本发明涉及建筑材料中注浆材料技术领域，尤其涉及一种注浆材料添加剂及其应用。
背景技术
随着我国经济的快速发展，交通水利建设(如高铁、地铁、公路、大坝)规模越来越大。我国幅员辽阔，地貌多变地质条件复杂；复杂的地质条件使得地下工程和水利工程也越来越受到人们的重视。由于高铁、地铁、大坝不断地增多，且地下交通水利工程条件日趋复杂，逐渐显现出崩塌、突水、涌泥等问题。为了解决这些问题，人们采取注浆技术对地下工程和水利工程进行加固和封堵。
注浆技术是将具有充填胶结性能的材料配成浆液，且运用适当的加压注浆设备将其注入到被注体内，如地层的裂隙、孔隙或孔洞等，使浆液渗透、填充，并发生凝结、硬化，进而实现加固或封堵的目的。因此，注浆材料是确保地下工程和水利工程加固和封堵的关键。但目前注浆材料还存在水化反应速度慢，不能实现快速堵漏以及加固和封堵效果差的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种注浆材料添加剂及其应用，将本发明提供的注浆材料添加剂添加到浆液中，初凝时间可达15分钟，终凝时间50秒，可实现快速堵漏且固化后具有很好的封堵和加固功能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种注浆材料添加剂，按重量份数计，包括以下组分：
所述超细水泥熟料的比表面积为700～900cm2/g。
优选的，包括：
优选的，还包括：
β半水石膏150～300份；
柠檬酸铝1～2份；
铝酸钠2～5份。
优选的，还包括：
聚丙烯酸钠6～8份。
优选的，包括：
优选的，所述超细水泥熟料为超细硫铝酸盐水泥熟料或超细铁铝酸盐水泥熟料。
优选的，所述聚丙烯酰胺的分子量为800万～2000万。
本发明还提供了上述技术方案所述的注浆材料添加剂在地基防渗加固或基础防渗加固中的应用。
本发明另提供了上述技术方案所述的注浆材料添加剂在地铁盾构流沙地质层或地铁盾构淤泥质地层的加固堵漏中的应用。
本发明还提供了上述技术方案所述的注浆材料添加剂在基坑涌砂或基坑涌水堵漏中的应用。
本发明提供了一种注浆材料添加剂，按重量份数计，包括以下组分：超细水泥熟料370～670份；碳酸锂0.25～0.55份；硼砂0.5～1份；聚丙烯酰胺5～15份；聚羧酸减水剂20～40份；羟乙基纤维素醚2～5份；所述超细水泥熟料的比表面积为700～900cm2/g。本发明提供的注浆材料添加剂中的超细水泥熟料具有很大的表面活性，与碳酸锂、硼砂、聚丙烯酰胺、聚羧酸减水剂和羟乙基纤维素醚共同添加到浆液后，能够快速与浆液发生水合反应，实现快速堵漏。实施例结果表明，将本发明的注浆材料添加剂添加到浆液中，初凝时间可达15分钟，终凝时间50秒(本发明所述初凝指的是从开始加水到浆料开始失去塑性，终凝指从开始失去塑性到完全失去塑性)，固化后具有很好的封堵和加固功能。
附图说明
图1～2为永龙高速开挖至400米断层涌水情况图；
图3～4为实施例5的注浆材料添加剂用于对永龙高速400米断层涌水区域进行封堵后的效果图。
具体实施方式
本发明提供了一种注浆材料添加剂，按重量份数计，包括以下组分：
所述超细水泥熟料的比表面积为700～900cm2/g。
本发明提供的注浆材料添加剂，按重量份数计，包括370～670份的超细水泥熟料，优选为400～670份，更优选为670份。在本发明中，所述超细水泥熟料的比表面积为700～900cm2/g，优选为800cm2/g。本发明所述超细水泥熟料具有较大的表面活性，可与注浆材料快速发生水化反应，进而有利于实现快速封堵和加固。
