一种高抗氯离子侵蚀的绿色注浆材料及其制备方法

1.本发明涉及注浆材料耐久性，具体涉及一种高抗氯离子侵蚀的绿色注浆材料及其制备方法，属于岩土工程注浆与建筑材料领域。


背景技术：

2.随着我国城镇化水平的不断加快，城市地下空间开发和地铁建设蓬勃发展。在修建地铁或城市地下空间开发经常遭遇不良地质，如断层、溶洞、深厚砂层等，针对这些不良地质，当埋深较深时，无法通过开挖、置换的方式处理，注浆是最直接有效的方法。对于地下水丰富地区，尤其是在滨海城市，地下水中含有大量的氯离子，对注浆材料具有严重的侵蚀，影响注浆材料的耐久性，最终降低工程服役的寿命。
3.注浆材料是影响工程注浆加固效果的重要因素。目前注浆材料种类繁多，主要分为有机类和无机类。有机化学类浆液流动性好、可注性强，但是化学类浆液一般具有毒性，耐久性差且价格较贵，在富水地区使用容易造成地下水污染，且用量难以控制。无机类水泥基注浆材料具有强度高、无毒无味、价格低廉等优点，是目前应用最为广泛的注浆材料之一。但是传统水泥类注浆材料抵抗氯离子侵蚀性能差，严重影响工程服役性能。生产水泥需要消耗巨大的能源，研究数据显示，水泥生产消耗的能源约占工业总能源的12%~15%。此外，水泥生产过程排放的二氧化碳约占人类活动总二氧化碳的5% ~ 6%，约占全球变暖的2%。针对富含氯离子地区不良地质注浆加固防渗以及国家“双碳”目标下，研发一种低碳绿色、经济环保高抗氯离子侵蚀的注浆材料具有重要的科学价值和实践意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：针对上述技术问题提供一种高抗氯离子侵蚀的绿色注浆材料可用于高氯离富水地区不良地质注浆治理，可有效的提高注浆区域的耐久性和工程的服役寿命。本发明该提供了高抗氯离子侵蚀绿色注浆材料的制备方法。
5.为实现上述发明目的，本发明公开了以下技术方案：一种高抗氯离子侵蚀的绿色注浆材料，包括如下重量份的组分：氧化石墨烯0.15份、水泥400份、粉煤灰100份、速凝剂5~8份以及水400份。
6.本发明中，氧化石墨烯浓度为10mg/ml。
7.本发明中，水泥为po 42.5的普通硅酸盐水泥，强度等级不低于42.5。
8.本发明中，粉煤灰为工业二级粉煤灰灰细度14-25。
9.本发明中，速凝剂为白色粉末状。
10.另外，本发明还提供一种高抗氯离子侵蚀的绿色注浆材料的制备方法，包括以下步骤：a．将水泥、粉煤灰和速凝剂加入搅拌锅中混合，以100~140r/min的转速混合搅拌60s；b．将氧化石墨烯加入与水中超声波分散不少于5分钟混合均匀后，倒入搅拌锅中；
c．先以100~140r/min的转速搅拌120s，在以250~285r/min的转速搅拌120s即可。
11.本发明中，所述高抗氯离子侵蚀绿色注浆材料，使用较少含量的氧化石墨烯，能够是注浆材料结石体内部更加密实强度更高，氧化石墨烯的层状结构促使结石体内部产生错综复杂的海绵结构，改善了浆体水化产物的结构，使毛细孔隙量减少，同时与水泥材料中不同的阴阳离子产生互锁效应，限制氯离子入侵。另外掺入粉煤灰后，氧化石墨烯能够激活粉煤灰火山灰效应发生二次水化反应，二次水化产物填充了部分孔隙，进一步阻隔了氯离子的侵蚀。本发明的高抗氯离子侵蚀绿色注浆材料从氧化石墨烯和粉煤灰两方面出发，能够实现对氯离子侵蚀的双重抵抗。
12.与现有注浆材料及技术比较，本发明的有益效果如下：（1）本发明的可用于高氯离子侵蚀作用下不良地质工程注浆治理，能够增强注浆加固体的耐久性，提高工程的服役寿命。
13.（2）本发明的材料在节能减排方面优势明显。高抗氯离子侵蚀绿色注浆材料相较于传统水泥类注浆材料可以节省20%的水泥用量，同时消耗20%的工业废料粉煤灰。节省20%的水泥用量时，分别可以节约0.22t石灰石用量、20kg标准煤，同时减少172kg的二氧化碳排放。研究成果不但能有效的提高不良地质注浆加固体的耐久性，而且可以推动注浆材料和技术的完善和发展，同时可以极大的降低能源的消耗和二氧化碳的排放，有利于推动绿色可持续发展，具有重要科学价值和广阔的工程应用前景。
附图说明
14.图1为本发明氯离子侵蚀试验图；图2为本发明氯离子侵蚀抗折强度图；图3为本发明氯离子侵蚀抗压强度图。
具体实施方式
15.为了使本发明的和制备方法优点更加清楚简单易懂，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细的描述。应该指出，以下详细说明均是示范性的，旨在对本发明提供进一步的说明，通过试样在高浓度氯离子侵蚀后的力学强度试验来验证本发明抗氯离子侵蚀的能力。
实施例
16.分别对比了传统水泥类注浆材料、和本发明注浆材料复掺20%粉煤灰和0.03%氧化石墨烯。
17.表1 水泥粉煤灰氧化石墨烯wt%速凝剂wt%水对比例140010001.2400实施例14001000.031.2400表1中，上述氧化石墨烯浓度为10mg/ml，水泥为po 42.5的普通硅酸盐水泥，粉煤灰为工业二级粉煤灰灰细度14-25。
18.本实施例中高抗氯离子侵蚀注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
s1将水泥、粉煤灰和速凝剂加入搅拌锅中混合，以100~140r/min的转速混合搅拌60s；s2将氧化石墨烯加入与水中超声波分散不少于5分钟混合均匀后，倒入搅拌锅中；s3先以100~140r/min的转速搅拌120s，在以250~285r/min的转速搅拌120s即可。
19.s4将s3中搅拌均匀的浆液倒入40mm
×
40mm
×
160mm三联试模中，放到水泥胶砂振动台上振捣120次，待试样成型后放入浓度为5%的nacl溶液中进行抗氯离子侵蚀试验。
20.s5将侵蚀到一定龄期的试样进行抗折和抗压强度测试。
21.采用抗侵蚀系数来评价注浆材料抗氯离子侵蚀的能力，抗侵蚀系数可按下式计算：式中：kf表示抗压强度/抗折强度侵蚀系数；fe表示试件侵蚀后的抗压/抗折强度值（mpa）；f0表示在标准养护条件下与侵蚀试件对应龄期的抗压/抗折强度（mpa）。
22.最终侵蚀180d后本发明高抗氯离子侵蚀绿色注浆材料抗折强度和抗压强度对应的抗侵蚀系数分别为1.04和1.07，而对比的抗侵蚀系数仅为0.83和0.78，明显低于本发明注浆材料的抗侵蚀能力。说明本发明的高抗氯离子侵蚀绿色注浆材料具有良好的抗侵蚀性能，可在高氯离子环境下注浆加固并可保证工程的耐久性和延长服役寿命。


