CN102503324A - 一种锚固注浆材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锚固注浆材料及其制备方法与应用。该锚固注浆材料的原料配方包含以下重量份数比的组分：特种熟料40-50份，高强骨料40-50份，石膏6-8份，硅灰2-4份，减水剂0.2-0.7份，速凝剂0.02-0.08份，缓凝剂0.02-0.06份，保水剂0.01-0.03份。检测结果表明，在-20℃-0℃的低温状态，该材料的初始流速小于20秒，20分钟后流速小于30秒，3小时抗压强度大于20MPa，且3天抗压强度大于50MPa，7天限制膨胀率大于0.01％，具有微膨胀性，并且粘度低，渗透性好，对土层也有较好的加固作用，可用于低温环境下(冬季)地铁、隧道等地下支护工程中锚索或锚杆的锚固，应用前景广阔。

Description

一种锚固注浆材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于建筑材料领域中的锚固注浆材料，特别是涉及一种在冬季低温环境下用于快速对锚索、锚杆进行锚固的锚固注浆材料及其制备方法与应用。

背景技术

在地铁、隧道等地下工程的支护施工过程中，一般采用灌注水泥砂浆的方法对锚索、锚杆进行锚固。但是，普通水泥砂浆(例如按重量组配PO42.5水泥50份，细砂50份，萘系减水剂1份)在大流动度下，即使在正常的环境温度下凝结时间也较慢，早期强度低，张拉锁定的等待时间较长。在北方，特别是在冬季，环境温度低，低温持续时间长。在低温下，普通水泥砂浆会出现长时间不凝固，甚至冻坏的问题。因此，在冬季，普通水泥砂浆无法满足支护工程的锚索、锚杆的锚固注浆要求。所以，在冬季低温环境下，需要一种抗冻性好，其它性能也能满足要求的抗冻、早强型的特种锚固注浆材料。

发明内容

本发明提供了一种抗冻性好，其它性能也能满足要求的抗冻、早强型的锚固注浆材料。

为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：一种锚固注浆材料，其原料配方包含以下重量份数比的组分：特种熟料40-50份，高强骨料40-50份，石膏6-8份，硅灰2-4份，减水剂0.2-0.7份，速凝剂0.02-0.08份，缓凝剂0.02-0.06份，和保水剂0.01-0.03份。

所述特种熟料优选为化学成份中Al₂O₃含量34％(重量百分比含量)以上，比表面积350-400m²/Kg的硫铝酸盐水泥熟料粉。

所述骨料优选为机制石英粉，石英粉各组分的粒径及重量份数比为：0.04mm-0.08mm粒径的石英粉20-30份，0.08mm-0.12mm粒径的石英粉50-60份，0.12mm-0.2mm粒径的石英粉10-20份。

所述石膏为灼烧基中SO₃含量大于45％(重量百分比含量)的天然硬石膏或天然混合石膏。

所述硅灰优选为SiO₂含量大于85％(重量百分比含量)、28天活性指数大于85％的微硅粉。

所述减水剂优选为磺化三聚氰胺甲醛树脂类减水剂和/或含气量小于3％的聚羧酸减水剂。两种减水剂可单独使用，也可按各种比例复配使用。

所述速凝剂优选为锂盐，如碳酸锂、氯化锂等。

所述缓凝剂优选为硼酸或柠檬酸。

所述保水剂优选为纤维素类的甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素或木质纤维素。

本发明的第二个目的是提供一种上述锚固注浆材料的制备方法。

本发明所提供的制备方法，包括以下步骤：

1)按上述原料配方称取原料；

2)先将石膏、硅灰、减水剂、速凝剂和缓凝剂用混料机混合均匀，再投入其余物料，用搅拌机搅拌均匀，得到锚固注浆材料。

在上述锚固注浆材料的制备方法中，所述步骤2)中的搅拌时间优选为15-25分钟。

为获得更好的锚固效果，所述步骤2)中还可以将0.01-0.03份的保水剂同石膏、硅灰、减水剂、速凝剂和缓凝剂混合均匀。

本发明锚固注浆材料的使用方法为：先将锚固注浆材料按照重量百分比加入14％-16％的水，再用砂浆搅拌机搅拌3-5分钟。搅拌好的注浆料具有非常好的流动性，能够通过压浆机注入锚索、锚杆孔内进行锚固。

