[发明专利]一种地质聚合物灌浆材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机复合材料技术领域，涉及一种地质聚合物灌浆材料及其制备方法。

背景技术

地质聚合物是由活性铝硅酸盐材料（偏高岭土、粘土、矿渣、粉煤灰、硅灰等）与强碱或强碱硅酸盐溶液反应生成的一类新型铝硅酸盐无机胶凝材料。1978年法国著名科学家Davidovits首次把这种材料命名为地质聚合物并提出了地质聚合物的反应机理。地质聚合物由于具有快硬早强、耐腐蚀性、绿色环保、耐高温、耐久性好等优点，广泛应用于建筑材料、交通抢修、重金属离子吸附、核废料处理等领域。近年来，由于水泥基灌浆材料和化学灌浆材料成本高，耐腐蚀和耐冲刷性能不理想，地质聚合物开始应用在软基处理、隧道注浆、预应力桥梁灌浆、混凝土路面裂缝修复和板底脱空处理等方面。但是目前地质聚合物灌浆材料还存在以下一些不足，限制了地质聚合物在灌浆材料领域的应用：

碱激发剂的形态决定了地质聚合物灌浆材料的性能不稳定，施工技术要求高。目前，碱激发剂主要为液体，包括低模数钠水玻璃溶液、低模数钾水玻璃、NaOH溶液或KOH溶液。 根据国内外的文献报道，液体水玻璃制备地质聚合物的模数一般低于2.0，随着储存时间的增加，水玻璃中硅酸根离子的聚合度不断变化，对地质聚合物灌浆材料的性能影响比较大。如果用NaOH溶液或KOH溶液制备的地质聚合物比水玻璃制备的地质聚合物强度低，应用范围窄。

液体碱激发剂制备的地质聚合物在潮湿空气中易泛碱，影响地质聚合物的耐久性。

国内外已有利用矿渣、粉煤灰、钢渣等固体废弃物制备地质聚合物灌浆材料和碱激发水泥的报道，由于原料活性组分和化学组分的不同，凝胶时间无法控制，而目前水泥方面的缓凝剂在地质聚合物体系中完全没有效果，因此寻找一种适合地质聚合物体系的缓凝剂是地质聚合物推广应用的关键因素。

国内外的研究者们从地质聚合物的不足出发，申请了一些相关专利。

中国发明专利（专利号：CN200810035397.2和CN200410015696.1）公开了一种地质聚合物土壤固结注浆材料和土壤固结灌浆材料，这两个专利都是将粉煤灰、矿渣、钢渣、高钙粉煤灰、碱性激发剂和水混合制备而成。制备了早期强度高、具有良好水稳定性、流动性和耐久性的地质聚合物土壤固结注浆材料。不同的是CN200810035397.2添加了一种减水剂，但是该方法所用的碱激发剂为并非速溶型的水玻璃，而是一般固体水玻璃，水玻璃在浆体中的溶解速度比较慢，难以制备满足不同工程部位性能指标的灌浆材料，根据地质聚合物的反应机理，水玻璃中硅酸根离子的在浆体中的溶解速率和溶解在浆体中的硅酸根离子结构形式直接影响地质聚合物灌浆材料性能。同时，这两种制备方法都没有涉及缓凝剂，地质聚合物凝结时间不可控，特别是对比高钙矿渣，凝结时间非常快，没有合适的缓凝剂会出现闪凝。

中国专利，专利申请号：CN200910153713.0公开一种地聚合物灌浆材料。 该方法将废弃混凝土粉、脱硫石膏、钢渣粉、矿渣粉、粉煤灰、碱激发剂混合制备而成。该方法所用的碱激发剂为液体碱激发剂，难以制备性能稳定的地质聚合物灌浆材料，不适合于大规模生产应用。

中国专利，申请号：200910153713.0，公开号：CN101712546A，该发明公开一种地聚合物灌浆材料，它由以下重量份的各个组分制备：废弃混凝土粉10～30重量份，脱硫石膏5～15重量份，钢渣粉10～20重量份，矿渣粉20～40重量份，高钙粉煤灰3～8重量份，粉煤灰20～50重量份，碱激发剂5～10重量份。该发明的地聚合物灌浆材料，虽然解决了一部分地聚合物灌浆材料强度高、流动性，但是存在强度低，凝结时间不可调，适用范围窄，性能不稳定的问题。

现有文献报道和相关专利只涉及某个具体工程部位的灌浆材料，还存在强度低，凝结时间不可调，适用范围窄，性能不稳定的问题。

发明内容

本发明要解决现有技术问题并提供一种强度和凝胶时间可调，性能稳定，适用范围广的地质聚合物灌浆材料，并对于实现该地质聚合物灌浆材料在工程中广泛应用具有重要意义。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种地质聚合物灌浆材料，其特征是：由水与无机硅酸盐复合材料按照0.26～0.38的比重混合制备而成；所述的无机硅酸盐复合材料的组成重量份数：矿渣75～93份、粉煤灰66～70份、碱激发剂16～28份和缓凝剂0.3～1.6份；所述的缓凝剂为磷酸二氢钾、磷酸二氢钠和磷酸二氢钙的两种混合物粉体。