CN108439905A - 注浆结合料及其性能参数检测方法 - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
Abstract
本发明公开了一种注浆结合料及其性能参数检测方法，所述注浆结合料组分按重量计为：水泥500‑1500份；骨料500‑3000份；掺合料10‑150份；胶粉5‑150份；高效减水剂1‑20份；抗裂胶囊1‑10份；消泡剂0.1‑5份；塑性膨胀剂0.02‑2份；硬化膨胀剂20‑150份；早强剂0.5‑10份；保坍剂0.5‑5份；纤维0.5‑5份；拌合水为粉料的0.10‑0.35倍。本发明通过上述配比，具有非常高的早期强度以及超强的缓凝性，90min流动性大于常规注浆材料的出机流动性能，能够充分密实和浸润混凝土界面，并且由于具有良好的结合性能，对上一板已施工的环向施工缝和上一板的开放端，进行良好的修复，获得整体的结合强度，极大的提高衬砌的力学性能。克服了传统的注浆材料在修复时需要对原基面进行凿毛、刷涂界面剂的缺陷，能直接修复混凝土结构。
Description
技术领域
本发明涉及隧道相关领域，尤其涉及一种注浆结合料及性能参数检测方法。
背景技术
我国是一个多山国家，所以隧道量也十分巨大。在隧道衬砌(二衬)施工中，由于拱顶位置特殊，施工中可能会因灌筑预留、封堵孔设置不合理，泵送混凝土坍落度大，泵送混凝土压力控制不好，混凝土收缩，支护不平整等原因不可避免地会造成二衬拱顶与混凝土初砌支护面不密贴，拱部混凝土封顶易产生脱空、空洞等现象。由于二次衬砌缺陷，致使衬砌受力不均匀，恶化了衬砌受力条件，改变了衬砌设计受力状态，衬砌实际受力可能超过设计应力范围，在外部荷载作用下，加上其它不利因素影响，隧道衬砌发生破坏的机率就会增大。因此，确保二次衬砌拱部混凝土密实的施工技术尤为重要。
整治衬砌与支护空洞的缺陷，目前所采用的方式多是打孔注浆法，即在二次衬砌砼强度达到设计的100％后，对其进行打孔埋入注浆管，然后进行注浆，但是此方法存在的问题如下：(1)在打孔过程，容易打穿防水板造成后期混凝土的渗漏现象；(2)所采用的浆料多为1：1的纯水泥浆，由于水胶比非常大，后期收缩严重，造成注浆之后仍然有很大的空洞，可能需要二次注浆，同时纯水泥浆也很难与二次衬砌混凝土结合成一个整体；(3)在高压注浆可能对衬砌混凝土的破坏。
所以最有效的办法是在脱模前进行注浆，既能利用模板的支护能力进行安全有效的注浆，通过使用高性能的超流动性缓凝微膨胀结合材料，充分密实衬砌和防水板之间的空隙，也避免台车模板拆除后，再进行高空注浆成本高，而且在高压注浆可能对衬砌混凝土的破坏。
由于隧道衬砌是分段施工，且施工环境极其恶劣，施工时间长，因此传统注浆材料只能起到个填充作用，而无法起到修复结合作用。其次在注浆时上一板混凝土已经硬化，常规材料无法对上一板混凝土进行粘接或修复，而上一板的搭接部位、开放端及环向施工缝部位通常是薄弱部位，该部位为连接部分，极难修复。因此具有良好结合力的材料对其及时修复，非常关键。
发明内容
本发明目的是提供一种注浆结合料，具有超高的力学性能，超强流动性能，超强缓凝性能以及微膨胀性能；所述注浆结合料与二次衬砌混凝土具有优异的结合力，可以形成一个连续整体。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种注浆结合料，其各组分按重量计为：水泥500-1500份；骨料500-3000份；掺合料10-150份；胶粉5-150份；高效减水剂1-20份；抗裂胶囊1-10份；消泡剂0.1-5份；塑性膨胀剂0.02-2份；硬化膨胀剂20-150份；早强剂0.5-10份；保坍剂0.5-5份；纤维0.5-5份；拌合水为粉料的0.10-0.35倍。
本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种注浆结合料，其各组分按重量计为：水泥500-1500份；骨料500-1500份；掺合料10-150份；胶粉1-5份；高效减水剂1-20份；抗裂胶囊1-10份；消泡剂0.1-5份；塑性膨胀剂0.1-2份；硬化膨胀剂20-150份；早强剂0.5-10份；保坍剂0.5-5份；纤维0.5-5份；乳液5-150份；拌合水为粉料的0.10-0.25倍。
本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种注浆结合料，其各组分按重量计为：水泥500-1500份；骨料500-1500份；掺合料10-150份；胶粉5-30份；高效减水剂1-20份；抗裂胶囊1-10份；消泡剂0.1-5份；塑性膨胀剂0.1-2份；硬化膨胀剂20-150份；早强剂0.5-10份；保坍剂0.5-5份；纤维0.5-5份；轻质集料5-150份；拌合水为粉料的0.10-0.35倍。
