CN103496923A - 一种速凝早强抗水分散注浆材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种速凝早强抗水分散注浆材料及其制备方法。该材料由硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、减水剂、水下抗分散剂、速凝早强剂和水制备而成；按重量份数计硫铝酸盐水泥：粉煤灰：硅灰为17:2:1；减水剂用量为硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰的总质量的0.5-0.6%；水下抗分散剂用量为硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰的总质量的0.3～0.35%；速凝早强剂用量为硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰的总质量的0.05%～0.2%；水的用量为硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰的总质量的50～55%。合适的流动性和初凝时间，终凝后强度增长迅速，早期强度高，后期强度不倒缩，耐久性好。

Description

一种速凝早强抗水分散注浆材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种速凝早强抗水分散注浆材料及其制备方法。

背景技术

岩溶是水对可溶性岩石（如碳酸盐类岩石）进行以化学溶蚀作用为主，流水的冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用，我国的岩溶地区分布广、面积大，可达344.4万平方公里。随着我国交通建设的发展，大面积的岩溶地区对隧道建设的影响逐渐凸显出来，综合国内外在岩溶区修建的大量隧道工程的实践表明，岩溶区的地质灾害主要分为空水类、空腔类和塌方类，其中尤其以突水类所造成的危害最大。突水类又包括突水、突泥、突砂（石）等不同的突出形式，其破坏力轻则淹没坑道、冲毁机具、耽误工期；重则造成人员伤亡，甚至导致整个工程报废、生态环境恶化、居民被迫迁移等严重后果。

迄今为止，上述灾害在国内外修建的几十条隧道中已得到反映。例如，湖北沪蓉西高速公路龙潭隧道施工过程中多次突水涌泥，耗时5年零5个月，接近预计工期的两倍，仅左线的最后5米，就耗时5个月。又如，齐岳山隧道地表岩溶洼地等岩溶形态发育，存在严重的突水突泥风险，逆坡施工的隧道出口端在施工期间多次被淹，仅抽排水费用就高达700余万元，并耽误工期总计1年有余。

国内外普遍采用注浆法防治高风险岩溶隧道突水（泥）灾害，通过注浆在隧道周围形成注浆圈，可加固围岩，保证开挖面稳定，并能有效控制隧道涌水量。注浆的原理是将具有特定性质的材料配置成浆液，然后通过特定的泵送设备将其注入到岩土层的裂隙或缝隙内使其扩散、胶结或固化，从而达到加固围岩或防渗堵漏的目的。此过程主要受三方面控制：注浆材料的特性、被注介质的特征、注浆施工参数。

其中注浆材料作为注浆过程中的首要因素，对注浆效果起决定性作用，因此注浆材料应满足以下要求：流动性好；遇水抗分散性强；凝结时间合适；早期强度高，耐久性好。现有的隧道注浆材料主要有：普通水泥浆、超细水泥浆、水泥—水玻璃（C-S）双液浆、HSC浆、TGRM浆、马丽散等，上述材料中有的凝结时间不满足要求或难以控制，有的存在着成本高、不适合大量应用等不足，因此现有的注浆材料都难以满足高风险岩溶隧道防治突水灾害的要求。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对现有材料的不足提出一种新型的速凝早强抗水分散注浆材料，能有效解决隧道施工过程中突水、涌泥等灾害，本发明的另一个目的是提供制备该注浆材料的方法。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案为：

一种速凝早强抗水分散注浆材料，由硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、减水剂、水下抗分散剂、速凝早强剂和水制备而成；按重量份数计硫铝酸盐水泥：粉煤灰：硅灰为17:2:1；减水剂用量为硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰的总质量的0.5-0.6%；水下抗分散剂用量为硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰的总质量的0.3～0.35%；速凝早强剂用量为硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰的总质量的0.05%～0.2%；水的用量为硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰的总质量的50～55%。

按上述方案，所述的减水剂为聚羧酸减水剂。

按上述方案，所述的水下抗分散剂为羟乙基纤维素（HEC）。

按上述方案，所述的速凝早强剂为碳酸锂（Li₂CO₃）。

按上述方案，所述的速凝早强抗水分散注浆材料的制备方法包括以下步骤：

1）将硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、水下抗分散剂和速凝早强剂混合，在常温下搅拌均匀；

2）减水剂加入水中，在常温下搅拌混合均匀；

3）将步骤2）制得的液体缓慢匀速的加入步骤1）制得的混合物中，在常温下搅拌2min，即得速凝早强抗水分散注浆材料。

本发明中羟乙基纤维素是一种无毒的粉末状固体，属非离子型的表面活性剂，除具有悬浮、粘结、浮化、成膜、分散等性质外，还具有保水、增稠及保护胶体的作用。在本发明中使用羟乙基纤维素能显著提高注浆材料在水下的抗水分散性。

聚羧酸减水剂是一种高性能绿色环保的减水剂，与水泥的相容性好，能很好的保持混凝土的坍落度，减少离析及泌水现象。使用聚羧酸减水剂后，能较大幅度提高注浆材料的流动性和可注性，使其能在要求的时间内保持很好的施工性能。

碳酸锂为无色单斜晶系结晶体或白色粉末，能有效提高注浆材料的早期强度及早期强度发展速率。用碳酸锂取代传统的氯盐类早强剂，避免了对混凝土内部钢筋的锈蚀，大幅减少了对环境的污染。

