[发明专利]硅溶胶灌浆材料及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种硅溶胶灌浆材料及其制备方法和应用，其中硅溶胶灌浆材料，主要由以下重量份原料制成：硅溶胶30‑70份；交联剂0‑1份；凝结时间调整剂0‑1份；固化剂1‑10份；固化促进剂0‑1份；强度增强剂0‑1份；水20‑70份；固化剂为电解质型固化剂。本申请利用硅溶胶为主剂制成硅溶胶灌浆材料，浆液稳定性好，可采用单液注入。该浆液可根据地层条件调节调整，以保证在预定时间内凝固。硅溶胶在微细裂隙和粉细砂中渗透性极佳。通常每立方浆液固结砂体4.2～4.8m³。浆液强度可在0.1～1.5MPa范围内调整，以满足各种工程需要。浆液固砂体强度稳定，在潮湿或泡水情况下，强度不降低，二氧化硅基本不溶出。

技术领域

本申请属于化学灌浆材料技术领域，具体涉及一种硅溶胶灌浆材料及其制备方法和应用。

背景技术

在我国，由于水玻璃化学灌浆材料耐久性未完全被人们接受，因此水玻璃浆液一直不能在大范围内广泛应用。虽然水玻璃化学浆材在地基基础处理和裂缝修补、加固方面有应用，但在近年的市场招投标中，关于水玻璃化学灌浆方面建设单位一直质疑耐久性问题，因此水玻璃浆液一直在非永久性或半永久性工程使用。水玻璃类材料以其价格便宜、施工可控、强度较好而得到长期使用，但是水玻璃类浆液固结后的凝胶中的Na⁺可以溶脱二氧化硅和凝胶本身体积的变化导致固结物耐久性不好成为其致命的弱点，因此极大地限制了这种材料的工程应用。

为了克服水玻璃浆液的各种不利因素，国内外在水玻璃性能上做了大量的改进研究工作。1985年的酸性水玻璃材料的引进并在工程应用效果良好，酸性水玻璃就是将碱性水玻璃制备成酸性水玻璃，然后用相应的胶凝剂使其在中性或弱酸性的范围内胶凝，可以形成不含Na⁺的凝胶，这样就可以使水玻璃中的SiO₂基本上全部胶凝而不发生溶脱。但是，酸性水玻璃的耐久性未被所有人接受，而且材料中酸化材料-硫酸在采购和使用中有很多不方便之处，还有固砂体强度较低，这几个方面影响了这种材料的推广应用。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种硅溶胶灌浆材料及其制备方法和应用。

第一方面，本申请提供一种硅溶胶灌浆材料，主要由以下重量份原料制成：

所述凝结时间调整剂为乙酸、氯化镁、硫酸镁、氧化钙、磷酸、盐酸、硫酸中的一种或几种；所述固化剂为磷酸二氢钙、磷酸二氢铝、碳酸钾中的一种或几种；所述固化促进剂为碳酸氢盐；所述强度增强剂为氯化钾、碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钙、石膏、氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或几种；所述交联剂含有-COO-，能够与硅溶胶中的醇羟基发生脱水缩合反应。

本申请以硅溶胶为主剂，通过醇羟基脱水缩合反应形成三维网络状结构，从而形成硅凝胶防渗体。硅溶胶溶液是胶体溶液，分子量大，固化剂通过电荷作用把胶体二氧化硅的双电层变薄，从而破坏胶体结构，促使体系自主凝胶化(分子内部醇羟基脱水缩合反应)。此外硅溶胶凝胶是通过醇羟基脱水缩合反应(与外界含醇羟基的物质发生脱水缩合反应)形成的，而醇羟基脱水缩合反应是瞬间发生的反应，但由于二氧化硅胶体分子量大，颗粒聚集，附着于胶体二氧化硅的各个硅烷醇羟基慢慢的反应。这样可以控制反应速率和充分固化，有利于施工操作和材料性能的提高。

优选的，上述硅溶胶灌浆材料主要由A组分和B组分按照体积比1-2:0.8-1.2混合而构成；A组分包括硅溶胶、交联剂、凝结时间调整剂和占水总量0-35％的水；B组分包括固化剂、固化促进剂、强度增强剂和占水总量65-100％的水；A组分与B组分中的水量之和为水总量的100％。

优选的，固化剂为磷酸二氢钙。磷酸二氢钙可以改变胶体二氧化硅双电层使之变薄，从而促进硅溶胶发生脱水缩合反应，使硅溶胶粒子连接在一起，多个硅溶胶粒子或聚体相互连接，形成一些互相交错的线状或网络状结构，充满和贯穿整个硅溶胶空间形成硅凝胶。