一种高地温高效堵水注浆材料及其制备、试验方法技术

本发明专利技术涉及一种高地温高效堵水注浆材料及其制备方法，所述堵水注浆材料按质量百分比计，主要包括普通硅酸盐水泥75～90％、快硬硫铝酸盐水泥2～5％、偏高岭土2～5％、絮凝剂0.2～0.4％、高效减水剂0.8～1.2％、膨胀剂2～4％、木质素磺酸钙0.2～0.4％、石膏2～5％、石英粉5～10％、纳米二氧化硅2～5％、石墨1～2％。本发明专利技术的注浆材料具有凝固时间可调、可注性强、涌水堵漏效果好、结石体强度高、费用低、无毒性、操作方便等优点，是一种性能卓越的高温动水环境下隧道堵水注浆材料。温动水环境下隧道堵水注浆材料。温动水环境下隧道堵水注浆材料。

【技术实现步骤摘要】
一种高地温高效堵水注浆材料及其制备、试验方法


[0001]本专利技术属于注浆材料
，具体涉及一种高温环境高效堵水注浆材料的制备方法及用于模拟高温动水条件下隧道注浆的试验装置。

技术介绍

[0002]注浆技术是地下工程以及地面工程广泛应用的技术，通过将适宜的胶凝材料配制成针对性浆液,利用压力设备直接或间接注入岩土体，以改变岩土体的力学分布和结构组成,待浆液凝固与原始地层形成复合体，提高其物理力学性能，降低岩土的渗透性，提高其强度和稳定性，从而实现加固岩土、抗渗、防水和堵水的目的。
[0003]在高地温环境影响下，隧道极易发生高温热水突水灾害，一方面会恶化作业环境，降低劳动生产率，并严重威胁到施工人员的生命安全；另一方面将影响到工程材料的施工、使用性能和长期的耐久性。所以，需要研究采取有效的堵水措施，降低热水和水蒸气产生的热害对现场施工和材料性能的影响，以保证工程的安全和质量。
[0004]常见注浆材料可分为几类：(1)普通水泥类材料作为注浆工程中最为常见的一种材料，虽然其使用技术和操作工艺均已被发展完善，但其浆液稳定性不足，易离析，凝结时间长。在高地温环境的注浆治理工程中，特别是在高温动水冲刷环境下，结石率低，体积稳定性差，难以满足高地温环境注浆堵水的工程需求。(2)水泥
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水玻璃等改性水泥类材料，在水中溶解度大，结石体强度和体积均会发生倒缩。凝结时间受环境温度影响严重，且初终凝时间间隔过短，在注入高地温环境中难实现有效扩散，且极易造成钻孔和注浆设备堵塞，影响注浆效果。(3)化学类注浆材料，包括无机化学类和有机化学类材料，大多为溶液型和乳液型材料，但其反应速率不易控制，环境敏感性高，对注浆操作和设备要求复杂，操作性能较低。且该类浆液反应剧烈，时常伴有有毒物质产生，对环境污染破坏严重，且结石体易氧化失效，特别是在地下水酸碱环境下，耐久性较低。同时该类材料生产成本过高，在大体积施工时使用导致工程造价过高。(4)复合类注浆材料，分为单液类和双液类注浆材料。但现有该类材料法浆控制工艺大多复杂繁琐，且部分材料结石体凝结硬化后，水化产物的复合特性时常出现不均一，难以满足高地温环境注浆堵水的工程需求。
[0005]大量室内试验及工程实践表明，纯水泥浆液结石率低，体积稳定性差，化学浆液具有一定的毒性，水泥
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水玻璃浆液存在耐久性差、体积倒缩，强度不佳的缺点。所以研发一种适用于热水突水环境下的注浆新型材料，可以保障地下工程建设的施工安全、节约经济投入、保护生态环境，是一个极具理论意义和工程价值的课题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术针对现有注浆材料在高温动水环境下无法控制凝胶时间及强度性能，极易导致堵塞钻孔或浆液被流水稀释冲散，起不到堵水作用的问题，提供了一种高温环境高效堵水注浆材料的制备方法及室内试验方法。
[0007]需要说明的是，本专利技术的注浆新材料具有凝固时间可调、可注性强、涌水堵漏效果
好、结石体强度高、费用低、无毒性、操作方便等优点，是一种性能卓越的高温动水环境下隧道堵水注浆材料。
[0008]一种高地温高效堵水注浆材料，包含以下质量分数的原料组成：
[0009]P.O42.5普通硅酸盐水泥75～90％、R.SAC42.5快硬硫铝酸盐水泥2～5％、偏高岭土2～5％、絮凝剂0.2～0.4％、高效减水剂0.8～1.2％、膨胀剂2～4％、木质素磺酸钙0.2～0.4％、石膏2～5％、石英粉5～10％、纳米二氧化硅2～5％、石墨1～2％。
[0010]可选地，所述高地温高效堵水注浆材料包括以下质量百分比的原料组成：
[0011]P.O42.5普通硅酸盐水泥75％、R.SAC42.5快硬硫铝酸盐水泥5％、偏高岭土2％、絮凝剂0.4％、高效减水剂1.2％、膨胀剂3％、木质素磺酸钙0.4％、石膏3％、石英粉5％、纳米二氧化硅3％、石墨2％。
[0012]可选地，所述硫铝酸盐水泥为粒度筛选40mm达到95％的硫铝酸盐水泥；所述偏高岭土的活性指数≥110，细度为1250目；
[0013]所述高效减水剂为FDN高效减水剂、UNF
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5高效减水剂或聚羧酸系高效减水剂，且所述高效减水剂的减水率≥25％；
[0014]所述絮凝剂为羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素或阴离子型聚丙烯酰胺，且所述絮凝剂的分子量不小于10万。
[0015]本专利技术还提供了上述高地温高效堵水注浆材料的制备方法，具体包括如下步骤：
[0016](1)按上述质量分数分别称取原料，并将称好的普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、偏高岭土、石英粉、石膏、纳米二氧化硅、石墨等放入水泥净浆搅拌机中慢速搅拌120s，备用。
