CN106904888A - 一种高保水性盾构施工预拌同步注浆料 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种高保水性盾构施工预拌同步注浆料，包括以下成分：水泥、粉煤灰、掺和料、膨润土、细砂、外加剂和水；其中外加剂的主要成分为：非离子型纤维素醚、糖类化合物、聚羧酸类保坍剂、淀粉醚和磁性水滑石。本发明首次将优化后的掺和料/膨润土/细度模数为1.6的细砂/砂浆专用外加剂联合用于盾构施工预拌同步注浆料中，调整后注浆料6h流动度损失≤30mm，泌水率下降为≤3.0%，震动实验后沉降≤20mm。由于加入了磁性水滑石，故在原有的物理性能的基础上，还赋予了降低搅拌时施工噪音和吸附重金属离子，防止砂浆中的重金属对环境造成二次污染的功能。

Description

一种高保水性盾构施工预拌同步注浆料
技术领域
本发明涉及盾构施工领域，主要是一种高保水性盾构施工预拌同步注浆料。
技术背景
进入21 世纪，中国经济的迅猛发展加速了城市化的建设。随着城市密集度的提高和高层建筑数量的不断增加，地表可利用空间越来越少。有效利用和开发地下空间成为最佳的选择，利用盾构法开挖地下空间被大规模使用，尤其为在地铁工程上。
盾构施工过程中，盾构壳体内壁的直径大于管片衬砌的外径，以便于衬砌的安装和盾构曲线施工需要；盾构切削直径大于盾构机外径，再加上盾构壳体的厚度，这就形成了理论上的盾构空隙。地层沉降的原因主要是盾尾脱离管片后，周围土体失去支撑将向管片移动，所形成的地层松动需要及时的充填加固，否则势必造成地层沉降，进而影响地表各类建筑物和地下管线设施。为了减小盾构施工对地层位移的影响，必须对盾尾空隙进行有效的充填，即进行同步注浆。而同步注浆技术，特别是浆液选择是否合理，是盾构工法中必不可少的关键性辅助工法，是控制地面沉降和隧道沉降（包括后期沉降）的关键。
目前全国多地修建地铁，盾构施工中的同步注浆普遍采用现场搅拌，现场搅拌存在诸多问题，如操作人员不专业，计量不准确，砂浆质量不可控，出现离析分层现象；在市区繁华路段建设注浆搅拌站，阻碍交通；现场原材料露天堆放、使用粉体材料造成扬尘，不利于文明工地创建；管理环节较多，投入产出不成比例。预拌盾构砂浆可很好解决以上问题，预拌盾构砂浆通过专业的生产设备和操作人员，生产更专业；专业设备的使用使计量更精准，可以很好的控制盾构砂浆质量，且产品质量更稳定；预拌盾构砂浆不用在现场安排原材料场地，节约施工场地，也不产生扬尘，绿色环保。当然预拌盾构砂浆有着运距的问题，但是可以通过调整砂浆专用外加剂来调整凝结时间，从而解决这个问题。
本发明即通过使用优化过的掺和料、细度模数为1.6的细砂以及砂浆专用外加剂，经合理搭配，通过合理搅拌后，得到最终的产品。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提高盾构施工中同步注浆料的保水性能，进一步提高注浆效果，尽可能减少二次注浆及其消耗，提供一种高保水性盾构施工预拌同步注浆料。
具体技术方案为：一种高保水性盾构施工预拌同步注浆料，包括以下成分：水泥、粉煤灰、掺和料、膨润土、细砂、外加剂和水。
优选的，所述的掺和料主要成份为粉煤灰和超细石灰石粉。
优选的，所述的膨润土为钠基膨润土。
优选的，所述的细砂为细度模数为1.6的天然河砂。
优选的，所述的外加剂，包括以下成分：非离子型纤维素醚、糖类化合物、聚羧酸类保坍剂、淀粉醚和磁性水滑石。
所述的外加剂，包括以下重量百分比的成分：非离子型纤维素醚 30~45%；糖类化合物 10~15%；聚羧酸类保坍剂 10~20%；淀粉醚 30~40%；磁性水滑石 1~2%。
优选的，所述的非离子型纤维素醚为羟乙基甲基纤维素醚或者羟丙基甲基纤维素醚中的任意一种或者两者任意比的混合物。
优选的，所述的糖类化合物为葡萄糖。
所述的磁性水滑石制备方法参考中国发明专利CN105948085A中公开的方法。
优选的，各原料在在注浆料中的投加量如下：使用水泥150~200kg/m3，粉煤灰180~250kg/m3；掺和料 70~90kg/m3；膨润土70~90kg/ m3；细砂 660~700kg/ m3；外加剂 1.8~2.2kg/ m3；水400kg/m3。
所述的盾构施工预拌同步注浆料的搅拌时间控制在3~6min；搅拌强度（转速）控制在20~50r/min。
