砂層中的膠凝時間達到40 120min。這是國內現有各種水玻璃漿液配方無法實現的。由於醋酸屬於弱酸，電離度和電離常數都比較低，醋酸水溶液中的HAc大部分以分子狀態存在，只有部分發生電離。漿液在粉細砂內前行擴散過程中，當溶解碳酸鹽消耗了H+後，處於分子狀態的HAc不斷電離出H +，可以使漿液擴散過程中前端溶液PH值不斷發生小幅度變化，克服了硫酸-水玻璃體系漿液在細砂內前行的擴散過程中前端區域的H +迅速大量消耗，而H +無法得到補充，導致PH值升高，造成末端膠凝過快的缺陷。本發明的有益效果如下
(1)本發明的水玻璃及矽酸鹽複合凝膠體系漿液滲透性能好，注漿後擴散半徑大，注漿加固體強度高、均勻性好，漿液在空氣中和砂層中的膠凝時間長；
(2)由於本發明採用的原材料除去醋酸為有機物外，其餘材料皆為無機物，均不屬於危險品管制的範圍。在使用過程中，不會對周邊環境造成汙染。漿液在固化反應後的副產物對環境也沒有汙染，具有環保、無公害的特點；
(3)本發明的原材料價格低廉，來源廣泛，漿液造價僅為有機酯類固化劑漿液的30
50%。
具體實施例方式實施例I
本發明所述的用於粉細砂路堤加寬的邊坡注漿漿液，由下述質量份數配比的原料製成水玻璃3份、醋酸2份、氯化鈣I份、磷酸氫二鈉0. 2份、三氯化鐵0. I份和氯化鋁0. I份，磷酸或硫酸0. I份。上述用於粉細砂路堤加寬的邊坡注漿漿液的製備方法，具體步驟如下
(1)將醋酸配製成質量百分數為5 25%的醋酸溶液；
(2)將模數為2.3 3. 0的水玻璃配製成質量百分數為5 25%的水玻璃溶液，然後在上述配置好的水玻璃溶液中按配比加入質量百分數為I 10%的磷酸氫二鈉溶液，充分攪祥備用；
(3)將步驟(2)製備好的溶液不斷加入到步驟(I)製備好的醋酸溶液中，調整加入比例，使二者混合後的溶液為酸性，且PH值不大於5. 2，攪拌均勻備用；
(4)測定步驟(3)製備好的溶液的PH值，然後加入稀磷酸作為調節液，直至溶液的PH值為4. 3 5. 0，攪拌均勻備用；由於醋酸是弱酸，在溶液中的電離不穩定，因此需要加入強酸具體調節PH值。(5)在步驟(4)製備好的溶液中按配比緩慢加入質量百分數為10 20%的三氯化鐵溶液，攪拌均勻備用；
(6)在步驟(5)製備好的溶液中按配比緩慢加入質量百分數為10% 20%的氯化鈣溶液，攪拌均勻備用；
(7)在步驟(6)製備好的溶液中按配比緩慢加入質量百分數為3 10%氯化鋁溶液，攪拌均勻；
(8)將步驟(7)製備好的溶液繼續攪拌3 5分鐘，完成整個邊坡注漿漿液的製備。實施例2
本發明所述的用於粉細砂路堤加寬的邊坡注漿漿液，由下述質量份數配比的原料製成水玻璃9份、醋酸6份、氯化鈣3份、磷酸氫二鈉I. 6份、三氯化鐵2. 5份和氯化鋁2. 5份，磷酸或硫酸I. 5份。製備方法同實施例I。實施例3
本發明所述的用於粉細砂路堤加寬的邊坡注漿漿液，由下述質量份數配比的原料製成水玻璃15份、醋酸10份、氯化鈣5份、磷酸氫二鈉3份、三氯化鐵5份和氯化鋁5份，磷酸或硫酸3份。製備方法同實施例I。本發明所述漿液為溶液和膠體溶液狀態，粘度低，擴散性好，擴散半徑為0.8
