專利名稱：錨固工程用改性硅酸鹽水泥漿液及應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于錨固工程領域，具體涉及一種錨固工程用改性硅酸鹽水泥漿液及應用。
背景技術：
錨固工程主要是指用錨桿對巖土體進行加固的工程。是在需加固的巖土體邊坡上預鉆一個孔(稱之為錨孔)，將帶有上漿器的拉桿放入錨孔中，通過注漿管往錨孔中的錨固段注入水泥漿液，水泥漿液凝固之后則成為水泥結石體，錨固工程中稱之為錨固體。通過鎖緊裝置將拉桿、錨固體和工程構筑物連接起來，并施加預應力，以承擔因土壓力、水壓力或其它作用力所施加給構筑物的荷載。實際上，錨桿是利用地層提供給錨桿的錨固力來維護工程建筑物的穩定，控制住基坑或邊坡巖土體變形的一種支護技術。采用錨桿作為主要支護手段的巖土工程統稱為錨固工程。
我國年均錨桿用量數千萬根，單根錨桿承載力50～20000kN不等，錨桿主要應用領域有①深基坑支護與邊坡加固工程；②礦井巷道支護和穩定性控制工程；③水利水電壩基加固工程；④山體滑坡整治或地質災害防治工程；⑤地下洞室加固工程等等。對于這些應用領域的巖土體錨固工程，為嚴格控制巖土體的變形，確保支護結構的安全性，一般都要對錨桿施加預應力，以使錨桿的極限承載力得到充分發揮與保障。
目前，錨固工程一般都采用普通硅酸鹽水泥加水制得的漿液注入錨孔中的錨固段實施灌漿作業，此種漿液凝結時間過長，形成的錨固體早期強度低，注漿之后往往需要7天以上的養護時間，其水泥結石體的抗壓強度才能達到15MPa以上，此時方能進行錨桿的張拉鎖定作業，這勢必會造成錨桿施加預應力時支護邊坡的巖土體已了產生變形過大問題，不利于錨桿承載作用的有效發揮，并使錨固工程施工周期過長。此外，采用普通硅酸鹽水泥漿液灌注形成的錨固體在拉桿長期受拉荷載作用下，其抗沖擊韌性和抗裂能力將有所下降。
發明內容
本發明的目的在于提供一種凝結時間較短、可泵期適宜的錨固工程用改性硅酸鹽水泥漿液及應用，用該水泥漿液灌漿形成的錨固體早期強度較高，抗裂性能較好。
實現本發明目的的技術方案是一種錨固工程用改性硅酸鹽水泥漿液，具有下述重量份的組分硅酸鹽水泥100份、水40～70份、無機鈉鹽0.3～2.5份、三乙醇胺0.03～0.20份、抗裂劑0.01～0.30份、減水劑0～1.0份、速凝劑0～4.0份。
本發明的水泥漿液還可以加入填料硅灰3～10份和/或砂子30～80份。
其中硅酸鹽水泥為425號普通硅酸鹽水泥、525號普通硅酸鹽水泥、425號復合硅酸鹽水泥或者525號復合硅酸鹽水泥中的一種。
所述無機鈉鹽為氯化鈉和/或硫酸鈉，其與三乙醇胺形成復合早強劑，以提高水泥漿液的早期強度。
所述抗裂劑為玻璃纖維、聚丙烯纖維、尼龍、聚酯或者聚乙烯中的一種，抗裂劑(細絲長度為5～40mm)主要用于提高錨桿水泥結石體的抗壓強度以及結石體的抗沖擊韌性和抗裂能力。
硅灰又稱凝聚硅或硅粉，其SiO2含量在90％以上，顆粒直徑一般在100目左右，硅灰和砂子主要用于提高水泥漿液的抗壓強度，改善水泥結石體的孔結構。
所述減水劑為萘磺酸鹽類縮聚物、磺化三聚氰胺水溶性樹脂、X404或者木質素磺酸鈣中的一種，減水劑在水灰比(水和水泥的重量比)≤0.55時才需要加入，主要用于阻止水泥顆粒因聚結所形成的網狀結構，改善水泥顆粒與水接觸的水化條件，增加漿液的流動性。
