CN103539416A - 一种新型的抗剪型同步注浆专用砂浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的抗剪型同步注浆专用砂浆，该材料由砂、矿渣粉、膨润土、活性激发剂、醚类聚羧酸外加剂和水组成，含量分别为：1070-1280kg/m³、300-360kg/m³、50-86kg/m³、80-120kg/m³、2.70-5.00kg/m³、300-320kg/m³。本发明的新型抗剪型同步注浆专用砂浆具有良好的流动性、填充性、保水性和保坍性，既可提高现有抗剪型同步注浆材料的抗剪切屈服强度，从而更为有效地控制隧道上浮；又可解决粉煤灰品质不好或资源匮乏的问题，保证浆液质量，且成本低廉、绿色环保。适用于粉煤灰资源匮乏或品质不好的地区的盾构隧道尤其是大型盾构隧道的同步注浆施工。

Description

一种新型的抗剪型同步注浆专用砂浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体地说是一种新型的抗剪型同步注浆专用砂浆。

背景技术

同步注浆是指与隧道盾构推进施工同步进行的、用来填充盾尾空隙的一种注浆工艺。用于注浆的砂浆称为同步注浆专用砂浆。同步注浆作为盾构法隧道施工的重要环节，对控制隧道稳定，抵抗土体变形，提高隧道防水性起重要作用。同步注浆材料是注浆成败的关键，关系到注浆的成本、施工控制、注浆效果和隧道的质量。

目前在国内外应用的同步注浆材料各式各样。按是否水化固结可分为：惰性浆液和非惰性浆液（可硬性浆液）。惰性浆液的各组成材料不发生水化固结反应，不硬化，泵送性能好，但浆液的强度非常低，体积稳定性差。非惰性浆液的组成材料中含有水泥等水硬性材料，能发生水化反应具有一定的强度，固结后基本无体积变化，在振动荷载下不会产生液化，但易堵管，施工麻烦，放置时间不宜过长。

按注浆方式不同可分为：单液浆和双液浆。单液浆由一种浆液组成，浆液预先搅拌均匀后，通过一路管线注入盾尾，施工方法简单，操作方便，但对浆液的工作性要求高。双液浆由A液(水泥、水、陶土或膨润土、稳定剂等)和B液(水玻璃等)两种浆液组成，A液和B液在注浆管内混合，然后注入尾隙。注浆过程中影响因素较多（注浆速率、浆液凝结时间、注浆压力均对注浆效果有较大影响），控制难度大。

各类同步注浆材料各有优缺点，效果不一，且对隧道上浮的控制效果也不尽理想。抗剪型同步注浆专用砂浆区别于以往浆液，属于一种介于惰性浆液和可硬性浆液之间的新型单液浆。该浆液组分中无水泥，由部分含碱组分激发粉煤灰的火山灰反应，产生一定强度，所以其后期强度比普通惰性浆液高、比可硬性浆液低。该浆液在泵送压力下具有良好的流动性和保水性，填充到建筑空隙后并不会很快硬化，即使搁置24h后仍可用于施工；浆液经过管道泵送出盾尾进入管片与盾壳之间的空隙后，能够较好地填充空隙，从而使浆液完整地包裹住管片，形成一层致密的保护层，可提高隧道的防水性，有效地控制隧道上浮和稳定。浆液28d之后的长期强度不高，但其对隧道管片的保护效果随着时间的延长而增强。其具有良好的填充性、保水性、体积稳定性，通过一定抗剪切屈服强度来抵御管片位移所产生的剪切应力，保证隧道管片的整体性，从而防止隧道上浮。自2006年以来，抗剪型同步注浆专用砂浆逐步应用于上海市大型越江隧道及地铁隧道，如上海长江隧道、上中路隧道等，在隧道上浮控制方面取得了显著的效果。

现有抗剪型同步注浆专用砂浆的配方，以砂和粉煤灰为主要组成材料，对粉煤灰的品质有较高要求。而近年来，上海及周边地区的粉煤灰资源愈发紧缺，品质也随着下降，对于抗剪型同步注浆专用砂浆的生产企业而言，粉煤灰的质量越来越难控制，乃至影响到浆液材料的质量。且部分地区如云南、贵州等，粉煤灰的品质非常差，难以满足现有抗剪型同步注浆专用砂浆配方的需求，甚至有些地区如香港，粉煤灰资源匮乏，以现有配方无法进行抗剪型同步注浆专用砂浆的生产。

