一種水玻璃溶液型灌漿材料及其灌漿方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水玻璃溶液型灌漿材料，包括甲液與乙液兩種組分，其甲液中水玻璃與水的質(zhì)量比為100：(10~200)，乙液由水、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醛、二異丁基萘磺酸鈉、弱酸按質(zhì)量比100：(2~9)：(2~9)：(0.1~0.6)：(0.05~0.15)混合反應(yīng)制成，本發(fā)明同時(shí)公開了一種水玻璃溶液型灌漿材料的灌漿方法，先按所需配比分別配制甲液與乙液，再采用雙液灌漿泵將兩種漿液按1：(0.5~2)體積比混合注入到巖層裂隙中即可。本發(fā)明的制備工藝簡單，注漿材料滲透性強(qiáng)、凝膠時(shí)間短、成本低、毒性低、氣味小，易于存放、性能穩(wěn)定，可廣泛用于水利水電、地下空間等巖土工程的堵水防滲工程。
【專利說明】一種水玻璃溶液型灌漿材料及其灌漿方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種巖土工程基礎(chǔ)處理材料領(lǐng)域中的灌漿材料及其灌漿方法，尤其涉及一種水玻璃溶液型灌漿材料及其灌漿方法。
【背景技術(shù)】
[0002]礦產(chǎn)資源開采深度越來越深，在礦山深部的巷道開挖過程中，水頭壓力一般超過
3.0MPa，在遇到斷層或破碎帶時(shí)，易出現(xiàn)涌水，導(dǎo)致巷道被淹，巷道開挖施工難以繼續(xù)，抽水費(fèi)用巨大，有的甚至導(dǎo)致人員傷亡事故。
[0003]由于水頭壓力較高，在采用常規(guī)的水泥漿液或水泥膨潤土漿液堵水時(shí)，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)快速固化，導(dǎo)致漿液的擴(kuò)散半徑很小，堵水效果有限，在后續(xù)的爆破過程中，易再次出現(xiàn)滲水、涌水現(xiàn)象。
[0004]針對(duì)高水頭壓力、微裂隙等特殊單一含水層地層時(shí)，一般采用溶液型注漿材料。目前溶液型注漿材料單價(jià)過于昂貴，且有一定的毒性，不適合礦山巷道中大量使用。
[0005]目前經(jīng)濟(jì)性水玻璃系化學(xué)注漿材料研究面較廣，CN101265059A、CN86107196A和CN1032354A等研究成果，因材料腐蝕性或成分復(fù)雜，穩(wěn)定性難以控制等，應(yīng)用上受到限制。應(yīng)用較多的脲醛樹脂類漿 液，也因組分較多、不易長時(shí)間儲(chǔ)存、粘度較大等缺陷，在一定程度上難以推廣。
[0006]CN101654354 B、CN101597497 B分別采用二乙二醇乙醚乙酸酯、三醋酸甘油酯作為固化劑，與水玻璃固化后，漿液結(jié)石率較低，結(jié)石體上部還留存一定比例的水；漿液結(jié)石體呈白色粉末狀，純結(jié)石體的膠結(jié)強(qiáng)度近乎沒有；結(jié)石體固化后，易失水收縮，失水收縮率可達(dá)到80%以上，導(dǎo)致堵水效果不好；固化劑的氣味大，對(duì)呼吸道的刺激性很強(qiáng)。在采用乙二醇乙醚乙酸酯、三醋酸甘油酯作為水玻璃的固化劑時(shí)，漿液由水溶液凝膠變?yōu)楣虘B(tài)過程中，從液態(tài)變成固態(tài)的相變時(shí)間較長，沒有一個(gè)明顯的突變過程，因此不適用于高水頭壓力下的堵水工程中。