所述速凝劑為水玻璃(波美度Be′＝37°，模數M＝2.8～3.0)、氯化鋰或者碳酸鋰中的一種，速凝劑主要使水泥迅速凝結硬化，縮短凝結時間。速凝劑加量過多不但使可泵期降低，還會使水泥結石體的后期強度增長過慢；為此，在漿液可泵期已經較低情況下，速凝劑可不用加入。
本發明的改性硅酸鹽水泥漿液用于錨固工程灌漿需要，形成錨固體。
本發明具有的積極效果是(1)本發明的水泥漿液灌漿形成的錨固體早期強度高，2d凝期抗壓強度達到15～25MPa，3d凝期抗壓強度達到20～35MPa，后期強度增長穩定。與改性前硅酸鹽水泥漿液相比，其2～3d凝期的抗壓強度提高了50％～200％，大大縮短了錨桿張拉鎖定作業的候凝時間，使錨桿的預應力盡早發揮出來，從而加快了錨固工程施工速度，使支護邊坡位移得到及時的控制。(2)往水泥漿液(或砂漿)中摻入少量的抗裂劑，對提高錨固體的抗壓強度將產生積極作用，并能提高錨固體與錨孔孔壁的粘結抗剪強度，提高錨固體的抗沖擊韌性和抗裂能力，與未加抗裂劑的同類漿材相比提高幅度達到了8～25％；同時，改善錨桿受力環境，增強錨固體極限承載力，從而降低其長期荷載作用下錨固體的徐變量和預應力損失。(3)本發明的水泥漿液，在實現錨固體早期強度大幅度提高的情況下，充分考慮了錨桿灌漿作業時所需要的最低可泵期要求，根據錨固工程需要，漿液可泵期能夠控制在10～100min。
具體實施例方式
(實施例1)本實施例的改性硅酸鹽水泥漿液由下列組分組成425號普通硅酸鹽水泥100kg、水55kg、氯化鈉0.6kg、三乙醇胺0.05kg、玻璃纖維0.1kg、硅灰4kg。
將水、水泥與硅灰混合物、10％的氯化鈉溶液、5％的三乙醇胺溶液、玻璃纖維按先后順序倒入容器內進行攪拌至均勻即得，玻璃纖維也可邊攪拌邊加入。
制拌好的漿液應在可泵期內灌入錨孔的錨固段內形成錨固體。總用水量包括溶解氯化鈉和三乙醇胺時所用的7kg水量。
本實施例的水泥漿液可泵期為35min，初凝時間為5:30，終凝時間為6:55，形成的錨固體2d(2天)凝期的抗壓強度為16MPa，3d抗壓強度為28MPa，7d抗壓強度為36MPa，28d抗壓強度為60MPa。
(實施例2)本實施例的改性硅酸鹽水泥漿液由下列組分組成425號普通硅酸鹽水泥100kg、水56kg、氯化鈉0.6kg、三乙醇胺0.06kg、水玻璃1.0kg、玻璃纖維0.12kg。
將水、水泥、10％的氯化鈉溶液、5％的三乙醇胺溶液、20％的水玻璃溶液、玻璃纖維按先后順序倒入容器內進行攪拌至均勻即得，玻璃纖維也可邊攪拌邊加入。
制拌好的漿液應在可泵期內灌入錨孔的錨固段內形成錨固體。總用水量包括溶解氯化鈉、三乙醇胺和水玻璃時所用的12.2kg水量，試驗數據見表1。
(實施例3)本實施例的改性硅酸鹽水泥漿液由下列組分組成425號普通硅酸鹽水泥100kg、水50kg、氯化鈉0.5kg、三乙醇胺0.05kg、聚丙烯纖維0.1kg、萘磺酸鹽類縮聚物0.7kg、砂子50kg。
將水、水泥與砂子混合物、10％的萘磺酸鹽類縮聚物溶液、10％的氯化鈉溶液、5％的三乙醇胺溶液、聚丙烯纖維按先后順序倒入容器內進行攪拌至均勻即得，聚丙烯纖維也可邊攪拌邊加入。