可选的，所述骨料为粒径范围为0.18-0.60mm的石英砂；或者粒径5-20mm的碎石。
可选的，所述掺合料选自硅灰、粉煤灰和矿粉中的一种或者多种；
和/或，所述胶粉为由醋酸乙烯酯乙烯共聚物、丙烯酸乙烯酯乙烯共聚物组成的可再分散乳胶粉。
可选的，所述高效减水剂为萘系高效减水剂或聚羧酸高效减水剂。
可选的，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素，羟乙基纤维素或羟丙基纤维素。
可选的，所述消泡剂为有机硅氧烷、聚醚、硅和油复合、含胺、亚胺和酰胺类中的一种或多种。
可选的，所述塑性膨胀剂为铝粉，尿素或EEA塑性膨胀剂；
和/或，所述硬化膨胀剂为UEA，AEA、CEA、HCSA或氧化镁膨胀剂；
和/或，所述早强剂为甲酸钙，亚硝酸钠，硫酸钠，硅酸钠或碳酸钠。
本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种注浆结合料的性能参数检测方法，其包括：
1.检测拌合物表观密度：按照JGJ/T70《建筑砂浆基本性能试验方法》标准进行测量，得到拌合物表观密度；
2.检测出机流动度和90min流动度保留值：按照GB/T50448《水泥基灌浆料应用技术规范》进行测量，得到出机流动度和90min流动度保留值；
3.检测泌水率：按照GB/T50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测量，得到泌水率；
4.检测抗压强度和抗折强度：按照GB/T17671《水泥胶砂强度试验》进行测量，得到抗压强度和抗折强度；
5.检测抗渗性：按照GB/T23440《无机防水堵漏材料》进行测量，得到抗渗性；
6.检测密度分离度，得到密度分离度；
7.检测强度分离度，得到强度分离度；
8.检测注浆结合料与混凝土的24h结合强度，得到注浆结合料与混凝土的24h结合强度；
9.检测注浆结合料与二衬混凝土粘结力，得到注浆结合料与二衬混凝土粘结力；
10.检测注浆结合料与RPC注浆管内侧结合性，得到注浆结合料与RPC注浆管内侧结合性；
11.检测注浆结合料与RPC注浆管外侧结合性，得到注浆结合料与RPC注浆管外侧结合性；
12.检测塑性膨胀率，得到塑性膨胀率；
13.检测收缩率，得到收缩率。
本发明具有如下有益效果：本发明的注浆结合料，通过上述配比，具有非常高的早期强度以及超强的缓凝性，90min流动性大于常规注浆材料的出机流动性能，能够充分密实和浸润混凝土界面(能够充分密实二次衬砌与防水板之间的空隙)，并且由于具有良好的结合性能，对上一板已施工的环向施工缝和上一板的开放端，进行良好的修复，获得整体的结合强度，通过良好稳定性的注浆结合料部分或整体替代局部混凝土，与混凝土结合成完整的受力整体，极大的提高衬砌的力学性能。克服了传统的注浆材料在修复时需要对原基面进行凿毛、刷涂界面剂的缺陷，直接修复混凝土结构。
附图说明
图1为本发明的检测分层密度与强度的结构示意图；
图2为本发明的检测注浆结合料与二衬混凝土粘接力的结构示意图；
图3为本发明的检测注浆结合料与二衬混凝土粘接力的结构示意图；
图4为本发明的检测注浆结合料与RPC注浆管连接强度的结构示意图；
图中标记具体为：1-有机玻璃圆筒；2-注浆结合料；3-水平底板；4-二衬混凝土；5-RPC注浆管。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例提供了一种注浆结合料(标准型)，其各组分按重量计为：水泥500-1500份，优选700-1200份；骨料500-3000份，优选1000-2000份；掺合料10-150份，优选40-110份；胶粉5-150份，优选30-100份；高效减水剂1-20份，优选5-15份；抗裂胶囊1-10份，优选4-8份；消泡剂0.1-5份，优选1-3份；塑性膨胀剂0.02-2份，优选0.1-1份；硬化膨胀剂20-150份，优选50-110份；早强剂0.5-10份，优选1-6份；保坍剂0.5-5份，优选1-4份；纤维0.5-5份，优选1-4份；拌合水为粉料(上述各物料的总重量)的0.10-0.35倍。
通过上述配比，能够形成标准型注浆结合料，具有非常高的早期强度；该注浆结合料具有超强的缓凝性，能够充分密实二次衬砌与防水板之间的空隙，并且由于在24h后注浆，充分利用衬砌混凝土终凝后，其化学收缩已基本结束，防水板和衬砌的空隙基本已达到最大，在此时注浆，不仅能充填所有大的空隙，而且对衬砌所有的毫米级的细小空隙都能够密实，极大的提高衬砌的力学性能。
