一种氯氧镁水泥基双液注浆材料及其制备方法与流程

1.本发明属于建筑工程加固技术领域，具体涉及一种氯氧镁水泥基双液注浆材料及其制备方法。


背景技术：

2.建筑工程注浆可以实现加固围岩、堵水等目的。根据注浆材料的化学成分，注浆材料可分为无机注浆材料和化学注浆材料；根据注浆材料的施工方式，可分为单液注浆材料、双液注浆材料或三液注浆材料。其中双液或三液注浆材料，可以在满足施工要求前提下，实现快速加固、堵水等目的，尤其对裸露的围岩体。目前，常用的双液注浆材料多为聚氨酯类注浆材料，聚氨酯类注浆材料具有速凝快硬的特点，而且粘结性好，但也存在成本高、遇水会膨胀等不足。
3.因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种氯氧镁水泥基双液注浆材料及其制备方法，以解决现有的无机双液注浆材料施工性能不好、凝结时间不易调控等问题。
5.为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
6.一种氯氧镁水泥基双液注浆材料，所述双液注浆材料由a料浆和b料浆等体积混合而成；其中：
7.a料浆由a粉料和水按重量比a粉料∶水＝100∶(35～50)组成；
8.a粉料由以下重量份的原料组成：轻烧氧化镁粉95～98份、减水剂一1～3份、羟丙基甲基纤维素0.5～2份；
9.b料浆由b粉料和水按重量比b粉料∶水＝100∶(35～50)组成；
10.b粉料由以下重量份的原料组成：六水氯化镁60～80份、磷酸二氢钾10～20份、磷酸二氢钠10～20份、减水剂二3～5份、羟丙基甲基纤维素0.5～2份。
11.在上述氯氧镁水泥基双液注浆材料中，优选地，所述轻烧氧化镁粉为符合黑色冶金行业标准《轻烧氧化镁》yb/t 5206
‑
2004表1中cbm85及以上等级的轻烧氧化镁。
12.在上述氯氧镁水泥基双液注浆材料中，优选地，所述轻烧氧化镁粉的比表面积不小于400m2/kg。
13.在上述氯氧镁水泥基双液注浆材料中，优选地，所述减水剂一、减水剂二均为市售萘系粉体减水剂。
14.在上述氯氧镁水泥基双液注浆材料中，优选地，所述减水剂一、减水剂二的减水率均不小于20％。
15.在上述氯氧镁水泥基双液注浆材料中，优选地，所述六水氯化镁中mgcl2·
6h2o的质量含量不小于85％。
16.在上述氯氧镁水泥基双液注浆材料中，优选地，所述磷酸二氢钾为符合化工行业
标准《肥料级磷酸二氢钾》hg/t 2321
‑
2016表1中合格品及以上等级的磷酸二氢钾。
17.在上述氯氧镁水泥基双液注浆材料中，优选地，所述磷酸二氢钠为符合德州隆盛化工有限公司企业标准《副产磷酸二氢钠》q/371426ls 006
‑
2016表1中要求的产品。
18.在上述氯氧镁水泥基双液注浆材料中，优选地，所述羟丙基甲基纤维素的2％水溶液的粘度为10万～20万mpa
·
s。
19.本发明还提供上述氯氧镁水泥基双液注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
20.第一步，按a粉料、b粉料的重量份组成，分别称量对应的原料，混合均匀，分别制得a粉料、b粉料；
21.第二步，将a粉料组分和水按比例混合均匀，制得a料浆；将b粉料组分和水按比例混合均匀，制得b料浆；
22.第三步，将a料浆和b料浆按相同的体积混合均匀，即得氯氧镁水泥基双液注浆材料。
23.有益效果：
24.本发明的氯氧镁水泥基双液注浆材料充分利用氯氧镁水泥具有早强的特点，再通过外加剂的作用，达到速凝快硬的效果。同时，本发明的双液注浆材料中的单液存放时间不小于6h、浆液流动性好，其浆液流动度可达300mm，双液注浆材料则可根据工程需要，初凝时间可调整缩短至1min以内，终凝时间可调整缩短至3min以内，2h抗压强度可达到10mpa。并且，本发明的氯氧镁水泥基双液注浆材料的制备方法简单易行，对生产设备及人员要求低，生产周期短，全过程不产生三废，不影响环境。