制拌好的漿液應在可泵期內灌入錨孔的錨固段內形成錨固體。總用水量包括溶解萘磺酸鹽類縮聚物、氯化鈉和三乙醇胺時所用的13kg水量。試驗數據見表1。
(實施例4)
本實施例的改性硅酸鹽水泥漿液由下列組分組成425號普通硅酸鹽水泥100kg、水58kg、氯化鈉0.5kg、三乙醇胺0.05kg、玻璃纖維0.08kg、砂子50kg、硅灰5kg。
將水、水泥、硅灰與砂子混合物、10％的氯化鈉溶液、5％的三乙醇胺溶液、玻璃纖維按先后順序倒入容器內進行攪拌至均勻即得，玻璃纖維也可邊攪拌邊加入。
制拌好的漿液應在可泵期內灌入錨孔的錨固段內形成錨固體。總用水量包括溶解氯化鈉、三乙醇胺時所用的6kg水量。試驗數據見表1。
(實施例5)本實施例的改性硅酸鹽水泥漿液由下列組分組成425號復合硅酸鹽水泥100kg、水56kg、氯化鈉1.0kg、三乙醇胺0.15kg、水玻璃3kg、聚乙烯0.05kg、。
將水、水泥、10％的氯化鈉溶液、5％的三乙醇胺溶液、20％的水玻璃溶液、聚乙烯按先后順序倒入容器內進行攪拌至均勻即得，聚乙烯也可邊攪拌邊加入。
制拌好的漿液應在可泵期內灌入錨孔的錨固段內形成錨固體。總用水量包括溶解氯化鈉、三乙醇胺和水玻璃時所用的28kg水量。試驗數據見表1。
(實施例6)本實施例的改性硅酸鹽水泥漿液由下列組分組成525號普通硅酸鹽水泥100kg、水55kg、氯化鈉0.4kg、三乙醇胺0.05kg、木質素磺酸鈣0.3kg、氯化鋰0.03kg、玻璃纖維0.05kg。
將水、水泥、10％的木質素磺酸鈣溶液、10％的氯化鈉溶液、5％的三乙醇胺溶液、5％的氯化鋰溶液、玻璃纖維按先后順序倒入容器內進行攪拌至均勻即得，玻璃纖維也可邊攪拌邊加入。
制拌好的漿液應在可泵期內灌入錨孔的錨固段內形成錨固體。總用水量包括溶解氯化鈉、三乙醇胺、木質素磺酸鈣和氯化鋰時所用的8.6kg水量。試驗數據見表1。
(實施例7)本實施例的改性硅酸鹽水泥漿液由下列組分組成425號普通硅酸鹽水泥100kg、水55kg、氯化鈉0.6kg、三乙醇胺0.05kg、玻璃纖維0.1kg。
將水、水泥、10％的氯化鈉溶液、5％的三乙醇胺溶液、玻璃纖維按先后順序倒入容器內進行攪拌至均勻即得，玻璃纖維也可邊攪拌邊加入。
制拌好的漿液應在可泵期內灌入錨孔的錨固段內形成錨固體。總用水量包括溶解氯化鈉和三乙醇胺時所用的7kg水量。試驗數據見表1。
(實施例8)本實施例的改性硅酸鹽水泥漿液由下列組分組成425號普通硅酸鹽水泥100kg、水52kg、硫酸鈉1.2kg、三乙醇胺0.07kg、聚丙烯纖維0.15kg、萘磺酸鹽類縮聚物0.4kg。
將水、水泥、10％的奈磺酸鹽類縮聚物溶液、10％的硫酸鈉溶液、5％的三乙醇胺溶液、聚丙烯纖維按先后順序倒入容器內進行攪拌至均勻即得，聚丙烯纖維也可邊攪拌邊加入。
制拌好的漿液應在可泵期內灌入錨孔的錨固段內形成錨固體。總用水量包括溶解磺酸鹽類縮聚物、硫酸鈉和三乙醇胺時所用的17.4kg水量。試驗數據見表1。
(實施例9)本實施例的改性硅酸鹽水泥漿液由下列組分組成425號普通硅酸鹽水泥100kg、水56kg、硫酸鈉1.5kg、三乙醇胺0.07kg、玻璃纖維0.08kg、水玻璃1.4kg。