而且该注浆结合料能够实现塑性期和后期的微膨胀，减少水泥材料在水化过程中的收缩，不会造成二次空洞。
本发明不仅对注浆结合料本身的各种性能进行了检验，同时对其粘接性能进行检验，能够保证注浆结合料在使用过程中不会与二次衬砌混凝土脱离，也不会和RPC注浆管脱离，从而保证了二次衬砌的高性能和无缺陷。
并且，所述注浆结合料具有超高的力学性能，超强流动性能，超强缓凝性能，以及微膨胀性能。该材料与二次衬砌混凝土具有优异的结合力，可以形成一个连续整体。
本实施例中，所述水泥为强度不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
本实施例中，优选地，所述骨料可以为石英砂，其粒径范围为0.18-0.60mm；或者粒径为5-10mm，以及10-20mm的碎石。
本实施例中，优选地，所述掺合料选自硅灰、粉煤灰、矿粉等中的一种或者多种。其中，所述硅灰：比表面积大于15000m2/kg，SiO2含量大于95％。
本实施例中，优选地，所述胶粉为由醋酸乙烯酯乙烯共聚物组成的可再分散乳胶粉，在水中能够再分散，抗皂化能力强，例如5010N。
本实施例中，优选地，所述消泡剂为有机硅氧烷、聚醚、硅和油复合、含胺、亚胺和酰胺类中的一种或多种。
本实施例中，优选地，所述塑性膨胀剂为能够与碱反应放出气体的物质，例如铝粉，尿素，EEA塑性膨胀剂等；
本实施例中，优选地，所述硬化膨胀剂为UEA，AEA、CEA、HCSA、氧化镁膨胀剂等；
本实施例中，优选地，所述早强剂为能够提高水泥早期强度的添加剂，如甲酸钙，亚硝酸钠，硫酸钠，硅酸钠，碳酸钠等。
本实施例中，优选地，所述保坍剂为葡萄糖酸钠、酒石酸、柠檬酸、蜜糖等中的一种或者多种。
本实施例中，可选的，所述纤维为木纤维(俄罗斯乌针)、高强高模PVA纤维(3mm、6mm)、耐碱玻璃纤维短切纱和玄武岩纤维，PP纤维也称聚丙烯纤维(3mm、6mm)等。
本实施例中，优选地，所述高效减水剂为萘系高效减水剂或聚羧酸高效减水剂，减水率大于30％，例如兴邦PC1030，PC1016，巴斯夫1654，2651。
本实施例中，优选地，所述抗裂胶囊为一种混凝土砂浆用智能化抗裂胶囊，即混凝土或砂浆在开裂之后，在水的作用下可以逐渐释放抗裂离子在裂缝中间形成高强度的结晶体使得混凝土或砂浆重新愈合的一种新型材料，其主要成分为：
当制备所述抗裂胶囊时，可以通过以下方法制备：
(1)将水100份加热到70-90摄氏度，边搅拌边加入聚乙二醇5份，搅拌时间为10min，搅拌速度为2000转每分钟，使之形成均匀的液体。
(2)将硫酸铁20份和硫酸铝20份溶解到1000份水中，搅拌时间为5min，搅拌速度为2000转每分钟，使之形成均匀的溶液。
(3)将1000份水加热到40-60摄氏度，边搅拌边加入25份羟丙基甲基纤维素，搅拌时间为10min，搅拌速度为2000转每分钟，使之形成均匀的液体。
(4)将上三种液体混合，同时加入甲基硅酸钾25份，搅拌时间为5min，搅拌速度为3000转每分钟，搅拌均匀。
(5)采用喷粉设备，在120摄氏度的条件下，将步骤(4)所得的液体制成粒径为100-200微米的粉末，既得到抗裂胶囊，此抗裂胶囊能够在水的作用下缓慢释放出可结晶物质，与混凝土反应生成结晶体，从而修补混凝土微小裂缝。
更优选地，所述注浆结合料可以采用以下重量的各组分(最佳配方)：水泥(425)1100份；骨料900份；掺合料(硅灰)80份；胶粉(5010N)10份；高效减水剂(巴斯夫1654)3；抗裂胶囊1份；消泡剂(有机硅氧烷)0.2份；塑性膨胀剂(EEA塑性膨胀剂)0.2份；；硬化膨胀剂(UEA)30份；早强剂(甲酸钙)5份；保坍剂(葡萄糖酸钠)0.5份；纤维(PVA)2份；拌合水380份。
本实施例的标准型注浆结合料的技术指标要求及最佳配方的检测值如下表所示。
上表中，d即day，表示天，下同。
本实施例的标准型注浆结合料，通过上述配比，其力学性能超强，即28d(即28天)抗压强度达到60MPa，28d抗折强度达到15MPa，超强流动性能，即出机流动度达到395mm，超强缓凝性能，即90min流动度保留值达到360mm以及微膨胀性能，即塑性膨胀率达到0.8％，与二衬混凝土的结合力大于二衬混凝土本身的抗拉强度。
并且由此可见，所述注浆结合料具有超高的力学性能，超强流动性能，超强缓凝性能，以及微膨胀性能。该材料与二次衬砌混凝土具有优异的结合力，可以形成一个连续整体。