在本发明中，所述超细水泥熟料优选由原料水泥熟料经超细磨而成；本发明对所述超细磨的实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的超细磨的实施方式即可；所述水泥熟料优选为硫铝酸盐水泥熟料或铁铝酸盐水泥熟料。本发明对所述硫铝酸盐水泥熟料或所述铁铝酸盐水泥熟料的化学组成和矿物组成没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的硫铝酸盐水泥熟料或铁铝酸盐水泥熟料的化学组成和矿物组成即可。在本发明中，所述超细硫铝酸盐水泥熟料或超细铁铝酸盐水泥熟料具有早期强度高、凝结快、耐冻性好的特点，超细硫铝酸盐水泥熟料或超细铁铝酸盐水泥熟料与普通硅酸盐水泥或泥浆复配后，在水的作用下能快速发生水合反应，生成钙矾石即硫铝酸钙结石体；且所述超细硫铝酸盐水泥熟料或超细铁铝酸盐水泥熟料中氧化铝含量比较高，而铝离子能与组分中的有机聚合物发生交联反应形成稳定的分子结构，提高了颗粒之间的胶结作用，从而改善注浆材料的性能。
以所述超细水泥熟料的重量份为基准，本发明提供的注浆材料添加剂包括0.25～0.55份的碳酸锂，优选为0.3～0.55份，更优选为0.55份。本发明对所述碳酸锂的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的碳酸锂的来源即可，如市售的碳酸锂。本发明的碳酸锂是作为所述超细水泥熟料的调凝早强剂，它的早强效果明显且不影响后期强度的提高。
以所述超细水泥熟料的重量份为基准，本发明提供的注浆材料添加剂包括0.5～1份的硼砂，优选为0.7～1份，更优选为1份。本发明对所述硼砂的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的硼砂的来源即可，如市售的硼砂。本发明的硼砂能调节超细水泥熟料的凝固时间，以满足施工性能。
以所述超细水泥熟料的重量份为基准，本发明提供的注浆材料添加剂包括5～15份的聚丙烯酰胺，优选为5～10份，更优选为10份。在本发明中，所述聚丙烯酰胺的分子量优选为800万～2000万，进一步优选为1000万～1500万。本发明对所述聚丙烯酰胺的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的聚丙烯酰胺的来源即可，如市售的聚丙烯酰胺。本发明的聚丙烯酰胺分子链与注浆材料通过种种机械、物理、化学等作用，将注浆材料牵连在一起，形成网状，有利于结石体强度的提高，进而提高封堵或加固效果。
以所述超细水泥熟料的重量份为基准，本发明提供的注浆材料添加剂包括20～40份的聚羧酸减水剂，优选为25～30份，更优选为30份。本发明对所述聚羧酸减水剂的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的聚羧酸减水剂的来源即可，如市售的聚羧酸减水剂。本发明以聚羧酸减水剂为分散剂，能够提高注浆材料的流动性，防止水分流失和二次污染；此外，聚羧酸减水剂还能够改善表面张力，使表面张力更低，渗透能力更强，从而提高注浆材料的耐久性能。
以所述超细水泥熟料的重量份为基准，本发明提供的注浆材料添加剂包括2～5份的羟乙基纤维素醚，优选为3～5份，更优选为5份。在本发明中，所述羟乙基纤维素醚的粘度优选在40000mpa.s以下，进一步优选在35000mpa.s以下，更优选为10000～15000mpa.s。本发明对所述羟乙基纤维素醚的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的羟乙基纤维素醚的来源即可。本发明的羟乙基纤维素醚能使注浆材料顺利通过灌浆管注入地下。
以所述超细水泥熟料的重量份为基准，本发明提供的注浆材料添加剂优选还包括150～300份的β半水石膏，优选为200～300份，更优选为300份。本发明对所述β半水石膏的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的β半水石膏的来源即可，具体的如市售建筑石膏。本发明的β半水石膏作为速凝剂，能够加快灌浆料的凝固时间，同时很好的固结有害物质，促进超细水泥熟料的水化；同时前述硼砂作为β半水石膏的缓凝剂，防止β半水石膏凝固过快而导致无法施工。