本发明提供了一种锚固注浆材料及其制备方法。检测结果表明，在-20℃-0℃的低温状态，该材料的初始流速小于20秒，20分钟后流速小于30秒，3小时抗压强度大于20MPa，3天抗压强度大于50MPa，7天限制膨胀率大于0.01％，具有微膨胀性，并且粘度低，渗透性好，对土层也有较好的加固作用，可用于低温环境下(冬季)地铁、隧道等地下支护工程中锚索或锚杆的锚固，并具有以下优点：

(1)在零度以下可以进行锚固注浆；

(2)在零度以下下也能将张拉锁定时间提前到注浆后4个小时内；

(3)能够提高锚索、锚杆周边土层的强度；

(4)具有体积微膨胀性能，能够确保锚索、锚杆与土层紧密结合。

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。

具体实施方式

为克服现有锚固注浆材料的缺点，解决目前市场上锚固注浆材料抗冻性差的难题，本发明提供了一种在满足基本性能前提下抗冻性好、早强型的锚固注浆材料。

本发明提供的锚固注浆材料，其原料配方包含以下重量份数比的组分：特种熟料40-50份，高强骨料40-50份，石膏6-8份，硅灰2-4份，减水剂0.2-0.7份，速凝剂0.02-0.08份，缓凝剂0.02-0.06份和保水剂0.01-0.03份。其中：

本发明组配中所用特种熟料优选为化学成份中Al₂O₃含量34％(重量百分比含量)以上，比表面积350-400m²/Kg的硫铝酸盐水泥熟料粉，在本发明中作为胶凝材料以协同其它组分使锚固注浆材料具有很好的早强性能和抗冻性能。

本发明组配中所用骨料优选为机制石英粉，由不同粒径的石英粉级配使用，在锚固注浆材料中总用量为40-50份，各粒径石英粉相互重量配比最好为：0.04mm-0.08mm(大于等于0.04mm小于0.08mm)粒径的石英粉20-30份，0.08mm-0.12mm(大于等于0.08mm小于0.12mm)粒径的石英粉50-60份，0.12mm-0.2mm(大于等于0.12mm小于0.2mm)粒径的石英粉10-20份。对应在锚固注浆材料中重量份可为0.04mm-0.08mm粒径的石英粉10-20份，0.08mm-0.12mm粒径的石英粉16-20份，0.12mm-0.2mm粒径的石英粉10-14份，且三种粒径石英粉的总用量在40-50份范围内。本发明中选用不同粒级的石英粉作为骨料，使其具有最优流动性能和渗透性能。

在本发明中，选用的石膏为灼烧基中SO₃含量大于45％(重量百分比含量)的天然硬石膏或天然混合石膏。作用是与硫铝酸盐水泥熟料反应能够形成具有微膨胀性能的水化矿物。

本发明组配中所用硅灰优选为SiO₂含量大于85％(重量百分比含量)、28天活性指数大于85％的硅灰。作用是防止锚固浆液离析、泌水，并能够增加水化产物中凝胶体的含量，弥补硫铝酸盐水泥熟料水化产物中凝胶体不足的缺陷。

本发明组配中所用减水剂优选为磺化三聚氰胺甲醛树脂类减水剂和/或含气量小于3％的聚羧酸减水剂。两种减水剂可单独使用，也可按各种比例复配使用。作用是减水率大，且含气量小，避免高流动性的锚固浆液表面出现浮浆。