实施例2
本实施例提供了一种注浆结合料(高粘接型)，其各组分按重量计为：水泥500-1500份，优选700-1200份；骨料500-1500份，优选700-1200份；掺合料10-150份，优选40-110份；胶粉1-5份，优选2-3份；高效减水剂1-20份，优选5-15份；抗裂胶囊1-10份，优选4-8份；消泡剂0.1-5份，优选1-3份；塑性膨胀剂0.1-2份，优选0.1-1份；硬化膨胀剂20-150份，优选50-110份；早强剂0.5-10份，优选1-6份；保坍剂0.5-5份，优选1-4份；纤维0.5-5份，优选1-4份；乳液5-150份，优选20-110份；拌合水为粉料的0.10-0.25倍。
本实施例中，所述水泥为强度不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
本实施例中，优选地，所述骨料可以为石英砂，其粒径范围为0.18-0.60mm；或者粒径为5-10mm，以及10-20mm的碎石。
本实施例中，优选地，所述掺合料选自硅灰、粉煤灰、矿粉等中的一种或者多种。其中，所述硅灰：比表面积大于15000m2/kg，SiO2含量大于95％。
本实施例中，优选地，所述胶粉为由醋酸乙烯酯乙烯共聚物组成的可再分散乳胶粉，在水中能够再分散，抗皂化能力强，例如5010N。
本实施例中，优选地，所述消泡剂为有机硅氧烷、聚醚、硅和油复合、含胺、亚胺和酰胺类中的一种或多种。
本实施例中，优选地，所述塑性膨胀剂为能够与碱反应放出气体的物质，例如铝粉，尿素，EEA塑性膨胀剂等；
本实施例中，优选地，所述硬化膨胀剂为UEA，AEA、CEA、HCSA、氧化镁膨胀剂等。
本实施例中，优选地，所述早强剂为能够提高水泥早期强度的添加剂，如甲酸钙，亚硝酸钠，硫酸钠，硅酸钠，碳酸钠等。
本实施例中，优选地，所述保坍剂为葡萄糖酸钠、酒石酸、柠檬酸、蜜糖等中的一种或者多种。
本实施例中，可选的，所述纤维为木纤维(俄罗斯乌针)、高强高模PVA纤维(3mm、6mm)、耐碱玻璃纤维短切纱和玄武岩纤维，PP纤维也称聚丙烯纤维(3mm、6mm)等。
本实施例中，优选地，所述高效减水剂为萘系高效减水剂或聚羧酸高效减水剂，减水率大于30％，例如兴邦PC1030，PC1016，巴斯夫1654，2651。
本实施例中，可选的，所述乳液为可以为各种丙烯酸、醇酸、环氧、乙烯、硝酸纤维素酯等来制作的，例如巴斯夫S623的丙烯酸乳液，STW602水性环氧乳液等。
本实施例中，优选地，所述抗裂胶囊为一种混凝土砂浆用智能化抗裂胶囊，即混凝土或砂浆在开裂之后，在水的作用下可以逐渐释放抗裂离子在裂缝中间形成高强度的结晶体使得混凝土或砂浆重新愈合的一种新型材料，其主要成分为：
当制备所述抗裂胶囊时，可以通过以下方法制备：
(1)将水100份加热到70-90摄氏度，边搅拌边加入聚乙二醇5份，搅拌时间为10min，搅拌速度为2000转每分钟，使之形成均匀的液体。
(2)将硫酸铁20份和硫酸铝20份溶解到1000份水中，搅拌时间为5min，搅拌速度为2000转每分钟，使之形成均匀的溶液。
(3)将1000份水加热到40-60摄氏度，边搅拌边加入25份羟丙基甲基纤维素，搅拌时间为10min，搅拌速度为2000转每分钟，使之形成均匀的液体。
(4)将上三种液体混合，同时加入甲基硅酸钾25份，搅拌时间为5min，搅拌速度为3000转每分钟，搅拌均匀。
(5)采用喷粉设备，在120摄氏度的条件下，将步骤(4)所得的液体制成粒径为100-200微米的粉末，既得到抗裂胶囊，此抗裂胶囊能够在水的作用下缓慢释放出可结晶物质，与混凝土反应生成结晶体，从而修补混凝土微小裂缝。
更优选地，所述注浆结合料可以采用以下重量的各组分(最佳配方)：水泥(425)1000份；骨料1000份；掺合料(硅灰)60份；胶粉(5010N)2份；高效减水剂(PC1030)3份；抗裂胶囊2份；消泡剂(有机硅氧烷)0.3份；塑性膨胀剂(铝粉)0.1份；硬化膨胀剂(HCSA)20份；早强剂(碳酸钠)1份；保坍剂(葡萄糖酸钠)0.1份；纤维(耐碱玻璃纤维)2份；乳液(S623)60份；拌合水360份。
高粘接型注浆结合料的技术指标要求及最佳配方的检测值如下表所示。
本实施例的高粘接型注浆结合料，通过上述配比，其力学性能超强，即28d抗压强度达到50MPa，28d抗折强度达到17.5MPa，超强流动性能，即出机流动度达到380mm，超强缓凝性能，即90min流动度保留值达到330mm以及微膨胀性能，即塑性膨胀率达到0.5％，与二衬混凝土的结合力大于二衬混凝土本身的抗拉强度，与RPC注浆管内侧结合力合理，与RPC注浆管的外侧结合力达到130KN。
