一种无机速凝高膨胀注浆材料及其制备方法

1.本发明属于道路修补加固领域，特别涉及一种无机速凝高膨胀注浆材料其制备方法。


背景技术：

2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.在环境侵蚀和长期重复车辆载荷作用下，路基渗水、沉降、脱空以及路肩塌陷等问题不仅限制了道路的服役寿命，也带来了不可小觑的行车安全问题。注浆修补是目前路基病害治理的主流措施，而注浆材料是注浆修补技术的核心，道路快速通车对注浆材料的快速凝结要求较高，而高膨胀特性可以避免浆液在地下劈裂渗漏进而提高注浆效率和填充质量。目前使用较多的注浆材料是普通硅酸盐水泥和有机的聚氨酯材料，其中普通硅酸盐水泥强度高，性能稳定但易跑浆，硬化时间较长(6-10小时)，严重影响车辆正常通行；聚氨酯材料可满足快速通车要求，在注入后几分钟就可通车，但其低强度、高成本、易风化老化等问题也限制了其在注浆材料领域的大范围应用。
4.因此提供一种具有快速凝结且膨胀性高的注浆材料，并替代现有注浆材料适用于道路快速注浆修复具有重要的意义。


技术实现要素：

5.为了克服上述不足，本发明提供了一种无机速凝高膨胀注浆材料，该混凝土由于加入了偏铝酸钠、硫酸铝等成分，使得该注浆材料具备优秀的快速凝结性能，同时钢渣、双氧水、铝粉等成分可以提供注浆材料较好的膨胀性能。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.本发明的第一个方面，提供了一种无机速凝高膨胀注浆材料，由如下重量份的原料组成：水泥800-1000份、水400-800份、十二烷基苯磺酸钠1-3份、双氧水1-6份、二氧化锰1-2份、碳酸氢铵0-10份、铝粉0-10份、钢渣80-100份、偏铝酸钠80-200份、硫酸铝40-100份、三乙醇胺2-8份、松香5-10份。
8.目前，由于浆料的和易性、气泡后泡沫分布不均等问题，使注浆材料难以同时兼具快速凝结和高膨胀性。为此，本发明进行了长期的系统研究和实验摸索，选择钢渣作为骨料，利用其较高的密度、比重、硬度，提高材料的整体耐磨性和硬度，同时作为一种固废，可以降低成本，低碳环保。采用偏铝酸钠和硫酸铝共同作为普通硅酸盐水泥的促凝剂和早强剂，使水泥在5分钟内凝结，并通过调节二者添加量起到调控材料凝结硬化的作用。同时，采用物理发泡、化学发泡与表面活性剂相结合的方式，使注浆材料在快速凝结和膨胀的过程中，能够引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡，改善浆料的和易性与耐久性，获得了高膨胀性、可快速凝结的注浆材料。
9.进一步地，本技术对物理发泡、化学发泡与表面活性剂的种类和用量进行了筛选，以双氧水和松香进行物理发泡分解产生氧气和水，同时，将二氧化锰作为双氧水物理发泡的助剂，以碳酸氢铵和铝粉进行化学发泡，在碱性环境中会产生氨气和氢气，在加入十二烷基苯磺酸钠作为一种阴离子表面活性剂，其具有良好的表面活性，亲水性较强，同时表面活性剂又在气泡表面形成一层坚固的定向排列膜，保持泡沫的稳定，进一步起到发泡、稳泡作用。实验结果表明：采用上述组合获得的注浆材料具有更优的膨胀性和凝结性能。
10.本发明的第二个方面，提供了一种无机速凝高膨胀注浆材料的制备方法，包括：
11.将水、十二烷基苯磺酸钠、二氧化锰、三乙醇胺、松香混合均匀，得到第一混合液体；
12.待注浆时，将双氧水加入所述混合液体中，形成第二混合液体；
13.将称量好的水泥、碳酸氢铵、铝粉、钢渣、偏铝酸钠与硫酸铝混合均匀并加入到所述第二混合液体，在注浆过程中保持注浆材料在持续搅拌，即得。
14.本发明的第三个方面，提供了上述的无机速凝高膨胀注浆材料在道路修补加固领域中的应用。
15.本发明的有益效果
16.(1)本发明的混凝土由于加入了偏铝酸钠、硫酸铝等成分，使得该注浆材料具备优秀的快速凝结性能，同时钢渣、双氧水、铝粉等成分可以提供注浆材料较好的膨胀性能。
17.(2)本发明的注浆材料取代现有注浆材料具有以下优势：凝结速度快、高膨胀性、不可燃、环保无毒，同时具有较好的排水性能。
18.(3)本发明的方法工艺简便，原料环保易得，易于施工周期、成本较低，能够满足快速修补快速通车的要求。该方法制成的无机速凝高膨胀注浆材料凝结速度快，膨胀性高，具有一定的抗压强度且与路面粘结性好。
具体实施方式
19.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
20.一种无机速凝高膨胀注浆材料，包括：水泥800-1000份、水400-800份、十二烷基苯磺酸钠1-3份、双氧水1-6份、二氧化锰1-2份、碳酸氢铵0-10份、铝粉0-10份、钢渣80-100份、偏铝酸钠80-200份、硫酸铝40-100份、三乙醇胺2-8份、松香5-10份。
