一种双组分地聚合物注浆加固材料及制备方法
阅读说明：本技术 一种双组分地聚合物注浆加固材料及制备方法 (Bi-component geopolymer grouting reinforcement material and preparation method thereof ) 是由 张振兴 郝培文 王春 高仲 于 2021-08-18 设计创作，主要内容包括：本发明专利属于路面工程材料领域,具体涉及用于路面养护的一种双组分地聚合物注浆加固材料及制备方法,一种双组分地聚合物注浆加固材料,该注浆加固材料为双组分粉体材料,包括A、B两种组分,A组分、B组分的两组分工程应用质量比为0.8:1～1.2:1；A组分粉体包括高炉矿渣、沸石粉、粉煤灰、速凝硫铝酸盐水泥、膨润土、缓凝剂；B组分粉体包括无水石膏、膨润土、碱性激发剂、可再分散乳胶粉、速凝剂。本发明提供的双组分地聚合物注浆加固材料采用双组分材料,可以分别制备浆液,单组分浆液可保持长期流动性,两个组分浆液在注浆枪口处冲击混合,混合后具有短时间的流动性,而后迅速凝固,形成高强度的结石体。(The invention belongs to the field of pavement engineering materials, and particularly relates to a bi-component geopolymer grouting reinforcement material for pavement maintenance and a preparation method thereof, wherein the bi-component geopolymer grouting reinforcement material is a bi-component powder material and comprises A, B components, and the engineering application mass ratio of the A component to the B component is 0.8: 1-1.2: 1; the component A powder comprises blast furnace slag, zeolite powder, fly ash, quick-setting sulphoaluminate cement, bentonite and retarder; the component B powder comprises anhydrous gypsum, bentonite, an alkaline activator, redispersible latex powder and an accelerator. The bi-component geopolymer grouting reinforcement material provided by the invention adopts bi-component materials, and can be used for respectively preparing slurry, the single-component slurry can keep long-term fluidity, and the two-component slurry is impacted and mixed at a grouting gun mouth, has short-time fluidity after being mixed, and then is quickly solidified to form a high-strength stone body.)