具体实施方式
25.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.为了进一步完善注浆材料的体系，本发明进行了氯氧镁水泥基双液注浆材料的研发，以期达到既满足施工要求，又能实现快速加固或堵水等目的。
27.本发明的氯氧镁水泥基双液注浆材料，由a料浆和b料浆等体积混合而成；其中，a料浆由a粉料和水按重量比a粉料∶水＝100∶(35～50)组成(例如100∶35、100∶40、100∶45或100∶50)，b料浆由b粉料和水按重量比b粉料∶水＝100∶(35～50)组成(例如100∶35、100∶40、100∶45或100∶50)；
28.a粉料由以下重量份的原料组成：轻烧氧化镁粉95～98份(例如95份、96份、97份或98份)、减水剂一1～3份(例如1份、1.5份、2份、2.5份或3份)、羟丙基甲基纤维素0.5～2份(例如0.5份、1份、1.5份或2份)；
29.b粉料由以下重量份的原料组成：六水氯化镁60～80份(例如60份、65份、70份、75份或80份)、磷酸二氢钾10～20份(例如10份、12份、14份、16份或20份)、磷酸二氢钠10～20份(例如10份、12份、14份、16份或20份)、减水剂二3～5份(例如3份、3.5份、4份、4.5份或5份)、羟丙基甲基纤维素0.5～2份(例如0.5份、1份、1.5份或2份)。
30.可以理解的是，减水剂一、减水剂二可以相同，也可以不同，本发明不做特别要求。以下实施例中，两减水剂均相同，因此不再区分，均用“减水剂”指代。
31.本发明的氯氧镁水泥基双液注浆材料中，轻烧氧化镁粉的主要化学成分为mgo，在氯化镁水溶液中与mgcl2(由六水氯化镁提供)和h2o反应生成5mg(oh)2·
mgcl2·
8h2o和3mg(oh)2·
mgcl2·
8h2o晶相，从而形成较为致密坚硬的硬化体；磷酸二氢钾和磷酸二氢钠，一是有加速氯氧镁水泥硬化的作用，即缩短氧化镁粉和氯化镁水溶液的凝结时间，二是可以提高氯氧镁水泥的耐水性能；减水剂可以提高浆体的流动性；羟丙基甲基纤维素可以调节浆体的粘稠度，避免在流动性较大时出现离析现象。
32.轻烧氧化镁粉为符合黑色冶金行业标准《轻烧氧化镁》yb/t 5206
‑
2004表1中cbm85及以上等级(即牌号为cbm85至cbm96)的轻烧氧化镁，且比表面积不小于400m2/kg。
33.减水剂为市售萘系粉体减水剂，其减水率不小于20％。
34.羟丙基甲基纤维素为市售白色粉体羟丙基甲基纤维素，粘度为10万～20万mpa
·
s(质量分数为2％的水溶液的粘度，例如10万mpa
·
s、12万mpa
·
s、14万mpa
·
s、16万mpa
·
s或20万mpa
·
s)。
35.六水氯化镁为光卤石(kmgcl3·
6h2o)中提炼kcl后的副产物，且其mgcl2·
6h2o的质量含量不小于85％。
36.磷酸二氢钾为符合化工行业标准《肥料级磷酸二氢钾》hg/t 2321
‑
2016表1中合格品及以上等级的磷酸二氢钾。
37.磷酸二氢钠为符合德州隆盛化工有限公司企业标准《副产磷酸二氢钠》q/371426ls 006
‑
2016表1中要求的产品。
38.本发明的氯氧镁水泥基双液注浆材料的制备方法，包括如下步骤：
39.第一步，按a粉料、b粉料的重量份组成，分别称量对应的原料，混合均匀，分别制得a粉料、b粉料；
40.第二步，将a粉料组分和水按a粉料∶水＝100∶(35～50)的重量比混合均匀，制得a料浆；将b粉料组分和水按b粉料∶水＝100∶(35～50)的重量比混合均匀，制得b料浆；