[0007]對(duì)于用于高水頭壓力堵水的灌漿材料而言，大的裂隙已經(jīng)采用水泥漿或水泥粘土漿灌注，僅剩下微細(xì)裂隙。采用水玻璃型溶液型灌漿材料，漿材結(jié)石體的強(qiáng)度或是固砂體的強(qiáng)度都小于IMPa，大都處于0.05~0.5MPa之間，這種強(qiáng)度對(duì)于3~5MPa的水壓下是可以忽略的，主要依靠圍巖體的強(qiáng)度進(jìn)行支撐。因此，研究水玻璃型溶液型灌漿材料的關(guān)鍵是如何降低材料成本，如何降低材料的毒性、如何加快水玻璃的凝膠時(shí)間，提高膠體的結(jié)石率等，本專利旨在解決水玻璃型溶液型灌漿材料存在的上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種水玻璃溶液型灌漿材料及其灌漿方法，該漿液是一種性能穩(wěn)定，滲透性強(qiáng)，易于操控，保水性好的注漿材料。本材料結(jié)石率可達(dá)100%，具有一定的膠結(jié)強(qiáng)度，可達(dá)0.2MPa ;可以實(shí)現(xiàn)地面供漿，巷道注漿；毒性小，成本低；結(jié)石體固化后收縮大大減少；氣味小，可以解決上述【背景技術(shù)】中的缺點(diǎn)。[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為:提供一種水玻璃溶液型灌漿材料，該水玻璃溶液型灌漿材料包括甲液、乙液兩種組份
甲液為水玻璃溶液，其中水玻璃與水的質(zhì)量配比為:
水玻璃100份
水10~200份
乙液為固化劑溶液，主要由水、固化劑、催化劑、促溶劑混合反應(yīng)后配制得到，其各組份質(zhì)量配比為:
水100份
固化劑4-18份
催化劑0.1~0.6份
促溶劑0.05~0.15份
所述固化劑為丙二醇甲醚醋酸酯與乙二醛的組合物，其中丙二醇甲醚醋酸酯2~9份、乙二醛2~9份；所述催化劑為二異丁基萘磺酸鈉，所述促溶劑采用弱酸。
[0010]上述水玻璃溶液型灌漿材料中，所述促溶劑弱酸采用硼酸、醋酸、乙二酸、碳酸中的一種或幾種，優(yōu)先單選醋酸。
[0011]上述水玻璃溶液型灌漿材料中，所述固化劑中組合物丙二醇甲醚醋酸酯與乙二醛的質(zhì)量比優(yōu)選二醇甲醚醋酸酯:乙二醛=(0.45^3.5):1
上述水玻璃溶液型灌漿材料中，優(yōu)選的，所述甲液中與水的質(zhì)量配比取水玻璃100份:水30~80份為優(yōu)。
[0012]上述水玻璃溶液型灌漿材料中，優(yōu)選的，所述甲液中水玻璃優(yōu)選38Be'水玻璃。
[0013]水玻璃溶液型灌漿材料的灌漿方法，包括以下步驟:
第一步制備乙液:在密閉容器中，稱取定量的水后，按照設(shè)定的配比，加入設(shè)定量的丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醛，然后加入二異丁基萘磺酸鈉攪拌均勻，形成均一透明液體，最后加入弱酸，陳化24小時(shí)以后，即可得乙液。
[0014]第二步制備甲液:稱取所需配比的水玻璃及水混合，攪拌均勻。
[0015]第三步灌漿施工:采用雙液灌漿泵將甲液、乙液兩種漿液按1: (0.5^2)的體積比混合注入到巖層裂隙中即可。
[0016]本發(fā)明的上述技術(shù)方案基于以下原理:
丙二醇甲醚醋酸酯遇到水玻璃中的堿性物質(zhì)水解，產(chǎn)生醋酸與水玻璃發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；乙二醛遇到水玻璃中的堿性物質(zhì)，發(fā)生歧化反應(yīng)，生成酸和醇，酸與水玻璃繼續(xù)反應(yīng)生成凝膠體。丙二醇甲醚醋酸酯價(jià)格較低，屬于實(shí)際無毒型，但氣味大，水溶性不好，反應(yīng)速度慢，反應(yīng)后結(jié)石體呈粉末狀，析水率較高。乙二醛水溶性好、反應(yīng)后結(jié)石體析水率很小，包水性好，失水率低，但價(jià)格高，具有一定的毒性，反應(yīng)速度慢。采用丙二醇甲醚醋酸酯與乙二醛復(fù)合，兩者具有協(xié)同效應(yīng)，反應(yīng)速度較兩者單獨(dú)使用時(shí)明顯加快，且結(jié)石體強(qiáng)度明顯增加，結(jié)石率可達(dá)100%，降低固化劑的總用量，降低固化劑的成本，可以加快反應(yīng)速度。