技术领域
本发明专利属于路面工程材料领域，具体涉及用于路面养护的一种双组分地聚合物注浆加固材料及制备方法。
背景技术
现有路面注浆加固材料中，地聚合物材料由于其优异的力学性能和施工可操作性被越来越多使用。但现有地聚合物材料仍属于水泥基材料，需要加水搅拌制备成浆体材料，这不可避免地需要养生时间。即使是加入水玻璃等促凝剂，也需要至少6小时所述的养生时间，这对于道路通行尤其是高速公路要求快速开放交通来说，是难以满足需求的。
理想的路面注浆加固施工需要考虑两个方面因素：一是尽可能快地形成强度，快速开放交通。二是必须保证浆液从制备到注入路面的流动性，避免凝结速度过快而使材料凝结在搅拌缸和注浆管中，而对搅拌机械设备造成损坏。路面注浆加固施工中，粉末材料加水搅拌形成注浆材料后开始注浆施工，而注浆施工车辆需要频繁移动施工作业面，搅拌完成的一桶成品注浆材料可能会使用数小时以上，为缩短注浆施工后养生时间，需加入化学快凝助剂缩短注浆材料凝结时间。此时很有可能成品注浆材料全部凝结在搅拌设备中，造成无法施工的后果。
因此这两个方面的考虑因素很难同时满足。目前市场上的地聚合物材料均为单组分材料，无法满足速凝早强和施工可操作性的矛盾。可以借鉴化学注浆中的双组分材料施工工艺，将地聚合物材料配方进行调整，制备成双组分材料，分别制备浆液，单组分浆液可保持长期流动性，两个组分浆液在注浆枪口处冲击混合，混合后具有短时间的流动性，而后迅速凝固，形成强度。
发明内容
本发明的目的在于解决现有路面注浆加固材料存在的养生时间长、施工可操作性差的问题，而提供一种具有双组分材料，可以分别制备浆液，单组分浆液可保持长期流动性，两个组分浆液在注浆枪口处冲击混合，混合后具有短时间的流动性，而后迅速凝固，形成强度高的双组分地聚合物注浆加固材料及制备方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种双组分地聚合物注浆加固材料，该注浆加固材料为双组分粉体材料，包括A、B两种组分，A组分和B组分的工程应用质量比为0.8:1～1.2:1；所述的A组分包括下述质量份数的粉体材料：高炉矿渣20～38份、沸石粉22～34份、粉煤灰10～26份、速凝硫铝酸盐水泥20～42份、膨润土5～13份、缓凝剂1～3份；所述的B组分包括下述质量份数的粉体材料：无水石膏60～81份、膨润土5～18份、碱性激发剂5～20份、可再分散乳胶粉5～15份、速凝剂1～3份。
上述A组分注浆液的水灰质量比为0.5:1～1:1。
上述B组分注浆液的水灰质量比为0.5:1～1:1。
进一步的，所述高炉矿渣、沸石粉、粉煤灰、速凝硫铝酸盐水泥、无水石膏细度均小于0.5μm，粉煤灰达到二级以上品质。
进一步的，所述缓凝剂为酒石酸、无水柠檬酸、硼酸中的一种或多种混合物，作用是防止速凝硫铝酸盐水泥凝固。
进一步的，所述碱性激发剂为氢氧化钠。
进一步的，所述速凝剂为碳酸锂、氯化锂中的一种或两种混合物，作用是和A组分中缓凝剂发生化学中和反应，解除缓凝剂对速凝硫铝酸盐水泥的缓凝。
进一步的，所述可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚物、乙烯与氯乙烯及月硅酸乙烯酯三元共聚物中的一种或两种混合物，作用是增加地聚合物结石体的粘结强度和抗折强度。
上述双组分地聚合物注浆加固材料的注浆溶液的制备方法，制备步骤为：
步骤1)、A组分粉体材料的制备：将高炉矿渣20～38份、沸石粉22～34份、粉煤灰10～26份、速凝硫铝酸盐水泥20～42份、膨润土5～13份、缓凝剂1～3份置于粉体搅拌机中混合搅拌5～8分钟，得到A组分粉体材料；