本发明的一种高保水性盾构施工预拌同步注浆料，主要是通过使用优化过的掺和料、膨润土、细度模数为1.6的细砂以及砂浆专用外加剂来实现，通过优化过的掺和料来弥补胶凝材料级配不合理的情况改善泌水情况；使用膨润土具有柱状结构，其水解后可在注浆料中形成“卡屋”结构，使注浆料的和易性得到改善，同时膨润土特有的滑动效应，在一定程度上提高注浆料的流动性，但是膨润土为溶胀材料，在其溶胀过程中将吸收大量的水分，使注浆料中的自由水减少，随着水分的较少，注浆料的流动性必然降低，流动性经时损失加快，同时，其特性注定用水量的增加，一定程度降低了砂浆的强度，这就需要后续砂浆专用外加剂的调整；细度模数为1.6的天然河砂应用可以提供较为轻的骨料，尽可能降低需要悬浮的条件同时满足填充效果；砂浆专用外加剂可以起到保水、调凝、保坍等作用改善以上材料存在的一定缺陷。
由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明首次将优化后的掺和料/膨润土/细度模数为1.6的细砂/砂浆专用外加剂联合用于盾构施工预拌同步注浆料中，调整后注浆料6h流动度损失≤30mm，泌水率下降为≤3.0%，震动实验后沉降≤20mm。由于加入了磁性水滑石，故在原有的物理性能的基础上，还赋予了降低搅拌时施工噪音和吸附重金属离子，防止砂浆中的重金属对环境造成二次污染的功能。
具体实施方式
由于各地原材料和加工处理工艺不同，生产的高保水性盾构施工预拌同步注浆料有所差异，而且不同厂家的掺和料、膨润土、细度模数为1.6的细砂以及砂浆专用外加剂的参数和性能有所区别，因此在不违背本发明实质和所附权利要求范围的前提下，可以对本发明的一些参数进行适当调整，以适应具体的情况。下面结合实施例对本发明作进一步详述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1：
一种高保水性盾构施工预拌同步注浆料，包括以下成分：水泥、粉煤灰、掺和料、膨润土、细砂、外加剂和水。
所述的掺和料主要成份为粉煤灰和超细石灰石粉。
所述的膨润土为钠基膨润土。
所述的细砂为细度模数为1.6的天然河砂。
所述的外加剂，包括以下成分：非离子型纤维素醚、糖类化合物、聚羧酸类保坍剂、淀粉醚和磁性水滑石。
所述的非离子型纤维素醚为羟乙基甲基纤维素醚。
所述的糖类化合物为葡萄糖。
所述的磁性水滑石制备方法参考中国发明专利CN105948085A中公开的方法。
所述的磁性水滑石为铁、镁磁性水滑石。
各原料在在注浆料中的投加量如下：使用水泥170kg/m3，粉煤灰220kg/m3；掺和料80kg/m3；膨润土80kg/ m3；细砂 680kg/ m3；外加剂 2.0kg/ m3；水400kg/m3。
所述的外加剂，包括以下重量百分比的成分：非离子型纤维素醚 42%；糖类化合物12%；聚羧酸类保坍剂 12.5%；淀粉醚 32%；磁性水滑石 1.5%。
所述的盾构施工预拌同步注浆料的搅拌时间控制在5min；搅拌强度（转速）控制在30r/min。
实施例2：
一种高保水性盾构施工预拌同步注浆料，包括以下成分：水泥、粉煤灰、掺和料、膨润土、细砂、外加剂和水。
所述的掺和料主要成份为粉煤灰和超细石灰石粉。
所述的膨润土为钠基膨润土。
所述的细砂为细度模数为1.6的天然河砂。
所述的外加剂，包括以下成分：非离子型纤维素醚、糖类化合物、聚羧酸类保坍剂、淀粉醚和磁性水滑石。
所述的非离子型纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚。
所述的糖类化合物为葡萄糖。
所述的磁性水滑石制备方法参考中国发明专利CN105948085A中公开的方法。
所述的磁性水滑石为铝、镁磁性水滑石。
各原料在在注浆料中的投加量如下：水泥200kg/m3，粉煤灰180kg/m3；掺和料90kg/m3；膨润土70kg/ m3；细砂 700kg/ m3；外加剂 1.8kg/ m3；水400kg/m3。
所述的外加剂，包括以下重量百分比的成分：非离子型纤维素醚 45%；糖类化合物10%；聚羧酸类保坍剂 10%；淀粉醚 33%；磁性水滑石 2%。
所述的盾构施工预拌同步注浆料的搅拌时间控制在6min；搅拌强度（转速）控制在20r/min。
实施例3：
一种高保水性盾构施工预拌同步注浆料，包括以下成分：水泥、粉煤灰、掺和料、膨润土、细砂、外加剂和水。