41.第三步，将a料浆和b料浆按相同的体积混合均匀，即得氯氧镁水泥基双液注浆材料。
42.实施例1
43.本实施例的氯氧镁水泥基双液注浆材料，由a料浆、b料浆按体积比1:1混合而成，其中：a料浆由970g轻烧氧化镁粉、20g减水剂、10g羟丙基甲基纤维素和380g水混合而成，b料浆由660g六水氯化镁、150g磷酸二氢钾、150g磷酸二氢钠、30g减水剂、10g羟丙基甲基纤维素和380g水混合而成。
44.本实施例的氯氧镁水泥基双液注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
45.步骤一，按以上重量称取轻烧氧化镁、减水剂、羟丙基甲基纤维素，混合均匀，得a粉料；
46.步骤二，按以上重量称取六水氯化镁、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、减水剂、羟丙基甲基纤维素，混合均匀，得b粉料；
47.步骤三，将a粉料1000g、水380g，混合搅拌至均匀，得a料浆；
48.步骤四，将b粉料1000g、水380g，混合搅拌至均匀，得b料浆；
49.步骤五，将a料浆、b料浆按体积比1∶1混合均匀，得本实施例的氯氧镁水泥基双液注浆材料，通过双液注浆泵进行注浆。
50.经取样检测为：a料浆和b料浆的单液存放时间分别为6小时55min和8小时30min，a料浆和b料浆的单液流动度分别为325mm和335mm；混合料浆的初凝时间为55s、终凝时间为2min19s，2h抗压强度为11.2mpa。
51.以上检测参照国家标准gb8076
‑
2008《混凝土外加剂》分别进行单液存放时间、单液流动度、双液注浆材料初凝时间和终凝时间以及抗压强度的测试。其他实施例和对比例中的检测方法与本实施例中的相同，不再赘述。
52.实施例2
53.本实施例的氯氧镁水泥基双液注浆材料，由a料浆、b料浆按体积比1∶1混合而成，其中：a料浆由980g轻烧氧化镁粉、15g减水剂、5g羟丙基甲基纤维素和450g水混合而成，b料浆由700g六水氯化镁、150g磷酸二氢钾、120g磷酸二氢钠、20g减水剂、10g羟丙基甲基纤维素和450g水混合而成。
54.本实施例的氯氧镁水泥基双液注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
55.步骤一，按以上重量称取轻烧氧化镁、减水剂、羟丙基甲基纤维素，混合均匀，得a粉料；
56.步骤二，按以上重量称取六水氯化镁、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、减水剂、羟丙基甲基纤维素，混合均匀，得b粉料；
57.步骤三，将a粉料1000g、水450g，混合搅拌至均匀，得a料浆；
58.步骤四，将b粉料1000g、水450g，混合搅拌至均匀，得b料浆；
59.步骤五，将a料浆、b料浆按体积比1∶1混合均匀，得本实施例的氯氧镁水泥基双液注浆材料，通过双液注浆泵进行注浆。
60.经取样检测为：a料浆和b料浆的单液存放时间分别为7小时30min和9小时50min，a料浆和b料浆的单液流动度分别为335mm和345mm；混合料浆的初凝时间为1min15s、终凝时间为2min50s，2h抗压强度为10.8mpa。
61.实施例3
62.本实施例的氯氧镁水泥基双液注浆材料，与实施例1的区别在于：a料浆、b料浆制备时的加水量不同，其他参数均与实施例1中的相同，不再赘述。a料浆、b料浆制备时的加水量(每次实验中的两料浆的加水量都相同)以及最终制备的a料浆、b料浆、双液注浆材料的性能测试结果如下表1所示。
63.表1加水量对双液注浆材料性能的影响
[0064][0065]