2.5m，能夠使漿液在壓力低的情況下均勻擴散。漿液中的氯化鈣和矽酸鈉在無機鹽添加劑的作用下，經過化學反應產生粘結能力高的矽酸鈣，形成矽酸鈣膠凝材料後使粉細砂加固體的強度高達0. 5 3. 5MPa，且矽酸鈣加固體的耐水性比較好。本發明通過調節無機鹽組分在漿液中的含量，使水玻璃與醋酸形成的矽酸溶膠的膠凝時間大幅度延長，在空氣中的膠凝時間達到300 600min,在砂層中的膠凝時間達到40 120min。這是國內現有各種水玻璃漿液配方無法實現的。由於醋酸屬於弱酸，電離度和電離常數都比較低，醋酸水溶液中的HAc大部分以分子狀態存在，只有部分發生電離。漿液在粉細砂內前行擴散過程中，當溶解碳酸鹽消耗了H+後，處於分子狀態的HAc不斷電離出H +，可以使漿液擴散過程中前端溶液PH值不斷發生小幅度變化，克服了硫酸-水玻璃體系漿液在細砂內前行的擴散過程中前端區域的H +迅速大量消耗，而H +無法得到補充，導致PH值升高，造成末端膠凝過快的缺陷。綜上所述，本發明水玻璃及矽酸鹽複合凝膠體系漿液滲透性能好，注漿後擴散半 徑大，注漿加固體強度高、均勻性好，漿液在空氣中和砂層中的膠凝時間長。
權利要求
1.一種用於粉細砂路堤加寬的邊坡注漿漿液，其特徵在於，它由下述質量份數配比的原料製成水玻璃3 15份、醋酸2 10份、氯化鈣I 5份、磷酸氫ニ鈉O. 2 3份、三氯化鐵O. I 5份和氯化鋁O. I 5份，磷酸或硫酸O. I 3份。
2.如權利要求I所述的用於粉細砂路堤加寬的邊坡注漿漿液的製備方法，其特徵在於，其方法步驟如下將上述各原料均製成溶液；在水玻璃溶液中按配比加入磷酸氫ニ鈉溶液，充分攪拌後再不斷加入到醋酸溶液中，調整加入比例，使得二者混合後的溶液為酸性，且PH值不大於5. 2 ;再在上述配置好的溶液中加入稀磷酸或稀硫酸調整PH值為4. 3 5.0，攪拌均勻；再加入三氯化鐵溶液，攪拌均勻；再加入氯化鈣溶液，攪拌均勻；最後加入氯化鋁溶液，攪拌均勻，完成整個邊坡注漿漿液的製備。
3.根據權利要求2所述的用於粉細砂路堤加寬的邊坡注漿漿液的製備方法，其特徵在於，其具體方法步驟如下 (1)將醋酸配製成質量百分數為5 25%的醋酸溶液； (2)將模數為2.3 3. O的水玻璃配製成質量百分數為5 25%的水玻璃溶液，然後在上述配置好的水玻璃溶液中按配比加入質量百分數為I 10%的磷酸氫ニ鈉溶液，充分攪祥備用； (3)將步驟(2)製備好的溶液不斷加入到步驟(I)製備好的醋酸溶液中，調整加入比例，使二者混合後的溶液為酸性，且PH值不大於5. 2，攪拌均勻備用； (4)測定步驟(3)製備好的溶液的PH值，然後加入稀磷酸作為調節液，直至溶液的PH值為4. 3 5. 0，攪拌均勻備用； (5)在步驟(4)製備好的溶液中按配比緩慢加入質量百分數為10 20%的三氯化鐵溶液，攪拌均勻備用； (6)在步驟(5)製備好的溶液中按配比緩慢加入質量百分數為10% 20%的氯化鈣溶液，攪拌均勻備用； (7)在步驟(6)製備好的溶液中按配比緩慢加入質量百分數為3 10%氯化鋁溶液，攪拌均勻； (8)將步驟(7)製備好的溶液繼續攪拌3 5分鐘，完成整個邊坡注漿漿液的製備。
全文摘要
本發明公開了一種用於粉細砂路堤加寬的邊坡注漿漿液，它由下述質量份數配比的原料製成水玻璃3～15份、醋酸2～10份、氯化鈣1～5份、磷酸氫二鈉0.2～3份、三氯化鐵0.1～5份和氯化鋁0.1～5份，磷酸或硫酸0.1～3份。本發明的有益效果如下(1)本發明的漿液滲透性能好，注漿後擴散半徑大，注漿加固體強度高、均勻性好，漿液在空氣中和砂層中的膠凝時間長；(2)由於採用的原材料除去醋酸為有機物外，其餘材料皆為無機物，均不屬於危險品管制的範圍。在使用過程中，不會對周邊環境造成汙染。漿液在固化反應後的副產物對環境也沒有汙染，環保、無公害；(3)原材料價格低廉，來源廣泛。
文檔編號C04B28/26GK102757213SQ20121026105
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月26日 優先權日2012年7月26日
發明者劉立申, 張仲帆, 楊廣慶, 鄭鳳曲, 陳君朝, 高民歡 申請人:石家莊鐵道大學