[0017](2)将称好的减水剂、膨胀剂、絮凝剂、木质素磺酸钙放入相对应称好的水中进行搅拌均匀，再将水溶液倒入搅拌锅中慢速搅拌60s后再快速搅拌60s，得到混合注浆浆液。
[0018](3)通过磁力搅拌水浴锅将制备好的浆液在90℃热水中恒温水浴加热后进行进行结石率、黏度、流动性等物理性能试验，以得到水泥基注浆液。
[0019](4)将所述水泥基注浆材料浆液浇筑在40mm
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40mm
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160mm模具内，成型后24h拆模，放入温度为90℃的水泥胶砂快速养护箱进行标准养护28d，即得到高温环境堵水注浆材料。
[0020]此外，本专利技术还请求保护所述高地温高效堵水注浆材料的试验方法，该试验方法是指该注浆材料在高温动水冲刷情况下，一套模拟浆液堵水注浆效果的实验装置及使用方法。
[0021]因所述装置含有模拟高温动水水槽，水槽两端分别设有进水口和出水口，进水口对水压和温度进行控制，出水口设有废液收集桶，故该装置可用于测试浆液在高温动水环境下的堵水性能，且该装置充分考虑了地下水温度、地下水冲刷压力对注浆材料的影响，对于浆液在实际工程中的效果提供一种快速有效的评判手段。
[0022]具体地，一种用于模拟地下工程高温动水环境下注浆封堵的室内试验装置，包括水浴加热器、高压水泵、阀门、水流缓解槽、挡水板、压力表、注浆孔、模拟动水水槽、排水孔、废液收集桶；其中，
[0023]水浴加热器由导水管连接至高压水泵，高压水泵出口经过阀门将高温动水注入水流缓解槽内，水流通过水流缓解槽流入模拟动水水槽，期间用压力表监测实验过程中的水
压，且所述模拟动水水槽中设有注浆孔，将制备好的高温动水注浆液注入，经水流冲刷后至排水孔外设有废水收集桶。
[0024]且，模拟地下工程高温动水环境下注浆封堵的室内试验装置的使用方法，包括以下步骤：
[0025]步骤一：装置安装，水进入到水浴加热器内，根据实际工程地下水温度调节控温，启动控温组件对水进行加温或降温至现场实际温度，随后水流通过导水管进入高压水泵中，模拟现场水压情况。
[0026]步骤二：待步骤一完成后，开启进水阀门，水流注入水流缓解箱内，经过挡水板的过滤与缓解作用后进入动水冲刷槽，对注入浆液进行高温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高地温高效堵水注浆材料，其特征在于，所述注浆材料按质量百分比计，包括如下组份：P.O42.5普通硅酸盐水泥75～90％、R.SAC42.5快硬硫铝酸盐水泥2～5％、偏高岭土2～5％、絮凝剂0.2～0.4％、高效减水剂0.8～1.2％、膨胀剂2～4％、木质素磺酸钙0.2～0.4％、石膏2～5％、石英粉5～10％、纳米二氧化硅2～5％、石墨1～2％。2.根据权利要求1所述的高地温高效堵水注浆材料，其特征在于，包括以下质量百分比的原料组成：P.O42.5普通硅酸盐水泥75％、R.SAC42.5快硬硫铝酸盐水泥5％、偏高岭土2％、絮凝剂0.4％、高效减水剂1.2％、膨胀剂3％、木质素磺酸钙0.4％、石膏3％、石英粉5％、纳米二氧化硅3％、石墨2％。3.根据权利要求1或2所述的高地温高效堵水注浆材料，其特征在于，所述硫铝酸盐水泥为粒度筛选40mm达到95％的硫铝酸盐水泥；所述偏高岭土的活性指数≥110，细度为1250目；所述高效减水剂为FDN高效减水剂、UNF
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5高效减水剂或聚羧酸系高效减水剂，且所述高效减水剂的减水率≥25％；所述絮凝剂为羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素或阴离子型聚丙烯酰胺，且所述絮凝剂的分子量不小于10万。4.一种如权利要求1所述的高地温高效堵水注浆材料的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：(1)按如权利要求1所述的质量分数分别称取原料，并将普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、偏高岭土、石英粉、石膏、纳米二氧化硅、石墨放入水泥净浆搅拌机中慢速搅拌，备用；(2)将称好的高效减水剂、膨胀剂、絮凝剂、木质素磺酸钙放入水中进行搅拌均匀，再将水溶液倒入如步骤(1)的水泥净浆搅拌机中搅拌，得到混合注浆浆液；(3)通过磁力搅拌水浴锅将制备好的浆液在90℃热水中恒温水浴加热后进行结石率、黏度、流动性、抗压强度等物理性能试验，得到水泥基注浆液；(4)将所述水泥基注浆液浇筑在40mm
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40mm
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160mm模具内，成型后24h拆模，放入温度为90℃的水泥胶砂快速养护箱进行标准养护28天，即得到所述高地温高效堵水注浆材...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑泽福，谭忠盛，王秀英，李宁，崔莹，周振梁，马超锋，王健，齐春，祁占锋，徐湉源，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所中国国家铁路集团有限公司，
类型：发明
国别省市：