以所述超细水泥熟料的重量份为基准，本发明提供的注浆材料添加剂优选还包括1～2份的柠檬酸铝，优选为1～1.5份，更优选为1份。本发明对所述柠檬酸铝的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的柠檬酸铝的来源即可。本发明的柠檬酸铝是聚丙烯酰胺的交联剂，聚丙烯酰胺在交联剂柠檬酸铝的作用下可交联形成不溶于水的凝胶，固结无机结石体，提高封堵或加固效果。
以所述超细水泥熟料的重量份为基准，本发明提供的注浆材料添加剂优选还包括2～5份的铝酸钠，优选为3～5份，更优选为5份。本发明对所述铝酸钠的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的铝酸钠的来源即可，具体的如市售铝酸钠。本发明的铝酸钠是注浆材料中普通硅酸盐水泥的速凝剂，同时可为β半水石膏提供足够的铝离子形成硫铝酸钙结石体。
以所述超细水泥熟料的重量份为基准，本发明提供的注浆材料添加剂优选还包括6～8份的聚丙烯酸钠，优选为7～8份，更优选为8份。在本发明中，所述聚丙烯酸钠的分子量优选为10000以上，进一步优选为15000以上，更优选为20000～30000。本发明对所述聚丙烯酸钠的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的聚丙烯酸钠的来源即可，具体的如市售聚丙烯酸钠。本发明的聚丙烯酸钠，能吸收自身体积数倍的水而不析出，在其他组份的协同作用下可增加浆液的粘稠性，与无机材料通过化学键结合形成有机无机互穿网络结构，变成有强度的韧性结石体。
本发明对所述注浆材料添加剂的制备方法没有任何特殊的要求，采用本领域技术人员所熟知的组合物的制备方式即可；在本发明的实施例中，可直接将各原料组分混合均匀。
本发明还提供了一种上述技术方案所述注浆材料添加剂在地基防渗加固或基础防渗加固中的应用。在本发明中，所述应用优选包含：将所述注浆材料添加剂直接添加到注浆材料中，得到注浆混料；通过灌浆设备将所述注浆混料注入到需做防渗或加固处理区域后静置。在本发明中，所述注浆材料优选包含普通硅酸盐水泥浆或泥浆；本发明对所述普通硅酸盐水泥浆和泥浆的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的普通硅酸盐水泥浆和泥浆即可。本发明对所述静置的时间没有特殊要求，能够实现完全凝固的效果即可；本发明在所述静置过程中，注浆材料添加剂促进注浆材料的凝固，实现对渗透区的加固封堵。
在本发明中，所述注浆材料添加剂，按重量份数计，包括以下组分：超细水泥熟料370～670份、碳酸锂0.25～0.55份、硼砂0.5～1份、聚丙烯酰胺5～15份、聚羧酸减水剂20～40份和羟乙基纤维素醚2～5份，进一步优选包括超细水泥熟料670份、碳酸锂0.55份、硼砂1份、聚丙烯酰胺10份、聚羧酸减水剂30份和羟乙基纤维素醚5份。在本发明中，所述超细水泥熟料的比表面积为700～900cm2/g。在本发明中，所述注浆材料添加剂中各组分与前述注浆材料添加剂技术方案中一致，在此不再赘述。
在本发明中，当注浆材料为普通硅酸盐水泥浆时，所述注浆材料添加剂的添加量优选为水泥浆质量的5～15％，进一步优选为10％；当注浆材料为泥浆时，所述注浆材料添加剂的添加量优选为泥浆质量的8～15％，进一步优选为10～15％，更优选为15％。
