一种改性水玻璃注浆材料的制作方法

本发明涉及一种改性水玻璃注浆材料，属于地层的加固和堵水防渗注浆材料领域。

背景技术：

注浆理论是基于流体力学和固体力学发展而来，通过分析浆液的流动形式，建立起注浆压力、浆液流量、扩散半径和注浆时间之间的关系。利用注浆理论可以研究不同类型浆液在岩土孔隙中的流动规律，揭示地层特性、材料性质和注浆工艺参数间的相互关系，为注浆设计和施工提供科学依据和理论指导。针对不同的工程问题，目前发展的注浆理论主要有渗透注浆、劈裂注浆、压密注浆、电动化学注浆、低渗透介质注浆理论等。由于浆液在隐蔽的地层中运动，且地层情况复杂而难以模拟，注浆过程中浆液一般伴随着渗透、劈裂等流动形式，因而注浆理论方面的研究相对滞后于工程实践。

在干性粉细砂地层中注浆施工时，主要采用选喷法和静压渗透的方法，本章采用静压渗透方法，因此主要对渗透注浆理论进行详述。渗透注浆是指浆液在压力作用下排挤出土体孔隙中的气体和自由水，填充土体，在不改变原状土结构的情况改良土体性质，提高强度或降低渗透系数等。目前具有代表性的渗透注浆理论主要有球形扩散理论、柱形扩散理论和袖套管法理论。

北京地铁隧道工程常遇见干性粉细砂地层，该地层自稳性差，开挖成本和风险高，常发生漏砂、涌砂等灾害，严重影响施工进度，造成经济损失。注浆技术作为止水加固措施已在交通、水利、建筑等工程领域内普遍应用，其中，合理选择注浆材料是注浆技术封堵的关键因素，目前常采用酸-水玻璃双液注浆材料。

酸-水玻璃双液注浆材料具有凝胶时间短且可调、结石率高等特点，可以达到快速止水堵漏、加固等目的，被广泛应用于地铁隧道工程。但是传统的酸-水玻璃浆液还存在一些缺点，如在松散、稳定性差的干性粉细砂地层中注入性较差，导致加固效果不稳定，抗渗效果也不尽如意。以北京地下综合管廊工程为例，采用传统的酸水玻璃注浆材料，容易出现漏砂、涌砂、大量沉降的现象，会严重影响施工进度，造成经济损失。阴离子型表面活性剂，常用于石油工程中以提高采油量，其易溶于水，耐酸性好，而且资源丰富，价格低廉。针对现有技术存在的问题，在酸-水玻璃的浆液的基础上引入十二烷基苯磺酸钠、二异丁基萘磺酸钠、十二烷基硫酸钠作为表面活性剂，配制出了价格低廉、稳定性好、可注性优良的注浆材料。

技术实现要素：

本发明的目的在于对改性水玻璃注浆材料的实验研究，确定最佳配合比，而且从理论上分析了改性水玻璃浆液注浆技术的可行性。

本发明采用的技术方案为一种改性水玻璃注浆材料，包括a液和b液两种均匀混合的组分；所述a液为磷酸溶液，b液为水玻璃溶液和表面活性剂，具体配比如下：

a液为800～1000ml水与30ml质量分数为85％的浓磷酸；

b液为300～600ml水与500ml40be’水玻璃+2～8g十二烷基苯磺酸钠；将a液和b液按1：1的体积比均匀混合。

按质量份数计，包括以下组分：

稀磷酸45％～50％

水22％～27％

水玻璃28％～33％

阴离子表面活性剂：0.08％～0.4％

进一步的，所述水玻璃为钠水玻璃，波美度为20～25°bé。

进一步的，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、二异丁基萘磺酸钠、十二烷基硫酸钠。

与现有技术相比较，本发明主要考虑阴离子表面活性剂具有降低浆液表面张力，增强浆液渗透性的作用。与酸水玻璃双液浆相比，加入阴离子表面活性剂较大程度上提高水玻璃溶液的湿润渗透能力以及降低其表面张力。添加阴离子表面活性剂后，其疏水烷基链吸附在砂土表面，带苯环的亲水基团翘向水相，降低了水的表面张力及砂土的液－固界面张力，使水在砂土表面的接触角由大变小，砂土表面性质由疏水变为亲水，溶液润湿砂土的性能增强，从而可提高岩土灌浆加固时水玻璃浆材在土层中的渗透范围，缩短灌浆时间，降低灌浆压力。对比传统的酸-水玻璃注浆材料，具有可注性好、造价低廉、绿色环保、取材方便的特点，大大提高了浆液的注入效率，在干性粉细砂地层中具有广阔的发展应用前景。