[0017]二異丁基萘磺酸鈉是一種優(yōu)良的催化劑兼表面活性劑，能增強(qiáng)漿液的滲透能力，二異丁基萘磺酸鈉加入后，可以大幅度降低水的表面張力，大幅度增加丙二醇甲醚醋酸酯的溶解度，減少丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醛的揮發(fā)；并能加快丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醛與水玻璃的反應(yīng)速度，縮短固化時(shí)間，具有良好的催化作用；同時(shí)可以增強(qiáng)漿材的滲透性，使?jié){材對(duì)微細(xì)裂隙的可灌性大大增強(qiáng)。
[0018]為減少毒性物質(zhì)揮發(fā)，在固化劑中加入極少量弱酸。弱酸提供質(zhì)子，質(zhì)子與丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醛形成一個(gè)多元穩(wěn)定體系，加速丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醛的水溶，加快反應(yīng)速度，有利于降低固化劑的用量，減少丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醛的揮發(fā)，減少氣味，大大降低漿材對(duì)巷道內(nèi)空氣的污染，降低固化劑對(duì)工人身體呼吸系統(tǒng)的影響。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:克服了單一固化劑毒性、難溶解性、滲透性不好、價(jià)格高、固化效果不好、膠結(jié)體強(qiáng)度不高等缺點(diǎn)，所形成的注漿材料具有高滲透性、凝膠時(shí)間短、成本較低、毒性很低、氣味小等特點(diǎn)，并且工藝操作簡單、易于存放、性能穩(wěn)定，可廣泛應(yīng)用于水利、水電、礦山、隧道、地下空間等巖土工程領(lǐng)域的短期性的堵水、防滲工程，尤其適用于巷道、隧道的高水頭壓力下的注漿止水，可大幅降低工程施工成本并提高工程質(zhì)量，具有很高應(yīng)用價(jià)值。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021]實(shí)施例一
一種水玻璃溶液型灌漿材料，包括甲液、乙液兩種組份，
甲液為水玻璃溶液，其中 水玻璃38BV 300克 水30克
乙液為固化劑溶液，主要由水、固化劑、催化劑、促溶劑混合反應(yīng)后配制得到，其中 水350克
固化劑丙二醇甲醚醋酸酯20克
乙二醛9克
催化劑二異丁基萘磺酸鈉2克
促溶劑醋酸0.4克
水玻璃溶液型灌漿材料的灌漿方法實(shí)施例一:
第一步制備乙液:在密閉容器中，稱取350克的水后，加入20克丙二醇甲醚醋酸酯、9克乙二醛，然后加入2克二異丁基萘磺酸鈉攪拌均勻，形成均一透明液體，最后加入醋酸0.4克，陳化24小時(shí)以后，即可得乙液。
[0022]第二步制備甲液:稱取300克水玻璃38Be'及30克水混合，攪拌均勻。
[0023]第三步灌漿施工:采用雙液灌漿泵將甲液、乙液兩種漿液按1:1的體積比混合注入到巖層裂隙中即可。
