本发明属于注浆技术领域，涉及低温环境下的边坡、滑坡治理工程及冻结井筒解冻过程中井壁堵漏工程注浆技术，尤其涉及一种耐低温早强速凝浆液及其制备方法。
背景技术：
目前，在青海、内蒙、新疆、陕北等地区的边坡、滑坡锚杆锚索锚固、煤矿井筒过冻土层段变形破坏加固防渗、冻结井筒过厚饱和砂层解冻注浆堵水等工程施工过程中，大多采用水泥浆液注浆进行锚固段锚固、井筒加固、防渗堵水，施工过程中会遇到低温地区的注浆浆液凝结时间较长、浆液凝固后强度增长缓慢、效果较差等问题，给常规的水泥浆液注浆技术带来了新的难题。
随着注浆治理效果的明显提升，且由于水泥浆液的材料来源广泛、稳定，布置灵活便利，适应性强，可以有效锚固锚杆锚索、加固井筒、防渗堵漏，其在滑坡锚固治理、井筒加固、防渗堵水工程中得到广泛的应用和发展。但是，目前常用的水泥浆液也存在一些缺点：
(1)双浆液主要为水泥、粉煤灰和水组成的浆液与水玻璃混合而成，其在注浆是存在凝结时间短，施工时需同时管理双液，注浆管路易堵，工艺复杂，早期强度较高，后期强度较低，适应性较差等缺陷；
(2)单液浆主要为水泥、粉煤灰和水组成，其具有易离析，分散性差，凝结时间较长，早期强度低的缺点；
(3)尤其在0～5℃的低温环境下，水泥浆液的凝结时间大大延长，早期强度极低，后期强度增长缓慢，治理效果较差，施工质量及滑坡、井筒的安全更是难以保证。
由于常规的水泥浆液具有易离析、凝结时间长、早期强度低、凝结时间及强度不可控、安全风险大等缺陷，探究一种耐低温早强速凝浆液，在滑坡锚固段锚固、井筒过冻土区变形加固、厚松散含水层冻结法施工后解冻堵水工程中具有广阔的市场前景。因为能够在在0～5℃的低温环境下具有优异性能的浆液可适合于冻融区土质滑坡、岩质滑坡锚固段锚固，井筒过冻土区变形加固，厚松散含水层冻结法施工后解冻堵水，特别适合于低温区铁路、公路隧道注浆堵水或煤矿井筒突水的应急抢险工程。
鉴于上述缺陷，研究出一种耐低温早强速凝浆液及其制备方法就具有重要的意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于，针对我国西北低温(例如，0～5℃)冻融区的土质滑坡注浆加固、岩质滑坡锚固段锚固、井筒过冻土区变形加固、厚松散含水层冻结法施工后解冻堵水等注浆浆液容易出现凝结时间长、早期强度低、易离析及强度不可控的问题，提供一种耐低温早强速凝浆液及其制备方法，能够改善浆液的流动性和稳定性，与此同时使得浆液在0～5℃低温环境下凝结时间缩短、早期强度提高、施工效果好。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
在一个方面，提供一种耐低温早强速凝浆液，包括a料和b料；
所述a料包括如下各组分：
所述a料和b料的各组分用量均为重量份，且以水泥的重量份数作为基准计；
其中，所述耐低温早强速凝浆液的耐低温温度为0～5℃(例如，1℃、2℃、4℃)。
例如，该浆液包括a料和b料；
所述a料包括如下各组分：
水泥80份，
粉煤灰10-20份(例如，12份、15份、18份)；
所述b料包括如下各组分：
所述a料和b料的各组分用量均为重量份，且以水泥的重量份数作为基准计。
例如，该浆液包括a料和b料；
所述a料包括如下各组分：
水泥90份，
粉煤灰10-20份(例如，12份、15份、18份)；
所述b料包括如下各组分：
所述a料和b料的各组分用量均为重量份，且以水泥的重量份数作为基准计。
例如，该浆液包括a料和b料；
所述a料包括如下各组分：
水泥100份，
粉煤灰10-20份(例如，12份、15份、18份)；
所述b料包括如下各组分：
所述a料和b料的各组分用量均为重量份，且以水泥的重量份数作为基准计。
根据本发明提供的耐低温早强速凝浆液，在一些实施方式中，该浆液包括a料和b料；
所述a料由如下各组分组成：
水泥80-100份(例如，85份、92份、95份、98份)，
粉煤灰10-20份(例如，12份、15份、18份)；
所述b料包括如下各组分：
所述a料和b料的各组分用量均为重量份，且以水泥的重量份数作为基准计；
其中，所述耐低温早强速凝浆液的耐低温温度为0～5℃。
例如，该浆液包括a料和b料；
所述a料由如下各组分组成：
水泥90份，
粉煤灰10-20份(例如，12份、15份、18份)；
