本發(fā)明涉及注漿材料，具體涉及一種偏高嶺土基地聚合物注漿材料及其制備方法與應用。

背景技術：

1、近年來，隨著對能源和資源的利用以及水電交通的建設，地下工程種類不斷增加，并逐步向更深層地下拓展。深層地下空間通常具有極其復雜的地質條件，這些復雜條件可能會引發(fā)頻繁的工程災難。例如，在地下空間與地下工程建設中，巖層的不穩(wěn)定性和大變形、地下水滲透、地應力變化以及斷層活動等因素，不僅增加了施工的難度和風險，還可能會嚴重威脅施工人員的生命財產(chǎn)安全。注漿技術將具有固化能力的液體材料通過壓送技術注入破碎的圍巖中，填充圍巖裂隙，并將破碎的巖體重新黏結在一起，從而提高巖體力學性能。目前，注漿加固技術已廣泛應用于解決地下工程中破碎圍巖及底板支護的難題。

2、注漿材料是影響注漿加固效果的關鍵因素之一。目前注漿材料品種已達上百種，主要分為無機系注漿材料和有機系注漿材料兩大類。有機系注漿材料具有黏度低、可注性好等優(yōu)點，能夠注入細微的裂隙、孔隙中，但是有機系注漿材料通常有毒，污染環(huán)境，耐久性差，價格昂貴。無機系類注漿材料具有可注性好、價格低廉等優(yōu)點，但是其抗壓強度和耐久性差。

3、針對現(xiàn)有注漿材料中存在的問題，開發(fā)一種注漿效果好、抗壓強度高、可注性好、耐久性強的注漿材料，是本領域急需解決的技術問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對上述問題，提供了一種偏高嶺土基地聚合物注漿材料及其制備方法與應用。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下：

3、本發(fā)明提供了一種偏高嶺土基地聚合物注漿材料，由以下重量份的原料組成：偏高嶺土80-150份、堿性礦渣20-40份、改性膨潤土6-12份、納米氧化銅改性微晶纖維素4-8份、蛋殼粉5-10份、釓摻雜氧化鈰1-3份、膨脹劑0.5-1.5份、激發(fā)劑20-30份。

4、進一步地，所述偏高嶺土的粒徑為1000-1200目，堿性礦渣的粒徑為900-1000目，改性膨潤土的粒徑為180-200目，蛋殼粉的粒徑為300-400目。

5、進一步地，所述改性膨潤土的制備方法為：向膨潤土中加入5%的硅酸鋯水溶液，65℃加熱反應5h，過濾，將濾餅500℃焙燒3h，再加入20%的四乙基氯化銨水溶液，60℃反應2h，過濾，干燥，粉碎過篩，即得。

6、進一步地，所述納米氧化銅改性微晶纖維素為微晶纖維素表面負載納米氧化銅，微晶纖維素與納米氧化銅的質量比為15:1；所述納米氧化銅改性微晶纖維素的制備方法為：將微晶纖維素分散在2mol/l的過硫酸銨溶液中，65℃攪拌8h，烘干后加入到納米氧化銅-正己烷懸液中，超聲處理10min，真空干燥即得。

7、進一步地，所述膨脹劑由質量比為5:1的硫鋁酸鈣和氧化鈣組成。

8、進一步地，所述激發(fā)劑由質量比為3-5:2:5的氫氧化鉀、氫氧化鈉、水玻璃組成。

9、本發(fā)明還提供了一種偏高嶺土基地聚合物注漿材料的制備方法：按重量份取全部原料備用；將偏高嶺土、堿性礦渣、改性膨潤土、納米氧化銅改性微晶纖維素、蛋殼粉、釓摻雜氧化鈰、膨脹劑和激發(fā)劑混合均勻后加入水，高速攪拌均勻，即得注漿材料。