[0024]實(shí)施例二
一種水玻璃溶液型灌漿材料，包括甲液、乙液兩種組份，
甲液為水玻璃溶液，其中 水玻璃38Be' 300克 水600克
乙液為固化劑溶液，主要由水、固化劑、催化劑、促溶劑混合反應(yīng)后配制得到，其中水350克
固化劑丙二醇甲醚醋酸酯30克
乙二醛15克 催化劑二異丁基萘磺酸鈉2克
促溶劑醋酸0.2克
水玻璃溶液型灌漿材料的灌漿方法實(shí)施例二:
第一步制備乙液:在密閉容器中，稱取350克水后，加入30克丙二醇甲醚醋酸酯、15克乙二醛，然后加入2克二異丁基萘磺酸鈉攪拌均勻，形成均一透明液體，最后加入醋酸0.2克，陳化24小時(shí)以后，即可得乙液。
[0025]第二步制備甲液:稱取300克水玻璃38BV及600克水混合，攪拌均勻。
[0026]第三步灌漿施工:采用雙液灌漿泵將甲液、乙液兩種漿液按1:1的體積比混合注入到巖層裂隙中即可。
[0027]實(shí)施例三 一種水玻璃溶液型灌漿材料，包括甲液、乙液兩種組份，
甲液為水玻璃溶液，其中 水玻璃38Be' 300克 水200克
乙液為固化劑溶液，主要由水、固化劑、催化劑、促溶劑混合反應(yīng)后配制得到，其中
水350克
固化劑丙二醇甲醚醋酸酯30克
乙二醛12克 催化劑二異丁基萘磺酸鈉I克
促溶劑醋酸0.2克
水玻璃溶液型灌漿材料的灌漿方法實(shí)施例三:
第一步制備乙液:在密閉容器中，稱取350克的水后，加入30克丙二醇甲醚醋酸酯、12克乙二醛，然后加入I克二異丁基萘磺酸鈉攪拌均勻，形成均一透明液體，最后加入醋酸
0.2克，陳化24小時(shí)以后，即可得乙液。
[0028]第二步制備甲液:稱取300克水玻璃38BV及200克水混合，攪拌均勻。
[0029]第三步灌漿施工:采用雙液灌漿泵將甲液、乙液兩種漿液按1:1的體積比混合注入到巖層裂隙中即可。
[0030]實(shí)施例四
一種水玻璃溶液型灌漿材料，包括甲液、乙液兩種組份，
甲液為水玻璃溶液，其中 水玻璃38Be' 300克 水100克
乙液為固化劑溶液，主要由水、固化劑、催化劑、促溶劑混合反應(yīng)后配制得到，其中
水350克
固化劑丙二醇甲醚醋酸酯11克
乙二醛24克催化劑二異丁基萘磺酸鈉I克
促溶劑醋酸0.2克
水玻璃溶液型灌漿材料的灌漿方法實(shí)施例四:
第一步制備乙液:在密閉容器中，稱取350克水后，加入11克丙二醇甲醚醋酸酯、24克乙二醛，然后加入I克二異丁基萘磺酸鈉攪拌均勻，形成均一透明液體，最后加入醋酸0.2克，陳化24小時(shí)以后，即可得乙液。
[0031]第二步制備甲液:稱取300克水玻璃38BV及100克水混合，攪拌均勻。
[0032]第三步灌漿施工:采用雙液灌漿泵將甲液、乙液兩種漿液按1:1的體積比混合注入到巖層裂隙中即可。
[0033]實(shí)施例五
一種水玻璃溶液型灌漿材料，包括甲液、乙液兩種組份，
甲液為水玻璃溶 液，其中 水玻璃38Be' 300克 水100克
乙液為固化劑溶液，主要由水、固化劑、催化劑、促溶劑混合反應(yīng)后配制得到，其中
水350克
固化劑丙二醇甲醚醋酸酯30克
乙二醛12克 催化劑二異丁基萘磺酸鈉I克
促溶劑醋酸0.2克
水玻璃溶液型灌漿材料的灌漿方法實(shí)施例五:
第一步制備乙液:在密閉容器中，稱取350克的水后，加入30克丙二醇甲醚醋酸酯、12克乙二醛，然后加入I克二異丁基萘磺酸鈉攪拌均勻，形成均一透明液體，最后加入醋酸
0.2克，陳化24小時(shí)以后，即可得乙液。
[0034]第二步制備甲液:稱取300克水玻璃38BV及100克水混合，攪拌均勻。
[0035]第三步灌漿施工:采用雙液灌漿泵將甲液、乙液兩種漿液按1:1的體積比混合注入到巖層裂隙中即可。
[0036]實(shí)施例六
一種水玻璃溶液型灌漿材料，包括甲液、乙液兩種組份，