所述b料包括如下各组分：
所述a料和b料的各组分用量均为重量份，且以水泥的重量份数作为基准计。
例如，该浆液包括a料和b料；
所述a料由如下各组分组成：
水泥100份，
粉煤灰10-20份(例如，12份、15份、18份)；
所述b料包括如下各组分：
所述a料和b料的各组分用量均为重量份，且以水泥的重量份数作为基准计。
在一些实施方式中，该浆液由a料和b料组成；
所述a料由如下各组分组成：
水泥80-100份(例如，85份、92份、95份、98份)，
粉煤灰10-20份(例如，12份、15份、18份)；
所述b料包括如下各组分：
所述a料和b料的各组分用量均为重量份，且以水泥的重量份数作为基准计；
其中，所述耐低温早强速凝浆液的耐低温温度为0～5℃。
例如，该浆液由a料和b料组成；
所述a料由如下各组分组成：
水泥90份，
粉煤灰10-20份(例如，12份、15份、18份)；
所述b料包括如下各组分：
所述a料和b料的各组分用量均为重量份，且以水泥的重量份数作为基准计。
例如，该浆液由a料和b料组成；
所述a料由如下各组分组成：
水泥100份，
粉煤灰10-20份(例如，12份、15份、18份)；
所述b料包括如下各组分：
所述a料和b料的各组分用量均为重量份，且以水泥的重量份数作为基准计。
在一些实施方式中，该浆液由a料和b料组成；
所述a料由如下各组分组成：
水泥80-100份(例如，85份、92份、95份、98份)，
粉煤灰10-20份(例如，12份、15份、18份)；
所述b料由如下各组分组成：
所述a料和b料的各组分用量均为重量份，且以水泥的重量份数作为基准计；
其中，所述耐低温早强速凝浆液的耐低温温度为0～5℃。
例如，该浆液由a料和b料组成；
所述a料由如下各组分组成：
水泥90份，
粉煤灰10-20份(例如，12份、15份、18份)；
所述b料由如下各组分组成：
所述a料和b料的各组分用量均为重量份，且以水泥的重量份数作为基准计。
例如，该浆液由a料和b料组成；
所述a料由如下各组分组成：
水泥100份，
粉煤灰10-20份(例如，12份、15份、18份)；
所述b料由如下各组分组成：
所述a料和b料的各组分用量均为重量份，且以水泥的重量份数作为基准计。
根据本发明提供的耐低温早强速凝浆液，在一些示例中，所述水泥为po42.5的普通硅酸盐水泥；即，42.5强度等级的普通硅酸盐水泥。
在一些示例中，所述粉煤灰为ⅱ级及以上的电厂干灰；例如，ⅱ级电厂干灰、i级电厂干灰或其组合。
在一些示例中，所述膨润土矿物成分中含有85％-98％的蒙脱石；杂一些优选实施方式中，所述膨润土矿物成分的粒度为200目。
在一些示例中，所述甲酸钙为分析纯99％及以上(例如，99.2％、99.5％、99.8％)的c2h2o4ca。
在一些示例中，所述氯化钠为分析纯99％及以上(例如，99.2％、99.5％、99.8％)的nacl。
在一些示例中，所述碳酸锂为分析纯99％及以上(例如，99.2％、99.5％、99.8％)的li2co3。
本发明中，可通过加入膨润土矿物成分，能够使所得浆液具有较好的流动性和稳定性。可通过加入的甲酸钙、氯化钠和碳酸锂，能够改善所得凝浆液的早期强度和耐低温作用。
在另一个方面，提供一种如上所述的耐低温早强速凝浆液的制备方法，包括如下步骤：
1)按用量份数将膨润土矿物成分、甲酸钙、氯化钠、碳酸锂和水接触进行混合并搅拌均匀，得到混合物i(例如，所述b料)；
2)按用量份数将水泥、粉煤灰与步骤1)所得的混合物i接触进行混合，并均匀搅拌90-120s，即得到耐低温早强速凝浆液。
一些示例中，步骤2)将水泥、粉煤灰与步骤1)所得的混合物i接触进行混合的操作，例如，可以将水泥、粉煤灰加入步骤1)所得混合物i中，边加边搅拌，30s内加完。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果在于以下几个方面：
1、所得浆液具有较好的流动性和稳定性。一些实施方式中，所得浆液具有较高流动性(例如，其粘度可达到1.5-2.0pa·s)，结实率高(例如，可为80％-90％)，这使得浆液在注浆过程中能够有效地锚固锚杆锚索、加固边坡、防渗堵漏。