將水、水泥、10％的硫酸鈉溶液、5％的三乙醇胺溶液、20％的水玻璃溶液、玻璃纖維按先后順序倒入容器內進行攪拌至均勻即得，玻璃纖維也可邊攪拌邊加入。
制拌好的漿液應在可泵期內灌入錨孔的錨固段內形成錨固體。總用水量包括溶解硫酸鈉、三乙醇胺和水玻璃時所用的23.4kg水量。試驗數據見表1。
(實施例10)本實施例的改性硅酸鹽水泥漿液由下列組分組成425號普通硅酸鹽水泥100kg、水56kg、硫酸鈉1.5kg、三乙醇胺0.07kg、聚丙烯纖維0.1kg、硅灰5kg。
將水、水泥和硅灰混合物、10％的硫酸鈉溶液、5％的三乙醇胺溶液、聚丙烯纖維按先后順序倒入容器內進行攪拌至均勻即得，聚丙烯纖維也可邊攪拌邊加入。
制拌好的漿液應在可泵期內灌入錨孔的錨固段內形成錨固體。總用水量包括溶解硫酸鈉、三乙醇胺時所用的16.4kg水量。試驗數據見表1。
(實施例11)本實施例的改性硅酸鹽水泥漿液由下列組分組成425號普通硅酸鹽水泥100kg、水58kg、硫酸鈉1.2kg、三乙醇胺0.07kg、玻璃纖維0.1kg、硅灰5kg、砂子50kg。
將水、水泥、硅灰和砂子混合物、10％的硫酸鈉溶液、5％的三乙醇胺溶液、玻璃纖維按先后順序倒入容器內進行攪拌至均勻即得，玻璃纖維也可邊攪拌邊加入。
制拌好的漿液應在可泵期內灌入錨孔的錨固段內形成錨固體。總用水量包括溶解硫酸鈉、三乙醇胺時所用的13.4kg水量。試驗數據見表1。
(實施例12)本實施例的改性硅酸鹽水泥漿液由下列組分組成425號普通硅酸鹽水泥100kg、水58kg、硫酸鈉1.2kg、氯化鈉0.3kg、三乙醇胺0.08kg、玻璃纖維0.08kg、砂子50kg。
將水、水泥和砂子混合物、10％的硫酸鈉溶液、10％的氯化鈉溶液、5％的三乙醇胺溶液、玻璃纖維按先后順序倒入容器內進行攪拌至均勻即得，玻璃纖維也可邊攪拌邊加入。
制拌好的漿液應在可泵期內灌入錨孔的錨固段內形成錨固體。總用水量包括溶解硫酸鈉、氯化鈉和三乙醇胺時所用的16.6kg水量。試驗數據見表1。
(對比例1)本對比例的硅酸鹽水泥漿液由下列組分組成425號普通硅酸鹽水泥100kg、水55kg。試驗數據見表1。
(對比例2)本對比例的硅酸鹽水泥漿液由下列組分組成425號復合硅酸鹽水泥100kg、水60kg。試驗數據見表1。
(對比例3)本對比例的硅酸鹽水泥漿液由下列組分組成425號普通硅酸鹽水泥100kg、水55kg、氯化鈉1.0kg、三乙醇胺0.1kg、水玻璃3kg。
將水、水泥、10％的氯化鈉溶液、5％的三乙醇胺溶液、5％的水玻璃溶液按先后順序倒入容器內進行攪拌至均勻即得。
制拌好的漿液應在可泵期內灌入錨孔的錨固段內形成錨固體。總用水量包括溶解氯化鈉、三乙醇胺和水玻璃時所用的27kg水量。試驗數據見表1。
(對比例4)本對比例的硅酸鹽水泥漿液由下列組分組成425號普通硅酸鹽水泥100kg、水50kg、硫酸鈉1.3kg、三乙醇胺0.07kg、木質素磺酸鈣0.5kg。
將水、水泥、10％的木質素磺酸鈣溶液、10％的硫酸鈉溶液、5％的三乙醇胺溶液按先后順序倒入容器內進行攪拌至均勻即得。
制拌好的漿液應在可泵期內灌入錨孔的錨固段內形成錨固體。總用水量包括溶解硫酸鈉、三乙醇胺和木質素磺酸鈣時所用的19.4kg水量。試驗數據見表1。