所述的掺和料主要成份为粉煤灰和超细石灰石粉。
所述的膨润土为钠基膨润土。
所述的细砂为细度模数为1.6的天然河砂。
所述的外加剂，包括以下成分：非离子型纤维素醚、糖类化合物、聚羧酸类保坍剂、淀粉醚和磁性水滑石。
所述的非离子型纤维素醚为羟乙基甲基纤维素醚和羟丙基甲基纤维素醚质量比为1:1的混合物。
所述的糖类化合物为葡萄糖。
所述的磁性水滑石制备方法参考中国发明专利CN105948085A中公开的方法。
所述的磁性水滑石为铁、铝磁性水滑石。
各原料在在注浆料中的投加量如下：水泥200kg/m3，粉煤灰180kg/m3；掺和料90kg/m3；膨润土70kg/ m3；细砂 700kg/ m3；外加剂 1.8kg/ m3；水400kg/m3。
所述的外加剂，包括以下重量百分比的成分：非离子型纤维素醚 39%；糖类化合物10%；聚羧酸类保坍剂 20%；淀粉醚 30%；磁性水滑石 1%。
所述的盾构施工预拌同步注浆料的搅拌时间控制在3min；搅拌强度（转速）控制在50r/min。
对比例
将实施例1中的磁性水滑石去除。
经检测，本发明实施例1~3的高保水性盾构施工预拌同步注浆料，6h流动度损失为28~30mm；泌水率下降为2.6~2.8%；震动后沉降为12~15mm。
以实施例1和对比例为例，在本发明的盾构施工预拌同步注浆料，搅拌强度（转速）控制在20~50r/min，实施例1的噪音可以控制在40dB以下，而对比例的噪音在60dB以上，在夜间施工条件下，对环境的噪音危害可以显著降低。
用pH值5.5~6.0的酸水对干燥后的注浆料进行5min淋洗测试，具体的实验方法为，本发明的盾构施工预拌同步注浆料，干燥后得到20*50*50cm的立方块，在实验室内用pH值5.5~6.0的酸水对立方块进行5min不间断淋洗，收集淋洗液并检测其铜离子和六价铬离子的浓度。
经测试，实施例1的注浆料中的铜离子和六价铬离子浓度在检测限为1ppm的条件下均为未检出；而对比例的注浆料中的铜离子和六价铬离子检测结果分别为68ppm和31ppm，由此可以知道，本发明的盾构施工预拌同步注浆料具有非常好的重金属离子固定作用，对环境危害小。
上述仅为本发明的几个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种高保水性盾构施工预拌同步注浆料，其特征在于，包括以下成分：水泥、粉煤灰、掺和料、膨润土、细砂、外加剂和水。
2.如权利要求1所述的高保水性盾构施工预拌同步注浆料，其特征在于，所述的掺和料主要成份为粉煤灰和超细石灰石粉。
3.如权利要求1所述的一种高保水性盾构施工预拌同步注浆料，其特征在于，所述的膨润土为钠基膨润土。
4.如权利要求1所述的一种高保水性盾构施工预拌同步注浆料，其特征在于，所述的细砂为细度模数为1.6的天然河砂。
5.如权利要求1所述的一种高保水性盾构施工预拌同步注浆料，其特征在于，所述的外加剂，包括以下成分：非离子型纤维素醚、糖类化合物、聚羧酸类保坍剂、淀粉醚和磁性水滑石。
6.如权利要求1所述的一种高保水性盾构施工预拌同步注浆料，其特征在于，各原料在在注浆料中的投加量如下：使用水泥150~200kg/m3，粉煤灰180~250kg/m3；掺和料 70~90kg/m3；膨润土70~90kg/ m3；细砂 660~700kg/ m3；外加剂 1.8~2.2kg/ m3；水400kg/m3。
7.如权利要求5所述的一种高保水性盾构施工预拌同步注浆料，其特征在于，所述的非离子型纤维素醚为羟乙基甲基纤维素醚或者羟丙基甲基纤维素醚中的任意一种或者两者任意比的混合物。
8.如权利要求5所述的一种高保水性盾构施工预拌同步注浆料，其特征在于，所述的糖类化合物为葡萄糖。
9.如权利要求5所述的一种高保水性盾构施工预拌同步注浆料，其特征在于，所述的外加剂，包括以下重量百分比的成分：非离子型纤维素醚 30~45%；糖类化合物 10~15%；聚羧酸类保坍剂 10~20%；淀粉醚 30~40%；磁性水滑石 1~2%。
10.如权利要求1所述的一种高保水性盾构施工预拌同步注浆料，其特征在于，所述的盾构施工预拌同步注浆料的搅拌时间控制在3~6min；搅拌转速控制在20~50r/min。
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