并且由此可见，所述注浆结合料具有超高的力学性能，超强流动性能，超强缓凝性能，以及微膨胀性能。该材料与二次衬砌混凝土具有优异的结合力，可以形成一个连续整体。
实施例3
本实施例提供了一种注浆结合料(高粘接型)，高粘接型的主要组分按重量计为：水泥(425)1000份；骨料1000份；掺合料(硅灰)60份；胶粉(5010N)1份；高效减水剂(PC1030)2份；抗裂胶囊1份；消泡剂(有机硅氧烷)0.3份；塑性膨胀剂(铝粉)0.1份；硬化膨胀剂(HCSA)20份；早强剂(碳酸钠)1份；保坍剂(葡萄糖酸钠)0.1份；纤维(玄武岩纤维)2份；乳液(S623)100份；拌合水350份。
本实施例的注浆结合料通过上述配方的性能参数如下表所示：
本实施例的高粘接型注浆结合料，通过上述配比，其力学性能超强，即28d抗压强度达到65MPa，28d抗折强度达到20.5MPa，超强流动性能，即出机流动度达到384mm，超强缓凝性能，即90min流动度保留值达到345mm以及微膨胀性能，即塑性膨胀率达到0.4％，与二衬混凝土的结合力大于二衬混凝土本身的抗拉强度，与RPC注浆管内侧结合力合理，与RPC注浆管的外侧结合力达到135KN。
并且由此可见，所述注浆结合料具有超高的力学性能，超强流动性能，超强缓凝性能，以及微膨胀性能。该材料与二次衬砌混凝土具有优异的结合力，可以形成一个连续整体。
实施例4
本实施例提供了一种注浆结合料(轻质型)，其各组分按重量计为：水泥500-1500份，优选700-1200份；骨料500-1500份，优选700-1200份；掺合料10-150份，优选40-110份；胶粉5-30份，优选10-20份；高效减水剂1-20份，优选5-15份；抗裂胶囊1-10份，优选4-8份；消泡剂0.1-5份，优选1-3份；塑性膨胀剂0.1-2份，优选0.1-1份；硬化膨胀剂20-150份，优选50-110份；早强剂0.5-10份，优选1-6份；保坍剂0.5-5份，优选1-4份；纤维0.5-5份，优选1-4份；轻质集料5-150份，优选30-100份；拌合水为粉料的0.10-0.35倍。
本实施例中，所述水泥为强度不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
本实施例中，优选地，所述骨料可以为石英砂，其粒径范围为0.18-0.60mm；或者粒径为5-10mm，以及10-20mm的碎石。
本实施例中，优选地，所述掺合料选自硅灰、粉煤灰、矿粉等中的一种或者多种。其中，所述硅灰：比表面积大于15000m2/kg，SiO2含量大于95％。
本实施例中，优选地，所述胶粉为由醋酸乙烯酯乙烯共聚物组成的可再分散乳胶粉，在水中能够再分散，抗皂化能力强，例如5010N。
本实施例中，优选地，所述消泡剂为有机硅氧烷、聚醚、硅和油复合、含胺、亚胺和酰胺类中的一种或多种。
本实施例中，优选地，所述塑性膨胀剂为能够与碱反应放出气体的物质，例如铝粉，尿素，EEA塑性膨胀剂等；
本实施例中，优选地，所述膨胀剂为UEA，AEA、CEA、HCSA、氧化镁膨胀剂等。
本实施例中，优选地，所述早强剂为能够提高水泥早期强度的添加剂，如甲酸钙，亚硝酸钠，硫酸钠，硅酸钠，碳酸钠等。
本实施例中，优选地，所述保坍剂为葡萄糖酸钠、酒石酸、柠檬酸、蜜糖等中的一种或者多种。
本实施例中，可选的，所述纤维为木纤维(俄罗斯乌针)、高强高模PVA纤维(3mm、6mm)、耐碱玻璃纤维短切纱和玄武岩纤维，PP纤维也称聚丙烯纤维(3mm、6mm)等。
本实施例中，优选地，所述高效减水剂为萘系高效减水剂或聚羧酸高效减水剂，减水率大于30％，例如兴邦PC1030，PC1016，巴斯夫1654，2651。
本实施例中，可选的，所述乳液为可以为各种丙烯酸、醇酸、环氧、乙烯、硝酸纤维素酯等来制作的，例如巴斯夫S623的丙烯酸乳液，STW602水性环氧乳液等。
可选的，所述轻质集料为可以陶粒、膨胀珍珠岩、聚苯颗粒、玻化微珠等。
本实施例中，优选地，所述抗裂胶囊为一种混凝土砂浆用智能化抗裂胶囊，即混凝土或砂浆在开裂之后，在水的作用下可以逐渐释放抗裂离子在裂缝中间形成高强度的结晶体使得混凝土或砂浆重新愈合的一种新型材料，其主要成分为：
当制备所述抗裂胶囊时，可以通过以下方法制备：
(1)将水100份加热到70-90摄氏度，边搅拌边加入聚乙二醇5份，搅拌时间为10min，搅拌速度为2000转每分钟，使之形成均匀的液体。
(2)将硫酸铁20份和硫酸铝20份溶解到1000份水中，搅拌时间为5min，搅拌速度为2000转每分钟，使之形成均匀的溶液。