本发明组配中所用速凝剂优选为锂盐，如氯化锂、碳酸锂等。作用是加快锚固浆液的水化速度，提早凝结硬化时间。

本发明组配中所用缓凝剂优选为硼酸或柠檬酸。作用是使锚固浆液在一定的时间内不发生凝结硬化，从而具有充足的注浆施工时间。

本发明组配中所用保水剂优选为纤维素类的甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素或木质纤维素。作用是有效防止锚固浆液不发生离析、泌水现象。

以上所有原料均为市购商品。

本发明还提供了一种上述锚固注浆材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按上述原料配方称取原料；

2)先将保水剂、石膏、硅灰、减水剂、速凝剂和缓凝剂用混料机混合均匀，再投入其余物料，用搅拌机搅拌均匀，得到锚固注浆材料。

先将保水剂、石膏、硅灰、减水剂、速凝剂和缓凝剂混合的目的是防止少量组分直接加入大量组分中会出现混合不均匀的现象，减少少量组分粘附在生产设备内壁而造成损失的可能性。

所述步骤2)中的搅拌时间优选为15-25分钟，时间过长会造成比重不同的组分发生分层的现象，时间过短会造成混料不均匀。

本发明锚固注浆材料的使用方法为：先将锚固注浆材料按照重量百分比加入14％-16％的水，再用砂浆搅拌机搅拌3-5分钟。搅拌好的注浆料具有非常好的流动性，能够通过压浆机注入锚索、锚杆孔内进行锚固。

实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

实施例1-10锚固注浆材料的制备

本发明锚固注浆材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按表1所示的原料配方称取原料；

2)先将石膏、硅灰、减水剂、速凝剂、缓凝剂和保水剂用小型混料机混合均匀，再投入其余物料，用无重力搅拌机搅拌15-25分钟，得到锚固注浆材料。实施例1-10制备方法中的主要参数见表1。

表1实施例1-1O锚固注浆材料的配方及制备方法的主要参数(配方单位：重量份)

重量份的计量单位可为千克或其倍级数值。

锚固注浆材料的锚固效果检测

对实施例所列锚固注浆材料进行锚固效果检测，其中：流动度参照TB/T3192-2008进行(在标准实验室温度20℃下检测)；抗压强度参照GB/T17671进行，试块养护时分别放置在相应温度的冻融试验机或标准养护箱中养护(实施例1、4、7在0℃；实施例2、5、8在-10℃；实施例3、6、9、10在-20℃)3h测定，再于20℃放置3d测定；限制膨胀率按照GB23439-2009进行(在标准实验室温度20℃下检测)。对锚固注浆材料的性能检测结果见表2。

表2实施例1-10锚固注浆材料的性能

从对实施例1-10锚固注浆材料的性能检测结果可以看出：

1)虽然不同实施例适用于不同的环境温度，例如实施例1、4、7适合0℃；实施例2、5、8适合-10℃左右温度使用；实施例3、6、9、10适合-20℃左右温度使用，但表1列所有锚固注浆材料在适用的使用温度下3小时均能够达到20MPa以上，说明其能够用于低温环境。

2)锚固注浆材料的强度性能取决硫铝酸盐水泥熟料的A1₂O₃含量和掺量，掺入锚固注浆材料中的A1₂O₃量越大，3d抗压强度越高，均达到60MPa(参见实施例3、6、9和10，相当A1₂O₃掺量为50×34％＝17％)。

3)锚固注浆材料中石膏的掺量取决于Al₂O₃掺量，当Al₂O₃与SO₃的比值在4.7±0.1时，锚固注浆材料具有较优的强度性能且具有一定的微膨胀性。实施例1、4、7中Al₂O₃与SO₃的比值为4.78，实施例2、5、8中Al₂O₃与SO₃的比值为4.72，实施例3、6、9、10中Al₂O₃与SO₃的比值为4.72，均在4.7±0.1范围内。

4)采用两种减水剂复配使用的流动性能比采用单一磺化三聚氰胺甲醛树脂类减水剂或含气量小于3％的聚羧酸减水剂的好。减水剂效果的好坏对比的前提是配方中除石英砂外的胶凝材料量相同，减水剂掺量也相同，流动时间短，则减水剂效果好。实施例7应和1、4对比，实施例8应和2、5对比，实施例9、10应和3、6对比。表2数据显示，实施例7-10，其流动时间比实施例1-3和实施例4-6中其相应的要短。