本发明的有益效果为：

1）合适的流动性，施工时注浆材料需要通过狭小的导管注入注浆孔内，满足注浆材料施工自行流动的要求。

2）水下抗分散性，注浆材料注入水或泥浆中，能保持原有的配合比，不被稀释。在流动的水环境下，留存率高。

3）合适的凝结时间，注浆材料的凝结时间总体较短，但有合适的初凝时间，可用于拌合与施工，且初凝与终凝的时间间隔短，可较快的产生强度。

4）强度满足要求，终凝后强度增长迅速，早期强度高，后期强度不倒缩，耐久性好。

具体实施方式

下面所举的实例将有助于理解本发明，但不作为对权利要求保护范围的限制。

实施例1

制备方法包括以下步骤：

1）按以上质量称取硫铝酸盐水泥、粉煤灰及硅灰置于搅拌器中，在常温下慢拌1min，称取羟乙基纤维素和碳酸锂，将其缓慢加入搅拌器中，常温慢拌1min；

2）将称好的聚羧酸减水剂加入所称取的水中，混合均匀得到减水剂的水溶液；

3）使用时，将组分C加入搅拌器中，慢速搅拌2min，即得速凝早强抗水分散注浆材料。

流动度的测试方法：采用上圆为70mm，下圆为100mm，高60mm的截面锥筒进行浆液流动度试验。锥筒置于润湿的平滑玻璃板上，将新拌浆液装满锥筒后，迅速垂直提起锥筒，测量10s后浆液不同垂直方向的摊开宽度即为流动度。

水下抗分散性测试方法：为了证明注浆材料在水下的抗分散性，采用定性和定量相结合的方法进行了测试。定性方法为将新拌浆液倒入清水中观察浆液分散情况并测量上层清水PH值，PH值均在7.0～7.2范围内即为优良；定量方法为将新拌浆液放入具有一定流速水中，一段时间后称量留存浆液的质量，并计算其留存率，试验测得在0.8m/s流动水中3min的留存率不小于80%即为优良。

凝结时间测试方法：采用倒杯法测定浆液的凝结时间，将一定质量的新拌浆液置于烧杯中，用两个烧杯重复交替进行倒杯，直至浆液在烧杯内倾斜45°不能流动为止，所用时间即为凝结时间。

抗压强度测试：将注浆材料分别在空气中及水下制成70.7×70.7×70.7mm的立方体模，并在标准养护箱中养护至规定龄期测试试件的抗压强度（混凝土抗压强度测试标准），再计算试件的水陆强度比。

本实施例中注浆材料在常温下11分钟初凝，17.5分钟终凝，其流动度为21cm，早期强度增长很快，7d强度即可达到28d强度的90%以上，其中水陆强度比为81%，具有优良的水下抗分散性能，强度增长快，最终强度大。

实施例2

制备方法和实施例1相同。

本实施例中注浆材料在常温下8分钟初凝，14分钟终凝，其流动度为23cm，早期强度增长很快，7d强度即可达到28d强度的90%以上，具有优良的水下抗分散性能，强度增长快，最终强度大。

实施例3

本实施例中注浆材料在常温下10.5分钟初凝，16.5分钟终凝，其流动度为22cm，早期强度增长很快，7d强度即可达到28d强度的90%以上，具有优良的水下抗分散性能，强度增长快，最终强度大。

实施例4

制备方法和实施例1相同。

本实施例中注浆材料在常温下10.5分钟初凝，15分钟终凝，其流动度为24cm，早期强度增长很快，7d强度即可达到28d强度的90%以上，具有优良的水下抗分散性能，强度增长快，最终强度大。

实施例5

制备方法和实施例1相同。

本实施例中注浆材料在常温下11.5分钟初凝，15.5分钟终凝，其流动度为22cm，早期强度增长很快，7d强度即可达到28d强度的90%以上，具有优良的水下抗分散性能，强度增长快，最终强度大。

实施例6

制备方法和实施例1相同。

本实施例中注浆材料在常温下10.5分钟初凝，14分钟终凝，其流动度为23cm，早期强度增长很快，7d强度即可达到28d强度的90%以上，具有优良的水下抗分散性能，强度增长快，最终强度大。

Claims (5)

1.一种速凝早强抗水分散注浆材料，由硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、减水剂、水下抗分散剂、速凝早强剂和水制备而成；按质量比硫铝酸盐水泥:粉煤灰:硅灰为17:2:1；减水剂用量为硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰的总质量的0.5-0.6%；水下抗分散剂用量为硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰的总质量的0.3～0.35%；速凝早强剂用量为硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰的总质量的0.05%～0.2%；水的用量为硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰的总质量的50～55%。

2.如权利要求1所述的速凝早强抗水分散注浆材料，其特征在于所述的减水剂为聚羧酸减水剂。

3.如权利要求1所述的速凝早强抗水分散注浆材料，其特征在于所述的水下抗分散剂为羟乙基纤维素。

4.如权利要求1所述的速凝早强抗水分散注浆材料，其特征在于所述的速凝早强剂为碳酸锂。

5.如权利要求1所述的速凝早强抗水分散注浆材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、水下抗分散剂和速凝早强剂混合，在常温下搅拌均匀；

2）减水剂加入水中，在常温下搅拌混合均匀；

3）将步骤2）制得的液体缓慢匀速的加入步骤1）制得的混合物中，在常温下搅拌2min，即得速凝早强抗水分散注浆材料。