本发明另提供了一种上述技术方案所述注浆材料添加剂在地铁盾构流沙地质层或地铁盾构淤泥质地层的加固堵漏中的应用。在本发明中，所述应用优选包含：将所述注浆材料添加剂直接添加到注浆材料中，得到注浆混料；通过灌浆设备将所述注浆混料注入到目标区域后静置。在本发明中，所述注浆材料优选为普通硅酸盐水泥浆或泥浆；本发明对所述普通硅酸盐水泥浆和泥浆的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的普通硅酸盐水泥浆和泥浆即可。本发明对所述静置的时间没有特殊要求，能够实现完全凝固的效果即可；本发明在所述静置过程中，注浆材料添加剂促进注浆材料的凝固，实现对地质层的加固封堵。
在本发明中，所述注浆材料添加剂，按重量份数计，包括以下组分：超细水泥熟料370～670份、碳酸锂0.25～0.55份、硼砂0.5～1份、聚丙烯酰胺5～15份、聚羧酸减水剂20～40份、羟乙基纤维素醚2～5份、β半水石膏150～300份、柠檬酸铝1～2份和铝酸钠2～5份。在本发明中，所述超细水泥熟料的比表面积为700～900cm2/g。在本发明中，所述注浆材料添加剂中各组分与前述注浆材料添加剂技术方案中一致，在此不再赘述。
在本发明中，当注浆材料为普通硅酸盐水泥浆时，所述注浆材料添加剂的添加量优选为水泥浆质量的5～15％，进一步优选为10％；当注浆材料为泥浆时，所述注浆材料添加剂的添加量优选为泥浆质量的8～15％，进一步优选为10～15％，更优选为15％。
本发明还提供了一种上述技术方案所述注浆材料添加剂在基坑涌砂或基坑涌水堵漏中的应用。在本发明中，所述应用优选包含：将所述注浆材料添加剂直接添加到注浆材料中，得到注浆混料；通过灌浆设备将所述注浆混料注入到基坑涌砂或涌水区域后静置。在本发明中，所述注浆材料优选为普通硅酸盐水泥浆或泥浆；本发明对所述普通硅酸盐水泥浆和泥浆的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的普通硅酸盐水泥浆和泥浆即可。本发明对所述静置的时间没有特殊要求，能够实现完全凝固的效果即可；本发明在所述静置过程中，注浆材料添加剂促进注浆材料的凝固，实现对涌砂区或涌水区的加固封堵。
在本发明中，所述注浆材料添加剂，按重量份数计，包括以下组分：超细水泥熟料370～670份、碳酸锂0.25～0.55份、硼砂0.5～1份、聚丙烯酰胺5～15份、聚羧酸减水剂20～40份、羟乙基纤维素醚2～5份、β半水石膏150～300份、柠檬酸铝1～2份、铝酸钠2～5份和聚丙烯酸钠6～8份，进一步优选包括超细水泥熟料670份、碳酸锂0.55份、硼砂1份、聚丙烯酰胺10份、聚羧酸减水剂30份、羟乙基纤维素醚5份、β半水石膏300份、柠檬酸铝1份、铝酸钠5份和聚丙烯酸钠8份。在本发明中，所述超细水泥熟料的比表面积为700～900cm2/g。在本发明中，所述注浆材料添加剂中各组分与前述注浆材料添加剂技术方案中一致，在此不再赘述。
在本发明中，当注浆材料为普通硅酸盐水泥浆时，所述注浆材料添加剂的添加量优选为水泥浆质量的5～15％，进一步优选为10％；当注浆材料为泥浆时，所述注浆材料添加剂的添加量优选为泥浆质量的8～15％，进一步优选为10～15％，更优选为15％。
下面结合实施例对本发明提供的注浆材料添加剂及其应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
对自购硫铝酸盐水泥熟料进行超细磨加工，使表面积达到900cm2/g，得到超细硫铝酸盐水泥熟料；
按重量份数，将超细水泥熟料400份、碳酸锂0.25份、硼砂0.6份、分子量为800万的聚丙烯酰胺12份、聚羧酸减水剂25份、粘度40000mpa.s以下的羟乙基纤维素醚2份，依次加入锣杆搅拌器搅拌3min，即得注浆材料添加剂，备用。
将得到的注浆材料添加剂添加到普通硅酸盐水泥浆中进行性能测试，当注浆材料添加剂添加量为水泥浆的质量的5％时，初凝时间60分钟，固化时间25分钟；注浆材料添加剂的用量为水泥浆质量的10％时，初凝时间为45分钟，终凝时间20分钟；该添加剂为水泥浆质量的15％时，初凝时间35分钟，终凝时间15分钟。
实施例2
