[发明专利]一种用于治理岩溶地面塌陷的充填材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于治理岩溶地面塌陷的充填材料及制备方法，属于地质灾害治理工程技术领域。

背景技术

目前我国由岩溶地面塌陷引起的地质灾害问题己相当严重。全国每年发生岩溶地面塌陷地质灾害数千起，造成经济损失多达数十亿元。其中影响严重的地区主要分布在广西、云南、贵州等地。岩溶地面塌陷地质灾害的发生不仅造成建筑物、道路等构筑物的损害，影响正常的生产运营，而且还威胁到人员生命、危害生态环境，造成巨大的经济损失。

传统的岩溶地面塌陷地质灾害治理方法通常采用换填、灌浆、冲击爆破、跨越等，其原理主要是通过减少溶洞的分布率，或增强溶洞的稳定性使其承载力有效提高，从而减轻其危害。在应用综合防治体系治理岩溶地面塌陷地质灾害时，溶洞规模的大小是治理技术选取的关键，土层分布的厚度大小对于治理措施的要求是非常高的，如溶洞的直径小于5m、距土层的深度小于3m时，在土拱效应的作用下应力可以满足土体自稳的要求。处理方法一般采用注浆法，即采用水泥砂浆混合物进行充填，支撑上部土层重量，防止其在地下水的溶蚀下继续塌落，扩大溶洞的范围。当溶洞的直径大于5m、距土层的深度大于3m，土拱效应的作用力已经不能满足土体自稳的要求时，一般采用冲击爆破、桩基、跨越等方法治理。

胶结材料在岩溶区胶结充填中具有至关重要的作用，胶结材料的组成和性能直接影响着胶结充填的效果和成本。岩溶区胶结充填既可以避免地下溶洞造成的地表塌陷、生态破坏和安全隐患，又能够提高资源利用率、大量消耗固体废弃物，胶结充填充治理法已得到了工程界的普遍重视。Tatiana Bakharev等人(Alkali activation of Australian slag cements[J].Cement and Concrete Research:1999(29).)采用硅酸钠、氢氧化钠、碳酸钠等不同的活化剂来活化高炉矿渣，制取胶结充填材料，工程应用结果表明，该充填材料的胶结体抗压强度很高，但凝结时间长，在地下水的作用下易流失。A.R.Brough等人(Sodium silicate-based,alkali-activated slag mortars Part1[J].Strength,hydration and microstrure Cement and Concrete Research,2002,32:865-879.)通过硅酸钠来激活粒化高炉矿渣，并加入NaCl来调整凝结时间，发现在NaCl加入后有速凝作用，但与岩土体胶结能力较差。Taylor等人(Cement Chemistry[M],Academeic,London,1990.)采用粉煤灰为基础原料，K类碱作为激发剂制取充填材料，其强度和稳定性都较好，但在胶结体中的C-S-H凝胶结构透水性较差，很容易改变地下水的径流方式，导致溶洞向新的方向扩展，引起二次灾害。另外传统的水泥砂浆充填材料在地下高水条件下不易胶结，且和易性、稳定性较差，充填料浆在制备与输送过程中容易产生离析、堵管等现象，胶结材料在与岩土体的胶结过程中会产生“泥化不胶结”现象，使治理效果并不能得到有效保证。

综上所述，传统的岩溶地面塌陷地质灾害的治理方法与充填材料存在成本高、破坏地下水径流方式、充填物与土体的胶结能力差、易流失、对地质环境扰动大等诸多缺点，不利于推广应用。如何开发切实可行的岩溶地面塌陷地质灾害充填材料与制备方法己经成为未来亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种经济、有效的用于治理岩溶地面塌陷的充填材料及制备方法。

本发明所述的用于治理岩溶地面塌陷的充填材料，主要由有机激发胶结材料和结构泡沫材料组成，其中：

所述的有机激发胶结材料由无机混合材料、聚苯乙烯和邻苯二甲酸酐按1：1.5～3.5：2.8～4.9的重量比组成，其中所述的无机混合材料由沸石、石膏和硫酸钠按1:1:1的重量比组成；

所述的结构泡沫材料由脲甲醛(尿素与甲醛反应得到的聚合物)和聚氨酯(聚氨基甲酸酯)按1:2.3～3.5的重量比组成；

所述有机激发胶结材料和结构泡沫材料的重量比为1：2.5～3.8。