发明内容

本发明用矿渣粉取代粉煤灰，配制出一种新型的抗剪型同步注浆专用砂浆，既可提高现有抗剪型同步注浆材料的抗剪切屈服强度，从而更为有效地控制隧道上浮；又可解决粉煤灰品质不好或资源匮乏的问题，保证浆液质量，且成本低廉、绿色环保。适用于粉煤灰资源匮乏或品质不好的地区的隧道尤其是大型隧道的盾构法施工中同步注浆工艺。

本发明提供了一种新型的抗剪型同步注浆专用砂浆，由下列组分和含量构成：

       砂                 1070-1280  kg/m³

       矿渣粉             300-360  kg/m³

       膨润土             50-86  kg/m³

       活性激发剂         80-120  kg/m³

       醚类聚羧酸外加剂   2.70-5.00  kg/m³

       水                 300-320  kg/m³；

其中胶凝材料（矿渣粉+膨润土+活性激发剂）与砂的比例，即有效胶砂比，控制在0.32～0.48之间；活性激发剂与矿渣粉的比例控制在0.25～0.34之间。

所述的砂的细度模数为1.8-2.7。

所述的矿渣粉为符合GB/T 18046《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的等级在S75以上的矿渣粉。

所述的膨润土的细度≤20%，细度测试方法按照GB/T8077测试；膨润土的掺入一方面起到增稠剂的作用，提高浆液的稠度进而提高其抗剪切屈服强度，另一方面起到润滑剂和触变剂的作用，增加浆液的流动性和可泵性，提高其施工性能。

所述的活性激发剂为钙质消石灰粉，其（CaO+MgO）含量≥60%，比表面积≥400m2/Kg。活性激发剂的掺入能激发矿渣粉的活性，使浆液获得一定的力学性能。

所述的聚羧酸外加剂的主要成分为醚类羧酸聚合物。

一种新型的抗剪型同步注浆专用砂浆的制备方法，将所述的原材料采用如下工艺步骤制备而成：

a.将砂通过筛孔直径为5mm的筛网，筛除5mm以上的颗粒备用；

b.分别称取各种原料，将矿渣粉、膨润土、活性激发剂干拌15秒-30秒；

c.然后添加砂再进行干拌15秒-30秒至均匀状态；

d.同时将醚类聚羧酸外加剂加入水中进行预混合；

e.等粉料干拌结束后，在粉料中加入预混合的外加剂水溶液，均匀搅拌60秒-120秒，得所述的新型抗剪型同步注浆专用砂浆。

本发明同现有技术相比，配制出的新型抗剪型同步注浆专用砂浆具有良好的流动性、填充性、保水性和保坍性，在存储和输送过程中，浆液能够保持一定的和易性、均匀性和可塑性，施工性能更佳。该浆液组分中无水泥，由部分含碱组分激发粉煤灰的火山灰反应，产生一定强度，所以其后期强度比普通惰性浆液高、比可硬性浆液低。该浆液在泵送压力下具有良好的流动性和保水性，填充到建筑空隙后并不会很快硬化，即使搁置24h后仍可用于施工；浆液经过管道泵送出盾尾进入管片与盾壳之间的空隙后，能够较好地填充空隙，从而使浆液完整地包裹住管片，形成一层致密的保护层，可提高隧道的防水性，有效地控制隧道上浮和稳定。浆液28d之后的长期强度不高，但其对隧道管片的保护效果随着时间的延长而增强。该浆液以砂为主要组成部分，具备一定的稠度，能够抵抗土体对隧道管片的剪切力，从而更有效地防止隧道尤其是大型隧道的上浮。

该新型的抗剪型同步注浆专用砂浆的性能指标如下表所示：

新型抗剪型同步注浆专用砂浆的性能

指 标	坍落度（mm）	密度（g/cm3）	压力泌水量（ml）	20h剪切屈服强度（Pa）
					参考值	100～200	大于1.80	小于35	不小于800