步骤2)、B组分粉体材料的制备：将无水石膏60～81份、膨润土5～18份、碱性激发剂5～20份、可再分散乳胶粉5～15份、速凝剂1～3份置于粉体搅拌机中混合搅拌5～8分钟，得到B组分粉体材料；
步骤3)、A组分注浆溶液的制备：将A组分粉体材料和水以质量比1:0.5～1:1置于浆体搅拌机中混合搅拌3～5分钟，得到A组分注浆溶液；
步骤4)、B组分注浆溶液的制备：将B组分粉体材料和水以质量比1:0.5～1:1置于浆体搅拌机中混合搅拌3～5分钟，得到B组分注浆溶液。
工作原理：
本发明采用了双组分化学注浆原理，将地聚合物材料配方分为A、B两个组分粉体材料，A组分中加入速凝硫铝酸盐水泥，同时加入缓凝剂防止其迅速凝固。B组分中加入速凝剂，可与A组分中缓凝剂发生化学中和反应。A、B两组分单浆液可保持5h以上流动状态。A、B两组分单浆液分别制备后，通过两个管路输送至注浆枪头部位，在压力作用下进行冲击混合，混合后能够保持1～3min流动状态，而后B组分中速凝剂和A组分中缓凝剂发生中和反应，迅速解除了缓凝剂对速凝硫铝酸盐的缓凝作用，使得速凝硫铝酸盐水泥很快凝结固化。这样既可保证制浆过程中要求浆液流动性好，凝结时间长的需求，又可使浆液注入路面后，能迅速固化形成强度，无需养生，快速开放交通。
本发明的有益效果在于：
1.双组分材料，单浆液保持长期流动性，既保证制浆过程不会快速凝固堵塞制浆机和输浆管，又能达到速凝早强效果。
2.30min强度可达10MPa以上，无需养生，满足高速公路要求快速通行的要求。
3.可再分散乳胶粉可增强地聚合物结石体的抗折强度，同时能够增强粘结力。
4.硫铝酸盐水泥和石膏发生化学反应生成大量钙矾石，具有一定膨胀性能，有利用处理路基和基层脱空病害。
总之，本发明提供的双组分地聚合物注浆加固材料具有采用双组分材料，可以分别制备浆液，单组分浆液可保持长期流动性，两个组分浆液在注浆枪口处冲击混合，混合后具有短时间的流动性，而后迅速凝固，形成高强度结石体。
具体实施方式
现结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
需要说明的是，以下各实施例材料性能测试中对照组所用到的传统地聚合物为在市场上外购的型号为“XJ—S01”的地聚合物注浆料，生产厂商为湖北星聚建材实业有限公司。
实施例1：
1、材料配方：
一种双组分地聚合物注浆加固材料，由以下组分按各自质量混合而成：
以上，高炉矿渣、沸石粉、粉煤灰、速凝硫铝酸盐水泥、无水石膏细度均小于0.5μm；粉煤灰达到二级以上品质；所用到的碱性激发剂为氢氧化钠；
本实施例中，选用酒石酸作为缓凝剂，其作用是防止速凝硫铝酸盐水泥凝固；选用碳酸锂作为速凝剂，其作用是和A组分中缓凝剂发生化学中和反应，解除缓凝剂对速凝硫铝酸盐水泥的缓凝；选用醋酸乙烯酯与乙烯共聚物作为可再分散乳胶粉，其作用是增加地聚合物结石体的粘结强度和抗折强度。
2、材料制备方法：
步骤1)、A组分粉体材料的制备：将高炉矿渣29kg、沸石粉26kg、粉煤灰15kg、速凝硫铝酸盐水泥24kg、膨润土5kg、缓凝剂1kg份置于粉体搅拌机中混合搅拌5分钟，得到A组分粉体材料；
步骤2)、B组分粉体材料的制备：将无水石膏72kg、膨润土8kg、碱性激发剂11kg、可再分散乳胶粉8kg、速凝剂1kg置于粉体搅拌机中混合搅拌5分钟，得到B组分粉体材料；
步骤3)、A组分注浆溶液的制备：将A组分粉体材料和水以质量比1:0.5的比例置于浆体搅拌机中混合搅拌5分钟，得到A组分注浆溶液；
步骤4)、B组分注浆溶液的制备：将B组分粉体材料和水以质量比1：0.5的比例置于浆体搅拌机中混合搅拌5分钟，得到B组分注浆溶液。
3、材料性能测试：
将A、B组份注浆溶液按照质量比1:1进行混合搅拌，传统地聚合物水灰比为0.5:1，同等条件下养生。然后进行力学性能试验，测得其性能如下：