(3)将1000份水加热到40-60摄氏度，边搅拌边加入25份羟丙基甲基纤维素，搅拌时间为10min，搅拌速度为2000转每分钟，使之形成均匀的液体。
(4)将上三种液体混合，同时加入甲基硅酸钾25份，搅拌时间为5min，搅拌速度为3000转每分钟，搅拌均匀。
(5)采用喷粉设备，在120摄氏度的条件下，将步骤(4)所得的液体制成粒径为100-200微米的粉末，既得到抗裂胶囊，此抗裂胶囊能够在水的作用下缓慢释放出可结晶物质，与混凝土反应生成结晶体，从而修补混凝土微小裂缝。
更优选地，所述注浆结合料可以采用以下重量的各组分(最佳配方)：水泥(425)1000份；骨料1000份；掺合料(硅灰)100份；胶粉(5010N)10份；高效减水剂(PC1030)2份；抗裂胶囊2份；消泡剂(有机硅氧烷)0.3份；塑性膨胀剂(铝粉)0.1份；硬化膨胀剂(UEA)50份；早强剂(硅酸钠)1份；保坍剂(葡萄糖酸钠)0.1份；纤维(PVA)2份；轻质集料(陶粒)80份；拌合水450份。
轻质型注浆结合料的技术指标要求及最佳配方的检测值如下表所示。
实施例5
本实施例提供了一种注浆结合料(轻质型)，轻质型的主要组分按重量计为：
更优选地，所述注浆结合料可以采用以下重量的各组分(最佳配方)：水泥(425)1000份；骨料1000份；掺合料(硅灰)100份；胶粉(5010N)10份；高效减水剂(PC1030)2份；抗裂胶囊2份；消泡剂(有机硅氧烷)0.3份；塑性膨胀剂(铝粉)0.1份；硬化膨胀剂(UEA)60份；早强剂(硅酸钠)1份；保坍剂(葡萄糖酸钠)0.1份；纤维(PVA)2份；轻质集料(玻化微珠)50份；拌合水480份。
本实施例的注浆结合料通过上述配方的性能参数如下表所示：
实施例6
本实施例提供了一种注浆结合料(大体积填充型，标准型的一种实现形式)，大体积填充型的主要组分按重量计为：
更优选地，所述隧道二次衬砌拱顶注浆结合料可以采用以下重量的各组分(最佳配方)：水泥(425)1000份；5-10mm的碎石1200份，10-20mm的碎石300份；掺合料(硅灰)100份；胶粉(5010N)10份；高效减水剂(PC1030)2份；抗裂胶囊2份；消泡剂(有机硅氧烷)0.3份；塑性膨胀剂(铝粉)0.1份；膨胀剂(UEA)60份；早强剂(硅酸钠)1份；保塌剂(葡萄糖酸钠)0.1份；纤维(PVA)2份；拌合水480份。
本实施例的隧道二次衬砌拱顶注浆结合料通过上述配方的性能参数如下表所示：
实施例6
本实施例提供了一种注浆结合料的性能参数检测方法，其包括：
1.检测拌合物表观密度：所述拌合物表观密度可以按照JGJ/T70《建筑砂浆基本性能试验方法》标准进行测量，得到本发明的注浆结合料所形成的拌合物的表观密度。
2.检测出机流动度和90min流动度保留值：所述出机流动度和90min流动度保留值可以按照GB/T50448《水泥基灌浆料应用技术规范》进行测量，得到本发明的注浆结合料的出机流动度和90min流动度保留值。
3.检测泌水率：所述泌水率可以按照GB/T50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测量，得到本发明的注浆结合料的泌水率。
4.检测抗压强度和抗折强度：所述抗压强度和抗折强度可以按照GB/T17671《水泥胶砂强度试验》进行测量，得到本发明的注浆结合料的抗压强度和抗折强度。
5.检测抗渗性：所述抗渗性可以按照GB/T23440《无机防水堵漏材料》进行测量。
6.检测密度分离度：所述密度分离度的测量可以采用如下步骤：
6.1采用立式砂浆搅拌机搅拌足够量的注浆结合料，搅拌时间为5min，采用称重的方法测量出注浆结合料的初始表观密度ρ0。
6.2将上述步骤中所得到的注浆结合料浆体灌满砂浆分层度桶，砂浆分层度桶的要求：其内径为150mm，上节高200mm，下节高100mm，两节的连接处应加宽3-5mm，并应设有橡胶垫圈，带底，用金属板制成，上下节用螺栓连接。
6.3静置30min后，先去掉上层20cm砂浆，然后取出底层10cm砂浆，对剩余砂浆重新搅拌1min，再测定砂浆的表观密度ρ1。
6.4结果与计算
按下式计算砂浆的密度分离度：
砂浆的密度分离度(％)＝(上部分注浆结合料密度ρ1-注浆结合料初始密度ρ0)/注浆结合料初始密度ρ0*100，精确至0.1。
7.检测强度分离度：参考图1，所述强度分离度的测量方法如下：
7.1将长度110cm，直径100mm的有机玻璃圆筒固定在水平地板上，并保证接触面密封；