此外，该新型抗剪型同步注浆专用砂浆成本低廉、绿色环保。其原材料组成中砂的用量占固体材料的比例可高达70%，大大降低了成本。其具有良好的抗稀释性，溶出到土壤环境中的污染物少，且pH值小于12，属弱碱性，无污染，对周围环境起到一定的保护作用。若在全国各地各大隧道工程进行推广应用，将为建材的绿色化工作起到很好的推进作用。

具体实施方式

一种新型的抗剪型同步注浆专用砂浆，优选的组分和含量为：

       砂                 1260  kg/m³

       矿渣粉             340  kg/m³

       膨润土             60  kg/m³

       活性激发剂         90  kg/m³

       醚类聚羧酸外加剂   3.5  kg/m³

       水                 300  kg/m³；

所用砂为细度模数2.2的长江砂。

所用矿渣粉为上海宝田厂的S95矿渣粉。

所用膨润土的细度为18%，产自浙江。

所用活性激发剂为钙质消石灰粉，（CaO+MgO）%为68%，比表面积420m2/Kg。

所用聚羧酸外加剂型号为LC-H。

将所述的原料采用如下工艺步骤进行新型抗剪型同步注浆专用砂浆的制备：

a.将砂通过筛孔直径为5mm的筛网，筛除5mm以上的颗粒备用；

b.分别称取各种原料，将矿渣粉、膨润土、活性激发剂干拌20秒；

c.然后称取砂，加入（1）的混合物中再进行干拌20秒；

d.称取醚类聚羧酸外加剂和水，将醚类聚羧酸外加剂加入水中进行预混合；

e.把（3）的预混合外加剂水溶液加入（2）的粉料混合物中，均匀搅拌90秒。

配制出的新型抗剪型同步注浆专用砂浆具有良好的流动性、填充性、保水性和保坍性，及一定的抗剪切屈服强度，其各性能指标如下表所示。该材料能更有效地防止隧道的上浮，控制隧道变形。

新型抗剪型同步注浆专用砂浆的性能测试结果：

指 标	坍落度（mm）	密度（g/cm3）	压力泌水量（ml）	20h剪切屈服强度（Pa）
					参考值	180	1.92	18	913

Claims (6)

1.一种新型的抗剪型同步注浆专用砂浆，其特征在于由下列组分和含量构成：

       砂                 1070-1280  kg/m³

       矿渣粉             300-360  kg/m³

       膨润土             50-86  kg/m³

       活性激发剂         80-120  kg/m³

       醚类聚羧酸外加剂   2.70-5.00  kg/m³

       水                 300-320  kg/m³。

2.根据权利1所述的一种新型的抗剪型同步注浆专用砂浆，其特征在于胶凝材料（矿渣粉+膨润土+活性激发剂）与砂的比例，即有效胶砂比，为0.32～0.48。

3.根据权利1所述的一种新型的抗剪型同步注浆专用砂浆，其特征在于活性激发剂与矿渣粉的比例为0.25～0.34。

4.根据权利1所述的一种新型的抗剪型同步注浆专用砂浆，其特征在于：所述的活性激发剂为钙质消石灰，其（CaO+MgO）含量≥60%，并磨细至比表面积≥400m2/Kg。

5.根据权利1所述的一种新型的抗剪型同步注浆专用砂浆，其特征在于所述的砂的细度模数为1.8-2.7；所述的矿渣粉符合GB/T 18046且等级在S75以上；所述的膨润土的细度≤20%；所述的聚羧酸外加剂的主要成分为醚类羧酸聚合物。

6.一种新型的抗剪型同步注浆专用砂浆的制备方法，其特征在于按权利要求1、2中所述的原料采用如下工艺步骤制备而成：

a.将砂通过筛孔直径为5mm的筛网，筛除5mm以上的颗粒备用；

b.分别称取各种原料，将矿渣粉、膨润土、消石灰干拌15秒-30秒至均匀状态；

c.然后添加砂再进行干拌15秒-30秒至均匀状态；

d.同时将醚类聚羧酸外加剂加入水中进行预混合；

e.等粉料干拌结束后，在粉料中加入预混合的外加剂水溶液，均匀搅拌60秒-120秒，得所述的新型抗剪型同步注浆材料。