技术特征：
1.一种高抗氯离子的绿色注浆材料，其特征在于包括以下重量份的组分：氧化石墨烯0.15份、水泥400份、粉煤灰100份，速凝剂5~8份以及水400份。2.根据权利要求1所述一种高抗氯离子绿色注浆材料，其特征在于：所述氧化石墨烯浓度为10mg/ml。3.根据权利要求1所述一种高抗氯离子绿色注浆材料，其特征在于：水泥为po 42.5的普通硅酸盐水泥，强度等级不低于42.5。4.根据权利要求1所述一种高抗氯离子绿色注浆材料，其特征在于：粉煤灰为工业二级粉煤灰，灰细度14-25。5.根据权利要求1所述一种高抗氯离子绿色注浆材料，其特征在于：速凝剂为白色粉末状。6.根据权利要求1至5中一项所述的高抗氯离子绿色注浆材料制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）将水泥、粉煤灰和速凝剂加入搅拌锅中混合，以100~140r/min的转速混合搅拌60s；2）将氧化石墨烯加入与水中超声波分散不少于5分钟混合均匀后，倒入搅拌锅中；3）先以100~140r/min的转速搅拌120s，在以250~285r/min的转速搅拌120s即可；4）将s3中搅拌均匀的浆液倒入40mm
×
40mm
×
160mm三联试模中，放到水泥胶砂振动台上振捣120次，待试样成型后放入浓度为5%的nacl溶液中进行抗氯离子侵蚀试验，其中采用抗侵蚀系数来评价注浆材料抗氯离子侵蚀的能力，抗侵蚀系数可按下式计算：式中：k
f
表示抗压强度/抗折强度侵蚀系数；f
e
表示试件侵蚀后的抗压/抗折强度值（mpa）；f0表示在标准养护条件下与侵蚀试件对应龄期的抗压/抗折强度（mpa）；5）将侵蚀到一定龄期的试样进行抗折和抗压强度测试。

技术总结
本发明公开一种高抗氯离子侵蚀的绿色注浆材料及其制备方法，涉及丰水地区注浆材料的耐久性，属于岩土工程注浆与建筑材料领域。高抗氯离子侵蚀注浆材料主要由氧化石墨烯(GO)、水泥(PO)和速凝剂组成，配比按重量份数计为：氧化石墨烯0.15份、水泥400份、粉煤灰100份、速凝剂5~8份以及水400份。使用时按上述配比混合搅拌均匀并注入目标地层。本发明的高抗氯离子侵蚀注浆材料用于滨海城市地下注浆加固与防渗，可有效的提高加固体的耐久性能和工程的服役寿命。役寿命。役寿命。


技术研发人员：王利军 林本海 朱艺 廖铖
受保护的技术使用者：广州地铁集团有限公司 广州大学
技术研发日：2022.08.20
技术公布日：2022/11/11