21.其中，水泥为普通硅酸盐水泥，标号为p.o 42.5或p.o 42.5r；
22.其中，十二烷基苯磺酸钠、二氧化锰、硫酸铝、三乙醇胺为分析纯化学试剂；
23.其中，双氧水、铝粉、钢渣、偏铝酸钠、松香为工业级。
24.一种无机速凝高膨胀注浆材料的制备方法，包括：
25.步骤1：首先将水、十二烷基苯磺酸钠、二氧化锰、三乙醇胺、松香用搅拌机或超声机溶解并搅拌均匀，备用；
26.步骤二：待注浆时，将要用到的双氧水加入步骤一得到的混合液体中，做到即用即加；
27.步骤三：最后将称量好的水泥、碳酸氢铵、铝粉、钢渣、偏铝酸钠与硫酸铝置于水泥
搅拌机中混合均匀并加入步骤二所制备的液体，在注浆过程中保持注浆材料在搅拌机中持续搅拌；
28.需要注意的是，在凝结硬化过程中产生气泡为最佳，气泡产生过早会影响材料的早期强度和凝结时间，气泡产生过晚则会影响材料体积膨胀率低且安定性不良，这里通过调节双氧水、二氧化锰、碳酸氢铵及铝粉用量来协调凝结与发泡膨胀的时间。
29.本发明还提供了上述的无机速凝高膨胀注浆材料在路基病害治理中的应用，主要通过注浆工艺来实现，注浆材料随注随制，避免凝结过快和过早膨胀。
30.下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
31.实施例1：
32.称取1份十二烷基苯磺酸钠、1份二氧化锰、6份三乙醇胺、10份松香加入到500份水中并于超声搅拌器中混合均匀，待用；量取3份双氧水加入上述所备混合液体同时称取800份水泥、100份钢渣、100份偏铝酸钠、40份硫酸铝置于水泥搅拌机中混合均匀，然后加入前面所备好的液体充分搅拌，即得。
33.实施例2：
34.称取1份十二烷基苯磺酸钠、1份二氧化锰、6份三乙醇胺、10份松香加入到500份水中并于超声搅拌器中混合均匀，待用；量取3份双氧水加入上述所备混合液体同时称取800份水泥、8份碳酸氢铵、10份铝粉、100份钢渣、100份偏铝酸钠、40份硫酸铝置于水泥搅拌机中混合均匀，然后加入前面所备好的液体充分搅拌，即得。
35.实施例3：
36.称取2份十二烷基苯磺酸钠、2份二氧化锰、8份三乙醇胺、10份松香加入到500份水中并于超声搅拌器中混合均匀，待用；量取6份双氧水加入上述所备混合液体同时称取800份水泥、2份碳酸氢铵、2份铝粉、80份钢渣、180份偏铝酸钠、100份硫酸铝置于水泥搅拌机中混合均匀，然后加入前面所备好的液体充分搅拌，即得。
37.实施例4：
38.称取2份十二烷基苯磺酸钠、1份二氧化锰、8份三乙醇胺、10份松香加入到500份水中并于超声搅拌器中混合均匀，待用；量取4份双氧水加入上述所备混合液体同时称取800份水泥、2份碳酸氢铵、4份铝粉、80份钢渣、200份偏铝酸钠、100份硫酸铝置于水泥搅拌机中混合均匀，然后加入前面所备好的液体充分搅拌，即得。
39.实施例5：
40.称取2份十二烷基苯磺酸钠、1份二氧化锰、2份三乙醇胺、6份松香加入到600份水中并于超声搅拌器中混合均匀，待用；量取2份双氧水加入上述所备混合液体同时称取800份水泥、2份碳酸氢铵、2份铝粉、80份钢渣、100份偏铝酸钠、60份硫酸铝置于水泥搅拌机中混合均匀，然后加入前面所备好的液体充分搅拌，即得。
41.实施例6：
42.称取2份十二烷基苯磺酸钠、2份二氧化锰、2份三乙醇胺、6份松香加入到400份水中并于超声搅拌器中混合均匀，待用；量取6份双氧水加入上述所备混合液体同时称取800份水泥、10份碳酸氢铵、10份铝粉、80份钢渣、120份偏铝酸钠、60份硫酸铝置于水泥搅拌机中混合均匀，然后加入前面所备好的液体充分搅拌，即得。
43.对比例1
44.与实施例1的不同之处在于，未加入偏铝酸钠，其余材料与步骤均与实施例1相同。
45.对比例2
46.与实施例1的不同之处在于，未加入双氧水，其余材料与步骤均与实施例1相同。
47.对各实施例的材料性能进行测试，流动度参考“gbt 2419—2005水泥胶砂流动度测定方法”，凝结时间参考“gb175-2007”，膨胀率参考“gb 5019-2013混凝士外加剂应用技术规范”。测试结果如表1所示。
48.表1无机速凝高膨胀注浆材料的性能测试结果
[0049][0050]
同时，无机速凝高膨胀注浆材料发泡膨胀后，其基体致密度大幅下降，透水性增强。
[0051]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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。