7.2然后将注浆结合料灌注到有机玻璃圆筒中，并达到100cm的高度；24h之后进行脱模，距离顶端50mm的地方开始计管截取100mm的砂浆试块编号为a，同样在距离低端50mm的地方开始计管截取100mm的砂浆试块编号为c，在试件中间截取100mm的砂浆试块编号为b，上面的试块需要准备三组，然后将其放置在标准养护室养护至28d。
7.3将所得试块在压力机上测试抗压力值，并记录力值分别为Ma、Mb和Mc。
7.4结果与计算
按下式计算砂浆的强度分离度：
砂浆的强度分离度(％)＝(上部分注浆结合料强度Ma-下部分注浆结合料强度Mc)/中间部分注浆结合料强度Mb*100，精确至0.1。
8.检测注浆结合料与混凝土的24h结合强度：结合图2，所述注浆结合料与混凝土的24h结合强度测量方法如下：
8.1在试模中浇灌一半稍多的混凝土，混凝土设计标号为C35，振动台上振动密实，振动时间10s。混凝土厚度5±0.5cm，表面不得有脱模剂或脱模油脂类材料，放入养护室放置24h，表面覆盖缠绕膜，每组6块，预备成型结合试件；并成型装满模具的基准混凝土试件。
8.2养护24h，剥开缠绕膜，混凝土表面不做任何处理，然后进行下一步的注浆结合料浇注；
8.3按照规定的水料比，搅拌注浆结合料，搅拌5min，将搅拌均匀的注浆结合料缓慢的倒入装有一半混凝土的结合试件试模中，自动流平，刮除多余注浆结合料，放入标准养护室，24h脱模。
8.4脱模后移入标准养护室养护(不得水中浸泡或者直接水淋)，继续养护6d或27d，分别测试7d抗折强度和28d抗折强度。
8.5抗折测试，基准混凝土试件抗压按照GB/T50081进行。结合试件测试时，混凝土面朝下，注浆结合料面朝上。
8.6结合体试件抗折破坏时，记录注浆结合料部分与混凝土部分的结合面是粘结在一起还是剥离分开，如果同龄期的三个试件破坏时结合面处为整体，则判定结合性合格，否则为不合格。脱模时即分离则判定为不合格。
8.7结果与计算
按下式计算结合强度比：
其中：
η结合抗折强度比。
Pb结合试件的抗折强度，MPa。
P0基准混凝土试件的抗折强度，MPa。
9.检测注浆结合料与二衬混凝土粘结力：参考图3，所述注浆结合料与二衬混凝土粘结力可以通过以下方法进行：
9.1直接测试法：在隧道现场分别在二衬混凝土打完之后，24h进行注浆作业，然后继续养护28d。
9.2对未注浆位置和注浆位置分别进行钻芯取样，样品直径75mm，长度300mm。
9.3按照图3所示进行拉力测试，即对二衬混凝土施加拉力，得到二衬混凝土抗拉强度P1；对二衬混凝土和注浆材料的结合试件施加拉力，得到注浆后试块的抗拉强度P2。
9.4结果与计算
如果抗拉测试中，注浆后试块的破坏发生在二衬混凝土内部时直接判定粘接力合格；如果破坏在界面处或者在注浆结合料内部，按下式计算抗拉强度比：
L＝p2/p1*100％
其中：
L结合抗折强度比。
P1二衬混凝土抗拉强度，MPa。
P2注浆后试块的抗拉强度，MPa。
10.检测注浆结合料与RPC注浆管内侧结合性：所述检测注浆结合料与RPC注浆管内侧结合性可以采用以下方法：
10.1取注浆用的RPC注浆管两根，底部塞上密封塞，约2-3cm深度。
10.2将搅拌好的注浆结合料缓慢倒入RPC注浆管内，并在四周敲击，赶出其中气泡，每根管注浆完成时间不超过3min。
10.3注满后表面包覆塑料膜并用胶带固定，直立放置，放在实验室。
10.4放置7天后，用切割机将注有注浆结合料的RPC注浆管，两端各去掉8cm，按照上、中、下三个区域，分别选取3±0.3cm的小段，两根管共选取6段。
10.5将含有注浆结合料的RPC注浆管，水中浸泡24h，取出放入烘箱中50℃的条件下干燥24h，然后在空气中晾置24h，共计72h为一个循环。累计5个循环后，取出观察。
10.6判定：6个试件中，至少有5个含有注浆结合料的注浆管不开裂，注浆结合料与注浆管不分离即为合格。否则，则为不合格。
11.检测注浆结合料与RPC注浆管外侧结合性：参考图4，所述注浆结合料与RPC注浆管外侧结合性检测方法如下：
11.1在150*150*150mm的混凝土试模中间，放置好RPC注浆管，然后加入搅拌好的注浆结合料，并且在RPC注浆管内部也加入注浆结合料。
11.2放置在标准养护室养护至28d，最后按照图4中所示进行检测。
11.3判断受力后RPC注浆管断裂还是从注浆结合料中拔出。
如果RPC注浆管断裂则直接判定合格，如果RPC注浆管被拔出，则拉力达到100KN判定粘接力合格。
12.检测塑性膨胀率(％)：所述塑性膨胀率(％)的测试方法如下：
12.1采用立式砂浆搅拌机搅拌足够量的注浆结合料，搅拌时间为5min。