2、0-5℃低温环境下，所得浆液的初凝时间和终凝时间均缩短；一些实施方式中，所得浆液的初凝时间较短(例如，初凝时间为12-14h)，可缩短约50％；所得浆液的终凝时间也较短(例如，终凝时间为16-18h)，缩短了约50％；与此同时，所得浆液还能够满足锚杆锚索锚固段及井筒加固、防渗堵漏的要求。
3、一些实施方式中，所得浆液的早期强度高(例如，7d强度可达13-18mpa，14d强度可达18-28mpa，28d强度可达26-35mpa)。
4、本发明在制备浆液的过程中，所需原料分布广泛，来源丰富，价格便宜，工艺简便且易于实现。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。
<原料信息>
水泥，购自葛洲坝石门特种水泥有限公司生产的po42.5水泥；
粉煤灰，购自中联电厂所产的ii级干灰；
膨润土矿物成分，购自四川和鑫润达矿业有限公司的钠基膨润土，其粒度为200目，其中的蒙脱石含量为98％；
甲酸钙，购自淄博瑞宝化工有限公司的分析纯99.8％的甲酸钙(c2h2o4ca)；
氯化钠，购自购自天津市鼎盛鑫化工有限公司的分析纯99.5％的氯化钠(nacl)；
碳酸锂，购自新疆昊鑫锂盐开发有限公司的分析纯99.5％的碳酸锂(li2co3)。
<测试方法>
浆液的粘度测试：采用美国博勒飞(brookfield)公司的rst-cc桨式流变仪。通过rheo3000软件设置：采用稳态剪切，设计剪切速率由0s-1线性增加至40s-1再线形减小至0s-1，测试时间为120s，实时监测并输出粘度随剪切速率变化关系。
浆液的结实率测试：将新配置的待测浆液注入100ml量筒中静置，记录初凝后浆体析水体积，浆液结石体积与浆液总体积的百分比即为结实率。
0-5℃低温环境下的初凝时间测试：按照gbt1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》中水泥初凝时间试验方法进行测试；
0-5℃低温环境下的终凝时间测试：按照gbt1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》中水泥终凝时间试验方法进行测试；
0-5℃低温环境下的抗压强度测试：按照jgj/t70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法》中立方体抗压强度试验方法进行测试。
实施例1
浆液的配方(各组分的用量份数为重量份)：
以水泥80份为基准计，粉煤灰10份、膨润土矿物成分5份、甲酸钙2份、氯化钠4份、碳酸锂0.05份以及水120份。
浆液的制备方法，包括如下步骤：
1)按照如上所给配方中的重量份数，将水、膨润土矿物成分、氯化钠、甲酸钙、碳酸锂置于浆液搅拌机中混合并均匀搅拌50s，得到混合物i(即，b料)；
2)按照如上所给配方中的重量份数，将水泥、粉煤灰分别加入步骤1)得到的混合物i中，边加边搅拌，30s内加完，并均匀搅拌90-120s，即得到浆液。
经测试，制得的浆液的粘度为1.5pa·s，结实率为80％，在3℃低温环境下的初凝时间为14h，在3℃低温环境下的终凝时间为18h，在3℃低温环境下的7d抗压强度为13mpa、14d抗压强度为18mpa、28d抗压强度为26mpa。
实施例2
浆液的配方(各组分的用量份数为重量份)为：
以水泥90份为基准计，粉煤灰10份、膨润土矿物成分7份、甲酸钙3份、氯化钠4份、碳酸锂0.06份以及水100份。
浆液的制备方法，包括如下步骤：
1)按照如上所给配方中的重量份数，将水、膨润土矿物成分、氯化钠、甲酸钙、碳酸锂置于浆液搅拌机中混合并均匀搅拌50s，得到混合物i(即，b料)；
2)按照如上所给配方中的重量份数，将水泥、粉煤灰分别加入步骤1)得到的混合物i中，边加边搅拌，30s内加完，并均匀搅拌90-120s，即得到浆液。
经测试，制得的浆液的粘度为1.8pa·s，结实率为85％，在3℃低温环境下的初凝时间为13h，在3℃低温环境下的终凝时间为17h，在3℃低温环境下的7d抗压强度为16mpa、14d抗压强度为22mpa、28d抗压强度为31mpa。
实施例3
浆液的配方(各组分的用量份数为重量份)为：
以水泥100份为基准计，粉煤灰20份、膨润土矿物成分10份、甲酸钙3份、氯化钠6份、碳酸锂0.08份以及水80份。