实施例2：
1、材料配方：
一种双组分地聚合物注浆加固材料，由以下组分按各自质量混合而成：
以上，高炉矿渣、沸石粉、粉煤灰、速凝硫铝酸盐水泥、无水石膏细度均小于0.5μm；粉煤灰达到二级以上品质；所用到的碱性激发剂为氢氧化钠；
本实施例中，选用酒石酸作为缓凝剂，其作用是防止速凝硫铝酸盐水泥凝固；选用碳酸锂作为速凝剂，其作用是和A组分中缓凝剂发生化学中和反应，解除缓凝剂对速凝硫铝酸盐水泥的缓凝；选用醋酸乙烯酯与乙烯共聚物作为可再分散乳胶粉，其作用是增加地聚合物结石体的粘结强度和抗折强度。
2、材料制备方法：
步骤1)、A组分粉体材料的制备：将高炉矿渣23kg、沸石粉27kg、粉煤灰16kg、速凝硫铝酸盐水泥25kg、膨润土7kg、缓凝剂2kg份置于粉体搅拌机中混合搅拌6分钟，得到A组分粉体材料；
步骤2)、B组分粉体材料的制备：将无水石膏66kg、膨润土12kg、碱性激发剂12kg、可再分散乳胶粉8kg、速凝剂2kg置于粉体搅拌机中混合搅拌6分钟，得到B组分粉体材料；
步骤3)、A组分注浆溶液的制备：将A组分粉体材料和水以质量比1:0.5的比例置于浆体搅拌机中混合搅拌5分钟，得到A组分注浆溶液；
步骤4)、B组分注浆溶液的制备：将B组分粉体材料和水以质量比1：0.5的比例置于浆体搅拌机中混合搅拌5分钟，得到B组分注浆溶液。
3、材料性能测试：
将A、B组份注浆溶液按照质量比1:1进行混合搅拌，传统地聚合物水灰比为0.5:1，同等条件下养生。然后进行力学性能试验，测得其性能如下：
实施例3：
1、材料配方：
一种双组分地聚合物注浆加固材料，由以下组分按各自质量混合而成：
以上，高炉矿渣、沸石粉、粉煤灰、速凝硫铝酸盐水泥、无水石膏细度均小于0.5μm；粉煤灰达到二级以上品质；所用到的碱性激发剂为氢氧化钠；
本实施例中，选用无水柠檬酸作为缓凝剂，其作用是防止速凝硫铝酸盐水泥凝固；选用碳酸锂作为速凝剂，其作用是和A组分中缓凝剂发生化学中和反应，解除缓凝剂对速凝硫铝酸盐水泥的缓凝；选用醋酸乙烯酯与乙烯共聚物作为可再分散乳胶粉，其作用是增加地聚合物结石体的粘结强度和抗折强度。
2、材料制备方法：
步骤1)、A组分粉体材料的制备：将高炉矿渣22kg、沸石粉22kg、粉煤灰18kg、速凝硫铝酸盐水泥25kg、膨润土10kg、缓凝剂3kg份置于粉体搅拌机中混合搅拌7分钟，得到A组分粉体材料；
步骤2)、B组分粉体材料的制备：将无水石膏67kg、膨润土10kg、碱性激发剂11kg、可再分散乳胶粉9kg、速凝剂3kg置于粉体搅拌机中混合搅拌7分钟，得到B组分粉体材料；
步骤3)、A组分注浆溶液的制备：将A组分粉体材料和水以质量比1:0.8的比例置于浆体搅拌机中混合搅拌3分钟，得到A组分注浆溶液；
步骤4)、B组分注浆溶液的制备：将B组分粉体材料和水以质量比1：0.8的比例置于浆体搅拌机中混合搅拌3分钟，得到B组分注浆溶液。
3、材料性能测试：
将A、B组份注浆溶液按照质量比1:1进行混合搅拌，传统地聚合物水灰比为0.8:1，同等条件下养生。然后进行力学性能试验，测得其性能如下：
实施例4：
1、材料配方：
一种双组分地聚合物注浆加固材料，由以下组分按各自质量混合而成：
以上，高炉矿渣、沸石粉、粉煤灰、速凝硫铝酸盐水泥、无水石膏细度均小于0.5μm；粉煤灰达到二级以上品质；所用到的碱性激发剂为氢氧化钠；
本实施例中，选用无水柠檬酸作为缓凝剂，其作用是防止速凝硫铝酸盐水泥凝固；选用碳酸锂作为速凝剂，其作用是和A组分中缓凝剂发生化学中和反应，解除缓凝剂对速凝硫铝酸盐水泥的缓凝；选用乙烯与氯乙烯及月硅酸乙烯酯三元共聚物作为可再分散乳胶粉，其作用是增加地聚合物结石体的粘结强度和抗折强度。