附图说明

图1为注浆纵剖面图。

图2为注浆横剖面位置图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

实验室配制方法：

a液制备：以质量份计，向900g水中加入56.2g质量分数为85％的浓磷酸，搅拌均匀。

b液制备：选用波美度为40°be'的钠水玻璃。加入2～8g阴离子表面活性剂。

混合：将a液和b液按1:1的体积比均匀混合，即得到注浆材料的成品。

配方现场应用效果：

工程地点：新机场高速公路地下综合管廊工程一期土建施工gls02工程，穿越黄马路段作为试验段。本次现场试验共进行了3个循环，浆液指标的确定主要根据注浆过程中的流量大小。在里程0+334处(见1所示)，距管廊底部垂直高度0.6米或1.0m处(具体位置见图2)进行注浆，采用水平钻进后退式注浆，钻孔深度7.0m。此处地层为干性粉细砂层，褐黄色～灰色，松散～中密，几乎不存在自由水，主要矿物成分为石英、长石、云母等。本次现场试验共采用了三种实验配方，进行了现场注浆试验，具体如下。

配比一(十二烷基硫酸钠)：

a液制备：向900g水中加入56.2g质量分数为85％的浓磷酸，搅拌均匀。

b液制备：向500g水中加入690g的40°be'水玻璃，并制作5组，并分别向每组中加入0、2、4、6、8g十二烷基硫酸钠。

混合：将a液和b液按1:1的体积比均匀混合，即得到注浆材料的成品。

效果：5组改性水玻璃浆液加入十二烷基硫酸钠的量为0、2、4、6、8g，在注浆过程中的流量分别为15.0l/min、16.8l/min、19.0l/min、18.3l/min、18.4l/min。

配比二(二异丁基萘磺酸钠)：

a液制备：向900g水中加入56.2g质量分数为85％的浓磷酸，搅拌均匀。

b液制备：向500g水中加入690g的40°be'水玻璃，并制作5组，并分别向每组中加入0、2、4、6、8g二异丁基萘磺酸钠。

混合：将a液和b液按1:1的体积比均匀混合，即得到注浆材料的成品。

效果：5组改性水玻璃浆液加入二异丁基萘磺酸钠的量为0、2、4、6、8g，在注浆过程中的流量分别为15.0l/min、16.8l/min、19.0l/min、18.3l/min、18.4l/min。

配比三(十二烷基苯磺酸钠)：

a液制备：向900g水中加入56.2g质量分数为85％的浓磷酸，搅拌均匀。

b液制备：向500g水中加入690g的40°be'水玻璃，并制作5组，并分别向每组中加入0、2、4、6、8g十二烷基苯磺酸钠。

混合：将a液和b液按1:1的体积比均匀混合，即得到注浆材料的成品。

效果：5组改性水玻璃浆液加入十二烷基苯磺酸钠的量为0、2、4、6、8g，在注浆过程中的流量分别为15.0l/min、16.8l/min、19.0l/min、18.3l/min、18.4l/min。

配比优势：由现场试验应用可知，传统酸-水玻璃浆液在添加表面活性剂后，可注性有很大提高。其中，加入十二烷基苯磺酸钠为4g组的浆液提高最为显著，平均每分钟的流量提升了32％。解决了浆液在干性粉细砂地层中浆液注入性差的问题，并且起到了良好的堵水防渗效果，与原浆液(无活性剂)相比，浆液可注入性更好。同时，所用材料价廉易得且无毒，配置方式简单，不用加过多添加剂，更适合在现场的实际应用。

因为是双液注浆，所以只能分a/b液质量比阐述，双液注浆时，以体积比1:1的形式将a/b混合注入地层的。

针对干性粉细砂地层的特殊工程性质，本发明通过室内试验和现场试验验证了该注浆材料的适用性，并取得了良好的注浆效果。同时，对干性粉细砂地层注浆的施工控制技术进行了总结。具体如下：

(1)随着表面活性剂浓度增大，浆液渗透能力先迅速增加后基本不变，影响浆液渗透能力的由大到小活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、二异丁基萘磺酸钠。在现场试验中，十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、二异丁基萘磺酸钠最大可提高流量分别为31.1％、26.7％、24.7％，取得了良好的注浆效果，活性剂浓度以以4g/l～6g/l浓度最好。

(2)随着表面活性剂浓度增大，浆液胶凝时间先缓慢增加后迅速增加，胶凝时间较小时，表面活性剂对胶凝时间影响不大。

(3)随着表面活性剂浓度增大，结实体强度先增加后趋于稳定。

(4)干性粉细砂一般情况下采用改性水玻璃，其余土层采用水泥-水玻璃双浆液：具体配比根据现场试验确定；注浆压力根据开挖前方围岩条件控制，终压不大于0.5mpa,加固土体半径不得小于0.25m，一般情况下，孔隙的填充率不低于75％，实际注浆施工前需先进行现场注浆试验，确定注浆效果。

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