甲液為水玻璃溶液，其中 水玻璃38Be' 300克 水30克
乙液為固化劑溶液，主要由水、固化劑、催化劑、促溶劑混合反應(yīng)后配制得到，其中
水350克
固化劑丙二醇甲醚醋酸酯30克
乙二醛12克 催化劑二異丁基萘磺酸鈉I克
促溶劑醋酸0.2克
水玻璃溶液型灌漿材料的灌漿方法實(shí)施例六:第一步制備乙液:在密閉容器中，稱取350克的水后，加入30克丙二醇甲醚醋酸酯、12克乙二醛，然后加入I克二異丁基萘磺酸鈉攪拌均勻，形成均一透明液體，最后加入醋酸
0.2克，陳化24小時(shí)以后，即可得乙液。
[0037]第二步制備甲液:稱取300克水玻璃38BV及30克水混合，攪拌均勻。
[0038]第三步灌漿施工:采用雙液灌漿泵將甲液、乙液兩種漿液按1:1的體積比混合注入到巖層裂隙中即可。
[0039]本發(fā)明中，水玻璃溶液型灌漿材料的各成分配比的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及效果見下表1。
[0040]表1
【權(quán)利要求】
1.一種水玻璃溶液型灌漿材料，其特征在于，包括甲液、乙液兩種組份 甲液為水玻璃溶液，其中水玻璃與水的質(zhì)量配比為: 水玻璃100份 水10~200份 乙液為固化劑溶液，主要由水、固化劑、催化劑、促溶劑混合反應(yīng)后配制得到，其各組份質(zhì)量配比為:水100份 固化劑4~18份 催化劑0.1~0.6份 促溶劑0.05~0.15份 所述固化劑為丙二醇甲醚醋酸酯與乙二醛的組合物，其中丙二醇甲醚醋酸酯2~9份、乙二醛2~9份；所述催化劑為二異丁基萘磺酸鈉，所述促溶劑采用弱酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水玻璃溶液型灌漿材料，其特征在于，所述弱酸采用硼酸、醋酸、乙二酸、碳酸中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水玻璃溶液型灌漿材料，其特征在于，所述固化劑中組合物成份丙二醇甲醚醋酸酯與乙二醛的質(zhì)量比為(0.45~3.5):1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水玻璃溶液型灌漿材料，其特征在于，所述甲液中水玻璃與水的質(zhì)量比為水玻璃:水=100: (30~80)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種水玻璃溶液型灌漿材料，其特征在于，所述甲液中水玻璃采用38Be'水玻璃。
6.—種如權(quán)利要求1飛中任一項(xiàng)所述水玻璃溶液型灌漿材料的灌漿方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步制備乙液:在密閉容器中，稱取定量的水后，按照設(shè)定的配比，加入設(shè)定量的丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醛，然后加入二異丁基萘磺酸鈉攪拌均勻，形成均一透明液體，最后加入弱酸，陳化24小時(shí)以后，即可得乙液； 第二步制備甲液:稱取所需配比的水玻璃及水混合，攪拌均勻； 第三步灌漿施工:采用雙液灌漿泵將甲液、乙液兩種漿液按1:(0.5~2)的體積比混合注入到巖層裂隙中即可。
【文檔編號(hào)】C09K8/506GK103910501SQ201410009619
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】賓斌, 王雪龍 申請(qǐng)人:湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司