技术特征：
1.一种无机速凝高膨胀注浆材料，其特征在于，由如下重量份的原料组成：水泥800-1000份、水400-800份、十二烷基苯磺酸钠1-3份、双氧水1-6份、二氧化锰1-2份、碳酸氢铵0-10份、铝粉0-10份、钢渣80-100份、偏铝酸钠80-200份、硫酸铝40-100份、三乙醇胺2-8份、松香5-10份。2.如权利要求1所述的无机速凝高膨胀注浆材料，其特征在于，由如下重量份的原料组成：水泥800-900份、水400-600份、十二烷基苯磺酸钠1-2份、双氧水1-3份、二氧化锰1-1.5份、碳酸氢铵0-5份、铝粉0-5份、钢渣80-90份、偏铝酸钠80-140份、硫酸铝40-70份、三乙醇胺2-5份、松香5-7.5份。3.如权利要求1所述的无机速凝高膨胀注浆材料，其特征在于，由如下重量份的原料组成：水泥900-1000份、水600-800份、十二烷基苯磺酸钠2-3份、双氧水3-6份、二氧化锰1.5-2份、碳酸氢铵5-10份、铝粉5-10份、钢渣90-100份、偏铝酸钠140-200份、硫酸铝70-100份、三乙醇胺5-8份、松香7.5-10份。4.如权利要求1所述的无机速凝高膨胀注浆材料，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥。5.如权利要求1所述的无机速凝高膨胀注浆材料，其特征在于，所述十二烷基苯磺酸钠、二氧化锰、硫酸铝、三乙醇胺为分析纯。6.如权利要求1所述的无机速凝高膨胀注浆材料，其特征在于，双氧水、铝粉、钢渣、偏铝酸钠、松香为工业级。7.一种无机速凝高膨胀注浆材料的制备方法，其特征在于，包括：将水、十二烷基苯磺酸钠、二氧化锰、三乙醇胺、松香混合均匀，得到第一混合液体；待注浆时，将双氧水加入所述混合液体中，形成第二混合液体；将称量好的水泥、碳酸氢铵、铝粉、钢渣、偏铝酸钠与硫酸铝混合均匀并加入到所述第二混合液体，在注浆过程中保持注浆材料在持续搅拌，即得。8.如权利要求7所述的无机速凝高膨胀注浆材料的制备方法，其特征在于，在凝结硬化过程中产生气泡。9.如权利要求7或8所述的方法制备的无机速凝高膨胀注浆材料。10.权利要求1-6任一项所述的无机速凝高膨胀注浆材料在道路修补加固领域中的应用。

技术总结
本发明属于道路修补加固领域，提供了一种无机速凝高膨胀注浆材料及其制备方法，由如下重量份的原料组成：水泥800-1000份、水400-800份、十二烷基苯磺酸钠1-3份、双氧水1-6份、二氧化锰1-2份、碳酸氢铵0-10份、铝粉0-10份、钢渣80-100份、偏铝酸钠80-200份、硫酸铝40-100份、三乙醇胺2-8份、松香5-10份。该混凝土由于加入了偏铝酸钠、硫酸铝等成分，使得该注浆材料具备优秀的快速凝结性能，同时钢渣、双氧水、铝粉等成分可以提供注浆材料较好的膨胀性能。等成分可以提供注浆材料较好的膨胀性能。


技术研发人员：马川义 任尊超 王川 李相辉 张宁 伍雨 张圣涛
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：2023.03.10
技术公布日：2023/7/21