2、材料制备方法：
步骤1)、A组分粉体材料的制备：将高炉矿渣20kg、沸石粉30kg、粉煤灰10kg、速凝硫铝酸盐水泥32kg、膨润土8kg、缓凝剂2kg份置于粉体搅拌机中混合搅拌8分钟，得到A组分粉体材料；
步骤2)、B组分粉体材料的制备：将无水石膏75kg、膨润土16kg、碱性激发剂18kg、可再分散乳胶粉7kg、速凝剂3kg置于粉体搅拌机中混合搅拌8分钟，得到B组分粉体材料；
步骤3)、A组分注浆溶液的制备：将A组分粉体材料和水以质量比1:1的比例置于浆体搅拌机中混合搅拌5分钟，得到A组分注浆溶液；
步骤4)、B组分注浆溶液的制备：将B组分粉体材料和水以质量比1：1的比例置于浆体搅拌机中混合搅拌3分钟，得到B组分注浆溶液。
3、材料性能测试：
将A、B组份注浆溶液按照质量比1:1进行混合搅拌，传统地聚合物水灰比为1:1，同等条件下养生。然后进行力学性能试验，测得其性能如下：
实施例5：
1、材料配方：
一种双组分地聚合物注浆加固材料，由以下组分按各自质量混合而成：
以上，高炉矿渣、沸石粉、粉煤灰、速凝硫铝酸盐水泥、无水石膏细度均小于0.5μm；粉煤灰达到二级以上品质；所用到的碱性激发剂为氢氧化钠；
本实施例中，选用硼酸作为缓凝剂，其作用是防止速凝硫铝酸盐水泥凝固；选用氯化锂作为速凝剂，其作用是和A组分中缓凝剂发生化学中和反应，解除缓凝剂对速凝硫铝酸盐水泥的缓凝；选用乙烯与氯乙烯及月硅酸乙烯酯三元共聚物作为可再分散乳胶粉，其作用是增加地聚合物结石体的粘结强度和抗折强度。
2、材料制备方法：
步骤1)、A组分粉体材料的制备：将高炉矿渣27kg、沸石粉32kg、粉煤灰12kg、速凝硫铝酸盐水泥20kg、膨润土11kg、缓凝剂1kg份置于粉体搅拌机中混合搅拌5分钟，得到A组分粉体材料；
步骤2)、B组分粉体材料的制备：将无水石膏60kg、膨润土7kg、碱性激发剂16kg、可再分散乳胶粉5kg、速凝剂1kg置于粉体搅拌机中混合搅拌5分钟，得到B组分粉体材料；
步骤3)、A组分注浆溶液的制备：将A组分粉体材料和水以质量比1:0.9的比例置于浆体搅拌机中混合搅拌3分钟，得到A组分注浆溶液；
步骤4)、B组分注浆溶液的制备：将B组分粉体材料和水以质量比1：0.9的比例置于浆体搅拌机中混合搅拌3分钟，得到B组分注浆溶液。
3、材料性能测试：
将A、B组份注浆溶液按照质量比0.8:1进行混合搅拌，传统地聚合物水灰比为0.8:1，同等条件下养生。然后进行力学性能试验，测得其性能如下：
实施例6：
1、材料配方：
一种双组分地聚合物注浆加固材料，由以下组分按各自质量混合而成：
以上，高炉矿渣、沸石粉、粉煤灰、速凝硫铝酸盐水泥、无水石膏细度均小于0.5μm；粉煤灰达到二级以上品质；所用到的碱性激发剂为氢氧化钠；
本实施例中，选用无水柠檬酸作为缓凝剂，其作用是防止速凝硫铝酸盐水泥凝固；选用氯化锂作为速凝剂，其作用是和A组分中缓凝剂发生化学中和反应，解除缓凝剂对速凝硫铝酸盐水泥的缓凝；选用醋酸乙烯酯与乙烯共聚物作为可再分散乳胶粉，其作用是增加地聚合物结石体的粘结强度和抗折强度。
2、材料制备方法：
步骤1)、A组分粉体材料的制备：将高炉矿渣30kg、沸石粉34kg、粉煤灰20kg、速凝硫铝酸盐水泥35kg、膨润土12kg、缓凝剂1kg份置于粉体搅拌机中混合搅拌5分钟，得到A组分粉体材料；
步骤2)、B组分粉体材料的制备：将无水石膏70kg、膨润土5kg、碱性激发剂5kg、可再分散乳胶粉11kg、速凝剂2kg置于粉体搅拌机中混合搅拌5分钟，得到B组分粉体材料；
步骤3)、A组分注浆溶液的制备：将A组分粉体材料和水以质量比1:0.8的比例置于浆体搅拌机中混合搅拌3分钟，得到A组分注浆溶液；