5)在低温环境下(-20℃～0℃)，要达到相同的强度要求时，速凝剂和缓凝剂必须同时使用，并且温度越低，速凝剂掺量越大，缓凝剂掺量越少。实施例1-3，实施例4-6，实施例7-9分别都是这个趋势。例如实施例1适用于使用温度0℃，速凝剂掺量为0.02，缓凝剂掺量为0.06；而实施例2适用于使用温度-10℃，相对实施例1速凝剂增加了0.02，而缓凝剂降低了0.02；实施例3适用于使用温度-20℃，相对实施例1速凝剂增加了0.05，缓凝剂降低了0.04。

6)当硫铝酸盐水泥熟料掺量越少时，要达到相同的保水性能时(不出现严重分层，20分钟流动度保留值满足要求)，硅灰和保水剂掺量越大。实施例1-3，实施例4-6，实施例7-9分别都是这个趋势例如实施例1中硫铝酸盐水泥熟料为40份，硅灰为4份，保水剂为0.3份，当实施例2中硫铝酸盐水泥熟料为增加到50份时，硅灰则降为3份，保水剂降为0.2份。

Claims (10)

1.一种锚固注浆材料，其原料配方包含以下重量份数比的组分：特种熟料40-50份，高强骨料40-50份，石膏6-8份，硅灰2-4份，减水剂0.2-0.7份，速凝剂0.02-0.08份，缓凝剂0.02-0.06份，保水剂0.01-0.03份。

2.根据权利要求1所述的锚固注浆材料，其特征在于：所述特种熟料为化学成份中Al₂O₃含量34％(重量百分比)以上，比表面积350-400m²/Kg的硫铝酸盐水泥熟料粉。

3.根据权利要求1或2所述的锚固注浆材料，其特征在于：所述骨料为机制石英粉，由不同粒径的石英粉级配组成，骨料中各粒径石英粉的重量份数比为：0.04mm-0.08mm粒径的石英粉20-30份，0.08mm-0.12mm粒径的石英粉50-60份，0.12mm-0.2mm粒径的石英粉10-20份；对应在锚固注浆材料中重量份为0.04mm-0.08mm粒径的石英粉10-20份，0.08mm-0.12mm粒径的石英粉16-20份，0.12mm-0.2mm粒径的石英粉10-14份。

4.根据权利要求1或2或3或4所述的锚固注浆材料，其特征在于：所述石膏为灼烧基中SO₃含量大于45％(重量百分比)的天然硬石膏或天然混合石膏。

5.根据权利要求1至4任一所述的锚固注浆材料，其特征在于：所述硅灰为SiO2含量大于85％(重量百分比)、28天活性指数大于85％的微硅粉。

6.根据权利要求1至5任一所述的锚固注浆材料，其特征在于：所述减水剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂类减水剂和/或含气量小于3％的聚羧酸减水剂；所述速凝剂为锂盐，如碳酸锂、氯化锂等；所述缓凝剂为硼酸或柠檬酸；所述保水剂为纤维素类的甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素或木质纤维素。

7.一种制备权利要求1-6任一项所述锚固注浆材料的方法，包括以下步骤：

1)按原料配方称取原料；

2)先将石膏、硅灰、减水剂、速凝剂、缓凝剂和保水剂用混料机混合均匀，再投入其余物料，用搅拌机搅拌均匀，得到锚固注浆材料。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中的搅拌时间为15-25分钟。

9.权利要求1-6任一项所述的锚固注浆材料在锚固锚索、锚杆中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述锚固方法为：先将锚固注浆材料按照重量百分比加入14％-16％的水，再用砂浆搅拌机搅拌3-5分钟后，通过压浆机注入锚索、锚杆孔内进行锚固。