10、進一步地，所述原料與水的質量比為1:0.3-0.5；攪拌的轉速為500-1000r/min。

11、本發(fā)明還提供了一種偏高嶺土基地聚合物注漿材料的應用，所述注漿材料在巖層加固和裂隙修復領域中應用。

12、本發(fā)明中，偏高嶺土注漿材料提供優(yōu)異的力學性能和粘結性，堿性礦渣加速偏高嶺土基地聚合物注漿聚合反應，同時因為礦渣中含有氧化鈣，溶解后可參與到早期聚合反應中，促進凝膠生成，提高材料的早期強度。通過對膨潤土改性，提高了膨潤土的比表面積和觸變性，有助于增加注漿材料的流動性，便于注漿；此外，膨潤土可吸收自由水，提高注漿材料的穩(wěn)定性；遇水后具有一定的膨脹性，可形成致密的結石體，緩解結石體后期體積回縮，防止早期因收縮而產(chǎn)生的微裂縫，提高粘度、保水性、抗?jié)B性等，提高注漿效果。納米氧化銅改性微晶纖維素能防止早期收縮而產(chǎn)生的裂縫，提高注漿材料的抗壓強度和防滲性能。蛋殼粉有微孔結構，具有高孔隙率和比表面積，有利于將細小顆粒吸附在微孔結構中，提高其在注漿材料中的分散均勻性，改善注漿成型后的抗壓強度，特別是后期強度。釓摻雜氧化鈰作為電解質可改善注漿材料的流動性，使其便于澆注；同時還能提高材料保水性。膨脹劑使注漿材料具有微膨脹作用，便于填充孔隙，減少細微裂縫。激發(fā)劑可有效激發(fā)材料更好的聚合，形成更加穩(wěn)定的化學鍵和空間結構，增強偏高嶺土基地聚合物注漿材料耐侵蝕性和力學性能。

13、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果：

14、本發(fā)明的偏高嶺土基地聚合物注漿材料組分合理，制備簡單，性能優(yōu)異，流動性強、抗壓強度高、保水性好，具有較好的可注性和耐久性，注漿效果優(yōu)異，可滿足對地下巖層的加固和對微小裂縫、裂隙的填充修補，適合工程大范圍使用。

技術特征：

1.一種偏高嶺土基地聚合物注漿材料，其特征在于：由以下重量份的原料組成：偏高嶺土80-150份、堿性礦渣20-40份、改性膨潤土6-12份、納米氧化銅改性微晶纖維素4-8份、蛋殼粉5-10份、釓摻雜氧化鈰1-3份、膨脹劑0.5-1.5份、激發(fā)劑20-30份。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種偏高嶺土基地聚合物注漿材料，其特征在于：所述偏高嶺土的粒徑為1000-1200目，堿性礦渣的粒徑為900-1000目，改性膨潤土的粒徑為180-200目，蛋殼粉的粒徑為300-400目。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種偏高嶺土基地聚合物注漿材料，其特征在于：所述改性膨潤土的制備方法為：向膨潤土中加入5%的硅酸鋯水溶液，65℃加熱反應5h，過濾，將濾餅500℃焙燒3h，再加入20%的四乙基氯化銨水溶液，60℃反應2h，過濾，干燥，即得。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種偏高嶺土基地聚合物注漿材料，其特征在于：所述納米氧化銅改性微晶纖維素為微晶纖維素表面負載納米氧化銅，微晶纖維素與納米氧化銅的質量比為15:1；所述納米氧化銅改性微晶纖維素的制備方法為：將微晶纖維素分散在2mol/l的過硫酸銨溶液中，65℃攪拌8h，烘干后加入到納米氧化銅-正己烷懸液中，超聲處理10min，真空干燥即得。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種偏高嶺土基地聚合物注漿材料，其特征在于：所述膨脹劑由質量比為5:1的硫鋁酸鈣和氧化鈣組成。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種偏高嶺土基地聚合物注漿材料，其特征在于：所述激發(fā)劑由質量比為3-5:2:5的氫氧化鉀、氫氧化鈉、水玻璃組成。

7.一種如權利要求1-6任一所述的偏高嶺土基地聚合物注漿材料的制備方法，其特征在于：按重量份取全部原料備用；將偏高嶺土、堿性礦渣、改性膨潤土、納米氧化銅改性微晶纖維素、蛋殼粉、釓摻雜氧化鈰、膨脹劑和激發(fā)劑混合均勻后加入水，高速攪拌均勻，即得注漿材料。

8.根據(jù)權利要求7所述的一種偏高嶺土基地聚合物注漿材料的制備方法，其特征在于：所述原料與水的質量比為1:0.3-0.5；攪拌的轉速為500-1000r/min。

9.一種如權利要求1-6任一所述的偏高嶺土基地聚合物注漿材料的應用，其特征在于：所述注漿材料在巖層加固和裂隙修復領域中應用。

技術總結
本發(fā)明公開了一種偏高嶺土基地聚合物注漿材料及其制備方法與應用，涉及注漿材料技術領域，由以下重量份的原料組成：偏高嶺土80?150份、堿性礦渣20?40份、改性膨潤土6?12份、納米氧化銅改性微晶纖維素4?8份、蛋殼粉5?10份、釓摻雜氧化鈰1?3份、膨脹劑0.5?1.5份、激發(fā)劑20?30份。本發(fā)明的偏高嶺土基地聚合物注漿材料組分合理，制備簡單，性能優(yōu)異，流動性強、抗壓強度高、保水性好，具有較好的可注性和耐久性，注漿效果優(yōu)異。

技術研發(fā)人員：雒億平
受保護的技術使用者：西安理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/11/28