(對比例5)本對比例的硅酸鹽水泥漿液由下列組分組成425號普通硅酸鹽水泥100kg、水58kg、硫酸鈉1.5kg、三乙醇胺0.07kg、砂子50kg。
將水、水泥和砂子的混合物、10％的硫酸鈉溶液、5％的三乙醇胺溶液按先后順序倒入容器內進行攪拌至均勻即得。
制拌好的漿液應在可泵期內灌入錨孔的錨固段內形成錨固體。總用水量包括溶解硫酸鈉和三乙醇胺時所用的16.4kg水量。試驗數據見表1。
表1
從表1可知，使用本發明的改性硅酸鹽水泥漿液形成的錨固體2d凝期抗壓強度達到15～25MPa，3d凝期抗壓強度達到20～35MPa，比普通的水泥漿液(對比例1和對比例2)平均提高了100～200％，比沒有加抗裂劑的改性硅酸鹽水泥漿液(對比例3、對比例4和對比例5)平均提高了50％～100％；改性后的硅酸鹽水泥漿液可泵期能夠滿足錨固工程灌漿作業的需要。
權利要求
1.一種錨固工程用改性硅酸鹽水泥漿液，其特征在于具有下述重量份的組分硅酸鹽水泥100份、水40～70份、無機鈉鹽0.3～2.5份、三乙醇胺0.03～0.20份、抗裂劑0.01～0.30份、減水劑0～1.0份、速凝劑0～4.0份，本漿液由各組分混合均勻得到。
2.根據權利要求1所述的錨固工程用改性硅酸鹽水泥漿液，其特征在于還具有下述重量份的組分硅灰3～10份和/或砂子30～80份。
3.根據權利要求1所述的錨固工程用改性硅酸鹽水泥漿液，其特征在于所述硅酸鹽水泥為425號普通硅酸鹽水泥、525號普通硅酸鹽水泥、425號復合硅酸鹽水泥或者525號復合硅酸鹽水泥中的一種。
4.根據權利要求1所述的錨固工程用改性硅酸鹽水泥漿液，其特征在于所述無機鈉鹽為氯化鈉和/或硫酸鈉。
5.根據權利要求1所述的錨固工程用改性硅酸鹽水泥漿液，其特征在于所述抗裂劑為玻璃纖維、聚丙烯纖維、尼龍、聚酯或者聚乙烯中的一種。
6.根據權利要求1所述的錨固工程用改性硅酸鹽水泥漿液，其特征在于所述減水劑為萘磺酸鹽類縮聚物、磺化三聚氰胺水溶性樹脂、X404或者木質素磺酸鈣中的一種。
7.根據權利要求1所述的錨固工程用改性硅酸鹽水泥漿液，其特征在于所述速凝劑為水玻璃、氯化鋰或者碳酸鋰中的一種。
8.由權利要求1至7之一所述的改性硅酸鹽水泥漿液用于錨固工程灌漿需要，形成錨固體。
全文摘要
本發明公開了一種錨固工程用改性硅酸鹽水泥漿液及應用，該水泥漿液具有下述重量份的組分硅酸鹽水泥100份、水40～70份、無機鈉鹽0.3～2.5份、三乙醇胺0.03～0.12份、抗裂劑0.01～0.25份、減水劑0～1.0份、速凝劑0～4.0份。根據需要還可以加入填料硅灰3～10份和/或砂子30～80份。本發明的改性硅酸鹽水泥漿液用于錨固工程灌漿需要，形成錨固體。本發明的改性硅酸鹽水泥漿液凝結時間較短、可泵期適宜，形成的錨固體早期強度較高、抗裂性能較好，其可泵期能夠控制在10～100min，初凝時間1～10h，終凝時間≤12h。與改性前硅酸鹽水泥漿液相比，大大縮短了錨桿張拉鎖定作業的候凝時間，加快了錨固工程的施工速度。
文檔編號C04B22/10GK101050091SQ200710022110
公開日2007年10月10日 申請日期2007年4月29日 優先權日2007年4月29日
發明者代國忠, 殷琨, 代璐, 彭第, 錢紅萍, 蔣曉曙 申請人:常州工學院