一种用于岩溶管道动水封堵的注浆材料、制备方法及应用

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种用于岩溶管道动水封堵的注浆材料、制备方法及应用。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

近年来，随着地下工程建设的蓬勃开展，在一些地质复杂地带，不可避免的遇到了各种地下灾害。在这些灾害中，突水是最严重和最典型的地质灾害之一。有数据表明，超过50％的突水问题发生在岩溶发育地区，岩溶管道的涌水问题引起了大量的事故，造成了巨大的经济和生态损失。与裂隙水相比，岩溶管道中的涌水具有水量大，流速快的特点。因此，堵塞岩溶管道中的动水的关键是选择一种具有良好界面粘结性能并在进入岩溶管道后能够快速固化和硬化的注浆材料。

发明人发现，传统的注浆材料不能满足目前的工程需求，因为它们通常具有界面粘合性差，初凝和终凝时间间隔长的缺点。它们一般用于裂隙水堵漏，但不适用于大流量岩溶管道封闭。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种用于岩溶管道动水封堵的注浆材料，能够快速凝固和硬化，具有良好的界面附着力的特点，可以阻止大量和高流速的水。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供了一种用于岩溶管道动水封堵的注浆材料，具体组分及质量配比为：轻烧氧化镁37-64份、磷酸二氢钾24-60份、粉煤灰0-30 份、膨润土4-6份、水95-105份、水玻璃0-3份，羟丙基甲基纤维素0.1-0.2 份，硼砂2-5份,聚丙基酰胺0-0.4份。

优选的，所述轻烧氧化镁的比表面积为235-255m

优选的，所述磷酸二氢钾的纯度等级为分析纯。

优选的，所述粉煤灰为F级粉煤灰。

优选的，所述水为自来水。

优选的，所述水玻璃的模量为3.0-3.6，优选为3.3，波美度为38-42，优选为40。

由于现有的填充材料通常具有界面粘合性差，初凝和终凝时间间隔长的缺点，一般用于裂隙水堵漏，但不适用于大流量岩溶管道封闭。

发明人在试验研究中发现，通过合理比例掺加F级的粉煤灰，可以充分利用磷酸盐水泥的为酸碱中和反应特性，对粉煤灰进行碱激发，利于提高注浆材料整体强度，并且提高新鲜混合物的可加工性，减少水化热，可以降低材料成本。

发明人还发现，通过合理比例掺加水玻璃，可以刺激粉煤灰，从而缩短凝固时间，水玻璃可以在主要成分为轻烧氧化镁和磷酸二氢钾磷酸钾镁水泥中形成水合硅酸镁凝胶，填充孔隙，活化了粉煤灰；膨润土可以提高封堵稳定性、可泵性和不渗透性；高活性的轻烧氧化镁可以使浆料快速凝结；硼砂可对注浆材料的凝结时间进行调节，从而实现浆液凝结时间可控目的。

掺加羟丙基甲基纤维素能够有效增强浆液整体性，从而增强浆液的动水抗冲刷性能。掺加羟丙基甲基纤维素后，在水速为2m/s的情况下，浆液留存率能够增加50％～70％。加入聚丙烯酰胺，能够通过聚丙烯酰胺调节浆液的初凝和终凝时间间隔，提高了浆液可注性，延长了浆液的输送距离，提高了浆液的适用性。

第二方面，本发明的实施例还提供了一种用于岩溶管道动水封堵的注浆材料的制备方法，包括以下步骤：

将以重力份计数的磷酸二氢钾24-60份,水55-60份，羟丙基甲基纤维素0.1-0.2份，硼砂2-5份,聚丙基酰胺0-0.4份，混合后加热搅拌，直到浆液均匀为止，形成浆液A。

将以重量份数计轻烧氧化镁37-64份、粉煤灰0-30份、膨润土4-6份、水40-45 份、水玻璃0-3份，混合后搅拌，形成浆液B。

将所述浆液A和浆液B按质量比1:1进行混合，充分搅拌后，形成用于岩溶管道动水封堵的注浆材料。

第三方面，本发明的实施例还提供了一种第一方面所述的用于岩溶管道的堵水填充材料在土木工程中的应用。

本发明的有益效果：

本发明制备得到的用于岩溶管道动水封堵的注浆材料，通过合理的调配各配比材料，从而有效解决了传统的注浆材料界面粘合性差，初凝和终凝时间间隔长的缺点，使其可应用于大流量岩溶管道封闭，经过试验验证，其具有能够快速凝固和硬化，具有良好的界面附着力、制备方法简单的特点，满足了大流量岩溶管道的封闭需求。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有的注浆材料通常具有界面粘合性差，初凝和终凝时间间隔长的缺点，无法满足大流量岩溶管道的封闭需求，针对上述问题，本申请提出了一种用于岩溶管道动水封堵的注浆材料。

本申请的一种典型实施方式中，一种用于岩溶管道动水封堵的注浆材料，具体组分及质量配比为：轻烧氧化镁37-64份、磷酸二氢钾24-60份、粉煤灰0-30 份、膨润土4-6份、水95-105份、水玻璃0-3份，膨润土优选为5份，水优选为100份，羟丙基甲基纤维素0.1-0.2份，硼砂2-5份,聚丙基酰胺0-0.4份。