对自购硫铝酸盐水泥熟料进行超细磨加工，使表面积达到800cm2/g，得到超细硫铝酸盐水泥熟料；
按重量份数，将超细水泥熟料600份、碳酸锂0.55份、硼砂1份、分子量为2000万的聚丙烯酰胺10份、聚羧酸减水剂30份、粘度40000mpa.s以下的羟乙基纤维素醚5份；依次加入锣杆搅拌器搅拌3min，即得注浆材料添加剂，备用。
将得到的注浆材料添加剂添加到普通硅酸盐水泥浆中进行性能测试，当注浆材料添加剂为水泥浆质量的5％时，初凝时间60分钟，固化时间25分钟；该添加剂为水泥浆质量的10％时，初凝时间为45分钟，终凝时间20分钟；该添加剂为水泥浆质量的15％时，初凝时间35分钟，终凝时间15分钟。
实施例3
对自购硫铝酸盐水泥熟料进行超细磨加工，使表面积达到700cm2/g，得到超细硫铝酸盐水泥熟料；
按重量份数，将超细水泥熟料670份、碳酸锂0.3份、硼砂0.8份、分子量为1000万的聚丙烯酰胺5份、聚羧酸减水剂20份、粘度40000mpa.s以下的羟乙基纤维素醚3份、β半水石膏200份；柠檬酸铝1份；铝酸钠3份；依次加入锣杆搅拌器搅拌3min，即得注浆材料添加剂，备用。
将得到的注浆材料添加剂添加到普通硅酸盐水泥浆中进行性能测试，当注浆材料添加剂为水泥浆质量的5％时，初凝时间35分钟，固化时间20分钟；该添加剂为水泥浆质量的10％时，初凝时间为25分钟，终凝时间15分钟；该添加剂为水泥浆质量的15％时，初凝时间15分钟，终凝时间10分钟。
实施例4
对自购硫铝酸盐水泥熟料进行超细磨加工，使表面积达到900cm2/g，得到超细硫铝酸盐水泥熟料；
按重量份数，将超细水泥熟料500份、碳酸锂0.5份、硼砂0.5份、分子量为1500万的聚丙烯酰胺8份、聚羧酸减水剂35份、粘度40000mpa.s以下的羟乙基纤维素醚4份、β半水石膏150份、柠檬酸铝1.5份、铝酸钠2份、分子量10000以上的聚丙烯酸钠7份、依次加入锣杆搅拌器搅拌3min，即得注浆材料添加剂，备用。
将得到的注浆材料添加剂添加到普通硅酸盐水泥浆中进行性能测试，当注浆材料添加剂为水泥浆质量的5％时，初凝时间25分钟，固化时间2分钟；该添加剂为水泥浆质量的10％时，初凝时间为15分钟，终凝时间50秒；该添加剂为水泥浆质量的15％时，初凝时间8分，钟终凝时间35秒。
实施例5
对自购铁铝酸盐水泥熟料进行超细磨加工，使表面积达到800cm2/g，得到超细铁铝酸盐水泥熟料；
按重量份数，将超细水泥熟料670份；碳酸锂0.55份；硼砂1份；分子量为1300万的聚丙烯酰胺10份；聚羧酸减水剂30份；粘度40000mpa.s以下的羟乙基纤维素醚5份；β半水石膏300份；柠檬酸铝1份；铝酸钠5份；分子量10000以上的聚丙烯酸钠8份，依次加入锣杆搅拌器搅拌3min，即得注浆材料添加剂，备用。
将得到的注浆材料添加剂添加到普通硅酸盐水泥浆中进行性能测试，当注浆材料添加剂为水泥浆质量的5％时，初凝时间25分钟，固化时间2分钟；该添加剂为水泥浆质量的10％时，初凝时间为15分钟，终凝时间50秒；该添加剂为水泥浆质量的15％时，初凝时间8分，钟终凝时间35秒。
永龙高速大坝隧道每分钟涌水达100立方以上，将备用注浆材料添加剂按10％添加到普通硅酸盐水泥中，通过灌浆设备注入涌水区域，三小时可完全止漏。
由以上实施例可知，本发明提供了一种注浆材料添加剂，按重量份数计，包括以下组分：超细水泥熟料370～670份；碳酸锂0.25～0.55份；硼砂0.5～1份；聚丙烯酰胺5～15份；聚羧酸减水剂20～40份；羟乙基纤维素醚2～5份；所述超细水泥熟料的比表面积为700～900cm2/g。将本发明提供的注浆材料添加剂添加到浆液中，初凝时间可达15分钟，终凝时间50秒，可实现快速堵漏且固化后具有很好的封堵和加固功能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。