从表1结合实施例1的数据可以看出，随着加水量的增加，a料浆和b料浆的存放时间逐渐延长；a料浆和b料浆的流动度逐渐增大；双液注浆材料的初凝时间和终凝时间逐渐延长；双液注浆材料2h的抗压强度逐渐减小。其中，在加水量较小时，浆液太稠，不能满足泵送施工要求；在加水量较大时，浆液会出现离析现象，从而也影响施工。因此，建议将加水量的范围确定为350～500g之间。
[0066]
实施例4
[0067]
本实施例的氯氧镁水泥基双液注浆材料，与实施例1的区别在于：a料浆a制备时轻烧氧化镁粉的加入量不同，其他参数均与实施例1中的相同，不再赘述。a料浆制备时轻烧氧化镁粉的加入量以及最终制备的a料浆、b料浆、双液注浆材料的性能测试结果如下表2所示。
[0068]
表2轻烧氧化镁粉的加入量对双液注浆材料性能的影响
[0069][0070]
从表2结合实施例1的数据可以看出，随着轻烧氧化镁粉量的增加，a料浆的存放时间逐渐缩短，a料浆的流动度逐渐减小，其中在轻烧氧化镁粉的量较少时，浆液有离析倾向，在其量较大时，浆液较粘稠，从而在较少和较多时，均影响施工。双液注浆材料的初凝时间和终凝时间均先缩短后延长，相应地，双液注浆材料2h的抗压强度也先增大后减小。综合各
项性能，建议将轻烧氧化镁粉量的范围限制在950～980g之间。
[0071]
实施例5
[0072]
本实施例的氯氧镁水泥基双液注浆材料，与实施例1的区别在于：b料浆制备时六水氯化镁的加入量不同，其他参数均与实施例1中的相同，不再赘述。b料浆制备时六水氯化镁的加入量以及最终制备的a料浆、b料浆、双液注浆材料的性能测试结果如下表3所示。
[0073]
表3六水氯化镁的加入量对双液注浆材料性能的影响
[0074][0075]
从表3的数据结合实施例1可以看出，随着六水氯氧镁量的增加，b料浆的存放时间逐渐延长，b料浆的流动度逐渐增大；双液注浆材料的初凝时间和终凝时间均是先缩短，后延长；2h的抗压强度先增大后减小。其中，氯化镁的量在600～800g之间，双液注浆材料的各项性能均较好，因此，建议将六水氯化镁的量在600～800g之间。
[0076]
对比例1
[0077]
本对比例的双液注浆材料，与实施例1的区别在于：将某一组分从a料浆和b料浆中去除，其他参数均与实施例1中的相同，不再赘述。某一组分对最终制备的a料浆、b料浆、双液注浆材料的性能测试结果如下表4所示。
[0078]
表4某一组分对双液注浆材料性能的影响
[0079][0080]
注：由于a料浆中不含磷酸盐，所以磷酸盐两行对应无变化，表中以“—”表示。
[0081]
从表4的数据结合实施例1可以看出，将某一组分去除后，对双液注浆材料的性能会产生不同程度的影响，其中去除磷酸二氢钾和磷酸二氢钠，主要对双液注浆材料的初凝时间和终凝时间产生影响；将减水剂去除后，浆液的流动性会显著的变小，从而影响施工；将羟丙基甲基纤维素去除后，浆液的粘聚性变差，易出现离析分层现象。
[0082]
对比例2
[0083]
本对比例的双液注浆材料，与实施例1的区别在于：b粉料中的磷酸盐全部为磷酸二氢钾或者全部为磷酸二氢钠，磷酸盐的添加总量、其他参数均与实施例1中的相同，不再赘述。磷酸盐种类的变化对最终制备的a料浆、b料浆、双液注浆材料的性能的影响如下表5所示。
[0084]
表5 b料浆中磷酸盐种类的变化对双液注浆材料性能的影响
[0085][0086]
从表5的数据结合实施例1可以看出，磷酸二氢钾和磷酸二氢钠单掺与混掺相比，对b浆液的存放时间和流动度影响不大，但单掺相比混掺而言，其双液注浆材料的初凝时间和终凝时间均有所延长，2h抗压强度有所减小。也就是说，磷酸二氢钾和磷酸二氢钠混掺相比单掺，对凝结时间和2h抗压强度更有利，因此，建议二者混掺。
[0087]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。