[发明专利]粉细砂层用酸性水玻璃浆液

说明书

本发明属于建筑用注浆材料的改进。

在地铁修建过程中，常遇到粉细砂层地层结构。如北京地铁的地层即为粉细砂层。在这种地层中，多为透镜状结构出现。开挖时易坍塌。为了加固粉细砂层，通常，可以注入以下几种浆液：

1、带颗粒的水泥浆液，这种浆液很难注入;

2、有机类化学浆液，这种浆液比较容易注入，但价格昂贵，不适用于大体积加固，且污染环境;

3、铬木素浆液，这种浆液有毒，不宜使用;

4、水玻璃浆液，如水玻璃-氯化钙浆液，水玻璃-铝酸钠浆液。这些浆液中，有的工艺复杂，有的注浆材料奇缺，还有较强的碱性污染。因而，粉细砂层加固注浆成了地铁暗挖法施工中的难题。如果解决不好粉细砂层加固问题，就不能切实保证暗挖地铁的施工安全。

水玻璃注浆液的基本原理：

水玻璃浆液分酸性水玻璃浆液和碱性水玻璃浆液两种。水玻璃的凝固时间与其溶液的PH值的关系见图1。

从图1中可知：水玻璃的凝固可以分成三个区，即酸性区、中性区和碱性区。以中性区胶凝最快。

由于中性区胶凝过快，浆液渗透能力极差。只能采取双液注浆才能实施。碱性区水玻璃，因钠离子的溶脱，固结晶体极易溃散。不仅固砂强度低，而且有强烈的碱溶出，由此而造成环境污染。酸性区水玻璃，由于聚合物呈多聚硅酸形式存在，不仅固砂强度高，不溶于水，而且性能稳定。在同样条件下，它比碱性水玻璃的固砂强度高5～10倍，是目前国内外公认的一种比较理想的浆液。

但长期以来，由于酸性水玻璃的配制方法、注浆工艺等问题没有得到解决。因此，目前还没有得到很好的应用。

本发明提供了一种粉细砂层酸性水玻璃浆液。在该浆液中，加入了一定量的缓凝剂，使其延缓了在砂中的固化时间。该浆液渗透性很好，向周围的扩散能力几乎相等。渗透比较均匀。该浆液在配制固化过程中，溶于水的Na₂SO₄包含在凝胶体中，遇水渗出后，不携带或很少携带SiO₂。因此，使固砂体的强度不会降低。经河南省水科所试验证明：酸性水玻璃在水中浸泡三年零四个月后，其抗压强度接近28天时的抗压强度。通过8米和19米水头渗压3个月和7个月。其抗压强度比28天时的强度还高。目前，经过7年时间试验的试件还完好无损。因此，酸性水玻璃浆液固砂体的强度的减退是很缓慢的。

本发明采用以下材料;并按下述重量百分比进行配制：

水玻璃：25～36%

硫酸：4.5～6.5%

醋酸：0.12～0.4%（碳酸氢钠0.07～0.1%）

水：58～70%

注浆液的配制过程：

首先用水将水玻璃稀释至10～20Be′。然后，用水将硫酸稀释成17～32%的稀硫酸。第三步，将醋酸与稀释后的硫酸混合成混合酸。将配制好的水玻璃加入稀硫酸和醋酸混合在一起的稀酸中，搅拌均匀，使PH＝3～4.5。每种材料在浆液中所占重量百分比如上所述。

浆液的另一种配制过程：

用水将水玻璃稀释至10～20Be′。然后，用水将硫酸稀释成17～32%的稀硫酸。将稀释后的水玻璃加入稀硫酸中。当PH值接近2时，用碳酸氢钠稀溶液调至PH＝3～4.5。每种材料在浆液中的重量百分比如上所述。

实施例1：

首先用水将水玻璃稀释至20Be′。然后，用水将硫酸稀释成30%的稀硫酸。第三步，将醋酸与稀释后的硫酸混合成混合酸。将配制好的水玻璃加入稀硫酸和醋酸混合在一起的稀酸中，搅拌均匀，使PH＝3～4.5。每种材料在浆液中所占重量百分比如上所述。

实施例2：

用水将水玻璃稀释至15Be′。然后，用水将硫酸稀释成25%的稀硫酸。将稀释后的水玻璃加入稀硫酸中。当PH值接近2时，用碳酸氢钠稀溶液调至PH＝3。每种材料在浆液中的重量百分比如上所述。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、配制好的浆液稳定性好，可采用单液注入;

2、该浆液可根据地层酸碱度调整，以保证在预定时间内凝固;

3、水玻璃在细砂中的渗透性很好，向周围的扩散能力几乎相等，渗透比较均匀。通常，每立方浆液可固结砂体4.2～4.8米³;

4、浆液强度可在0.1～1.5MP范围内调整，以满足各种工程需要;

5、浆液固砂强度稳定，在潮湿情况下，强度不降低。