其中，所述轻烧氧化镁的比表面积为235-255m

所述磷酸二氢钾的纯度等级为分析纯。

所述粉煤灰为F级粉煤灰。

所述水为自来水。

所述水玻璃的模量为3.0-3.6，优选为3.3，波美度为38-42，优选为40。

由于现有的填充材料通常具有界面粘合性差，初凝和终凝时间间隔长的缺点，一般用于裂隙水堵漏，但不适用于大流量岩溶管道封闭。

发明人在试验研究中发现，通过合理比例掺加F级的粉煤灰，可以充分利用磷酸盐水泥的为酸碱中和反应特性，对粉煤灰进行碱激发，利于提高注浆材料整体强度，并且提高新鲜混合物的可加工性，减少水化热，可以降低材料成本。发明人还发现，通过合理比例掺加水玻璃，可以刺激粉煤灰，从而缩短凝固时间，水玻璃可以在主要成分为轻烧氧化镁和磷酸二氢钾磷酸钾镁水泥中形成水合硅酸镁凝胶，填充孔隙，活化了粉煤灰；膨润土可以提高注浆稳定性、可泵性和不渗透性；高活性的轻烧氧化镁可以使浆料快速凝结；硼砂可对注浆材料的凝结时间进行调节，从而实现浆液凝结时间可控目的

掺加羟丙基甲基纤维素能够有效增强浆液的粘度，从而增强浆液的动水抗冲刷性能。加入聚丙烯酰胺，能够通过聚丙烯酰胺调节浆液的初凝和终凝时间间隔，提高了浆液可注性，延长了浆液的输送距离，提高了浆液的适用性。

本申请的另一种典型实施方式中，提供了所述的用于岩溶管道动水封堵的注浆材料的制备方法：包括以下步骤：

步骤1：将以重力份计数的磷酸二氢钾24-60份,水55-60份，羟丙基甲基纤维素0.1-0.2份，硼砂2-5份,聚丙基酰胺0-0.4份，混合后加热搅拌，直到浆液均匀为止，形成浆液A。

步骤2:将以重量份数计轻烧氧化镁37-64份、粉煤灰0-30份、膨润土4-6份、水40-45份、水玻璃0-3份，混合后搅拌，形成浆液B。

步骤3：将所述浆液A和浆液B按照质量比1:1进行混合，充分搅拌后，形成用于岩溶管道动水封堵的注浆材料。

进一步的，浆液A制备过程中，混合加热搅拌的温度为95-105℃，优选为 100℃。

进一步的，浆液B制备过程中，以100-120r/min的速度搅拌2-5min，形成浆液B，优选以100r/min的速度搅拌5min，形成浆液B。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例和对比例详细说明本申请的技术方案。

实施例1：

一种用于岩溶管道动水封堵的注浆材料，以重量份数计，轻烧氧化镁：磷酸二氢钾：粉煤灰：膨润土：水：水玻璃：硼砂：羟丙基甲基纤维素：聚丙烯酰胺＝1：0.84：0.79：0.13：2.60：0.05：0.07：0.003：0.004。

制备方法，包括以下步骤：

1)按照配比称量相对应的的轻烧氧化镁、粉煤灰、膨润土、水、水玻璃备用；

2)将磷酸二氢钾，羟丙基甲基纤维素，硼砂，聚丙基酰胺，水，在反应釜中进行加热搅拌，温度为100℃，直到浆液均匀为止，形成浆液A

3)将以重量份数计轻烧氧化镁、粉煤灰、膨润土、水玻璃，适量水，在搅拌器中以100r/min的速度搅拌5min，形成浆液B。

4)浆液A和浆液B按照质量比1:1混合充分搅拌后，形成用于岩溶管道动水封堵的注浆材料，将形成的注浆材料以20-30m

实施例2：

一种用于岩溶管道动水封堵的注浆材料，以重量份计数，轻烧氧化镁：磷酸二氢钾：粉煤灰：膨润土：水：水玻璃：硼砂：羟丙基甲基纤维素：聚丙烯酰胺＝1：0.56：0.67：0.11：2.23：0.06：0.05：0.003：0.004。

制备方法包括以下步骤：

1)按照配比称量相对应的的轻烧氧化镁、粉煤灰、膨润土、水、水玻璃备用；

2)将磷酸二氢钾，羟丙基甲基纤维素，硼砂，聚丙基酰胺，适量水，在反应釜中进行加热搅拌，温度为100℃，直到浆液均匀为止，形成浆液A

3)将以重量份数计轻烧氧化镁、粉煤灰、膨润土、水玻璃，适量水，在搅拌器中以100r/min的速度搅拌5min，形成浆液B。

4)浆液A和浆液B按照质量比1:1混合充分搅拌后，形成用于岩溶管道动水封堵的注浆材料，将形成的注浆材料以20-30m

对比例1

制备方法与实施例1相同，唯一区别之处在于水玻璃含量为0。

对比例2

制备方法与实施例2相同，唯一区别之处在于粉煤灰含量为0。

对实施例1-2及对比例1-2制备的材料进行性能测试，检测结果如下表所示：

通过表中参数可以看出，增加水玻璃和粉煤灰缩短凝固时间，增加制备的材料的界面附着力。

上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。