浆液的制备方法，包括如下步骤：
1)按照如上所给配方中的重量份数，将水、膨润土矿物成分、氯化钠、甲酸钙、碳酸锂置于浆液搅拌机中混合并均匀搅拌50s，得到混合物i(即，b料)；
2)按照如上所给配方中的重量份数，将水泥、粉煤灰分别加入步骤1)得到的混合物i中，边加边搅拌，30s内加完，并均匀搅拌90-120s，即得到浆液。
经测试，制得的浆液的粘度为2.0pa·s，结实率为90％，在3℃低温环境下的初凝时间为12h，在3℃低温环境下的终凝时间为16h，在3℃低温环境下的7d抗压强度为18mpa、14d抗压强度为28mpa、28d抗压强度为35mpa。
对比例1
浆液的配方(各组分的用量份数为重量份)为：
以水泥90份为基准计，粉煤灰10份、甲酸钙3份、氯化钠4份、碳酸锂0.06份以及水100份。
浆液的制备方法，包括如下步骤：
1)按照如上所给配方中的重量份数，将水、氯化钠、甲酸钙、碳酸锂置于浆液搅拌机中混合并均匀搅拌50s，得到混合物i；
2)按照如上所给配方中的重量份数，将水泥、粉煤灰分别加入步骤1)得到的混合物i中，边加边搅拌，30s内加完，并均匀搅拌90-120s，即得到浆液。
经测试，制得的浆液的粘度为1.3pa·s，结实率为78％，在3℃低温环境下的初凝时间为12.5h，在3℃低温环境下的终凝时间为16.5h，在3℃低温环境下的7d抗压强度为17mpa、14d抗压强度为22.5mpa、28d抗压强度为31mpa。
对比例2
凝浆液的配方(各组分的用量份数为重量份)为：
以水泥90份为基准计，粉煤灰10份、膨润土矿物成分7份、氯化钠4份、碳酸锂0.06份以及水100份。
凝浆液的制备方法，包括如下步骤：
1)按照如上所给配方中的重量份数，将水、膨润土矿物成分、氯化钠、碳酸锂置于浆液搅拌机中混合并均匀搅拌50s，得到混合物i；
2)按照如上所给配方中的重量份数，将水泥、粉煤灰分别加入步骤1)得到的混合物i中，边加边搅拌，30s内加完，并均匀搅拌90-120s，即得到凝浆液。
经测试，制得的浆液的粘度为1.8pa·s，结实率为84％，在3℃低温环境下的初凝时间为16h，在3℃低温环境下的终凝时间为24h，在3℃低温环境下的7d抗压强度为12mpa、14d抗压强度为17mpa、28d抗压强度为27mpa。
对比例3
浆液的配方(各组分的用量份数为重量份)为：
以水泥90份为基准计，粉煤灰10份、膨润土矿物成分7份、甲酸钙2份、碳酸锂0.06份以及水100份。
浆液的制备方法，包括如下步骤：
1)按照如上所给配方中的重量份数，将水、膨润土矿物成分、甲酸钙、碳酸锂置于浆液搅拌机中混合并均匀搅拌50s，得到混合物i；
2)按照如上所给配方中的重量份数，将水泥、粉煤灰分别加入步骤1)得到的混合物i中，边加边搅拌，30s内加完，并均匀搅拌90-120s，即得到浆液。
经测试，制得的浆液的粘度为1.8pa·s，结实率为83％，在3℃低温环境下的初凝时间为15.5h，在3℃低温环境下的终凝时间为23h，在3℃低温环境下的7d抗压强度为12mpa、14d抗压强度为16mpa、28d抗压强度为24mpa。
各实施例所得浆液可泵性高、流动性好、凝结时间较短、初期强度高、结实率高。使用本发明制得的浆液对低温环境(例如，0-5℃)下的边坡滑坡锚杆锚索锚固、井筒过冻土层变形加固、冻结段解冻堵水等具有较好效果。
另外，本发明所得浆液的实用性能佳、效果显著，可替代传统注浆浆液在低温环境下边坡滑坡锚固段、井筒变形破坏加固、冻结段解冻防渗堵水施工中的应用。
而对比例1中未加入膨润土矿物成分，在其余组分及其用量与实施例2相同的情况下，所得浆液的粘度和结实率均下降；在不改变其他参数的情况下，膨润土的添加可以提高结实率，同时还可以提高抗渗性能，对于注浆工程来说，改善效果比较明显。与实施例2相比，配方中未加入能够改善所得凝浆液的早期强度和耐低温作用的甲酸钙、氯化钠和/或碳酸锂，所得浆液的早期强度和耐低温作用也会变差，如对比例2-3的实验结果，这对于注浆浆液在低温环境下的应用不利。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离本发明主旨的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。