步骤4)、B组分注浆溶液的制备：将B组分粉体材料和水以质量比1：0.8的比例置于浆体搅拌机中混合搅拌3分钟，得到B组分注浆溶液。
3、材料性能测试：
将A、B组份注浆溶液按照质量比0.9:1进行混合搅拌，传统地聚合物水灰比为0.9:1，同等条件下养生。然后进行力学性能试验，测得其性能如下：
实施例7：
1、材料配方：
一种双组分地聚合物注浆加固材料，由以下组分按各自质量混合而成：
以上，高炉矿渣、沸石粉、粉煤灰、速凝硫铝酸盐水泥、无水石膏细度均小于0.5μm；粉煤灰达到二级以上品质；所用到的碱性激发剂为氢氧化钠；
本实施例中，选用酒石酸作为缓凝剂，其作用是防止速凝硫铝酸盐水泥凝固；选用氯化锂作为速凝剂，其作用是和A组分中缓凝剂发生化学中和反应，解除缓凝剂对速凝硫铝酸盐水泥的缓凝；选用乙烯与氯乙烯及月硅酸乙烯酯三元共聚物作为可再分散乳胶粉，其作用是增加地聚合物结石体的粘结强度和抗折强度。
2、材料制备方法：
步骤1)、A组分粉体材料的制备：将高炉矿渣34kg、沸石粉25kg、粉煤灰23kg、速凝硫铝酸盐水泥38kg、膨润土6kg、缓凝剂2kg份置于粉体搅拌机中混合搅拌8分钟，得到A组分粉体材料；
步骤2)、B组分粉体材料的制备：将无水石膏78kg、膨润土18kg、碱性激发剂7kg、可再分散乳胶粉15kg、速凝剂1kg置于粉体搅拌机中混合搅拌8分钟，得到B组分粉体材料；
步骤3)、A组分注浆溶液的制备：将A组分粉体材料和水以质量比1:0.6的比例置于浆体搅拌机中混合搅拌5分钟，得到A组分注浆溶液；
步骤4)、B组分注浆溶液的制备：将B组分粉体材料和水以质量比1：0.6的比例置于浆体搅拌机中混合搅拌5分钟，得到B组分注浆溶液。
3、材料性能测试：
将A、B组份注浆溶液按照质量比1.1:1进行混合搅拌，传统地聚合物水灰比为1.1:1，同等条件下养生。然后进行力学性能试验，测得其性能如下：
实施例8：
1、材料配方：
一种双组分地聚合物注浆加固材料，由以下组分按各自质量混合而成：
以上，高炉矿渣、沸石粉、粉煤灰、速凝硫铝酸盐水泥、无水石膏细度均小于0.5μm；粉煤灰达到二级以上品质；所用到的碱性激发剂为氢氧化钠；
本实施例中，选用硼酸作为缓凝剂，其作用是防止速凝硫铝酸盐水泥凝固；选用碳酸锂作为速凝剂，其作用是和A组分中缓凝剂发生化学中和反应，解除缓凝剂对速凝硫铝酸盐水泥的缓凝；选用醋酸乙烯酯与乙烯共聚物为可再分散乳胶粉，其作用是增加地聚合物结石体的粘结强度和抗折强度。
2、材料制备方法：
步骤1)、A组分粉体材料的制备：将高炉矿渣38kg、沸石粉31kg、粉煤灰26kg、速凝硫铝酸盐水泥42kg、膨润土13kg、缓凝剂3kg份置于粉体搅拌机中混合搅拌8分钟，得到A组分粉体材料；
步骤2)、B组分粉体材料的制备：将无水石膏81kg、膨润土14kg、碱性激发剂20kg、可再分散乳胶粉13kg、速凝剂3kg置于粉体搅拌机中混合搅拌8分钟，得到B组分粉体材料；
步骤3)、A组分注浆溶液的制备：将A组分粉体材料和水以质量比1:1的比例置于浆体搅拌机中混合搅拌5分钟，得到A组分注浆溶液；
步骤4)、B组分注浆溶液的制备：将B组分粉体材料和水以质量比1：1的比例置于浆体搅拌机中混合搅拌5分钟，得到B组分注浆溶液。
3、材料性能测试：
将A、B组份注浆溶液按照质量比1.2:1进行混合搅拌，传统地聚合物水灰比为1.2:1，同等条件下养生。然后进行力学性能试验，测得其性能如下：
通过以上多个不同配比的实施例可知，本发明的双组分地聚合物注浆加固材料通过分别制备浆液，具有单组分浆液可保持长期流动性，两个组分浆液在注浆枪口处冲击混合，混合后具有短时间的流动性，而后迅速凝固，形成强度高的优点。
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