12.2将上述步骤中所得到的注浆结合料浆体灌入塑性膨胀率测定仪中，至0刻度处，特制的塑性膨胀率测定仪由上下两个圆筒构成，上面圆筒为透明有机玻璃制备，直径为10mm，高度300mm，其上面标有刻度线，下面圆筒为透明有机玻璃制备，直径为100mm，高度100mm。
12.3在浆体放置12h，后读取上桶的刻度值，即为塑性膨胀率。
12.4塑性膨胀率也可以采用激光膨胀率测定仪(在透明有机玻璃制备，直径为10mm，高度300mm的顶端设置一个微米级的激光测距仪)进行测定，浆液灌注高度为h1mm，在浆体放置12h，记录浆液高度h2，则塑性膨胀率为：
P＝(h2-h1)/100*100％
其中：
P塑性膨胀率。
h1浆液初始灌注高度，mm。
h2浆液12h后的高度，mm。
13.检测收缩率(％)：所述收缩率(％)可以按照GB751《水泥胶砂干缩试验方法》进行测量。
本发明中的注浆结合料，为高性能材料，具有非常高的早期强度；该注浆结合料具有超强的缓凝性，能够充分密实二次衬砌与防水板之间的空隙，并且由于在24h后注浆，充分利用衬砌混凝土终凝后，其化学收缩已基本结束，防水板和衬砌的空隙基本已达到最大，在此时注浆，不仅能充填所有大的空隙，而且对衬砌所有的毫米级的细小空隙都能够密实，极大的提高衬砌的力学性能。
而且该注浆结合料能够实现塑性期和后期的微膨胀，减少水泥材料在水化过程中的收缩，不会造成二次空洞。
本发明不仅对注浆结合料本身的各种性能进行了检验，同时对其粘接性能进行检验，能够保证注浆结合料在使用过程中不会与二次衬砌混凝土脱离，也不会和RPC注浆管脱离，从而保证了二次衬砌的高性能和无缺陷。
本发明中的注浆结合料的性能参数检测方法，除了采用现有的标准之外，还研究了新的检测方法，针对注浆结合料所需要的各种性能进行了全面的检测，不仅保证了注浆结合料的性能，同时保证了隧道的施工质量。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种注浆结合料，其特征在于，其各组分按重量计为：
水泥 500-1500份；
骨料 500-3000份；
掺合料 10-150份；
胶粉 5-150份；
高效减水剂 1-20份；
抗裂胶囊 1-10份；
消泡剂 0.1-5份；
塑性膨胀剂 0.02-2份；
硬化膨胀剂 20-150份；
早强剂 0.5-10份；
保坍剂 0.5-5份；
纤维 0.5-5份；
拌合水为粉料的0.10-0.35倍。
2.一种注浆结合料，其特征在于，其各组分按重量计为：
水泥 500-1500份；
骨料 500-1500份；
掺合料 10-150份；
胶粉 1-5份；
高效减水剂 1-20份；
抗裂胶囊 1-10份；
消泡剂 0.1-5份；
塑性膨胀剂 0.1-2份；
硬化膨胀剂 20-150份；
早强剂 0.5-10份；
保坍剂 0.5-5份；
纤维 0.5-5份；
乳液 5-150份；
拌合水为粉料的0.10-0.25倍。
3.一种注浆结合料，其特征在于，其各组分按重量计为：
水泥 500-1500份；
骨料 500-1500份；
掺合料 10-150份；
胶粉 5-30份；
高效减水剂 1-20份；
抗裂胶囊 1-10份；
消泡剂 0.1-5份；
塑性膨胀剂 0.1-2份；
硬化膨胀剂 20-150份；
早强剂 0.5-10份；
保坍剂 0.5-5份；
纤维 0.5-5份；
轻质集料 5-150份；
拌合水为粉料的0.10-0.35倍。
4.根据权利要求1所述的注浆结合料，其特征在于，所述骨料为粒径范围为0.18-0.60mm的石英砂；或者粒径5-20mm的碎石。
5.根据权利要求1所述的注浆结合料，其特征在于，所述掺合料选自硅灰、粉煤灰和矿粉中的一种或者多种；
和/或，所述胶粉为由醋酸乙烯酯乙烯共聚物、丙烯酸乙烯酯乙烯共聚物组成的可再分散乳胶粉。
6.根据权利要求1所述的注浆结合料，其特征在于，所述高效减水剂为萘系高效减水剂或聚羧酸高效减水剂。
7.根据权利要求1所述的注浆结合料，其特征在于，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素，羟乙基纤维素或羟丙基纤维素。
8.根据权利要求1所述的注浆结合料，其特征在于，所述消泡剂为有机硅氧烷、聚醚、硅和油复合、含胺、亚胺和酰胺类中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的注浆结合料，其特征在于，所述塑性膨胀剂为铝粉，尿素或EEA塑性膨胀剂；
和/或，所述硬化膨胀剂为UEA，AEA、CEA、HCSA或氧化镁膨胀剂；
和/或，所述早强剂为甲酸钙，亚硝酸钠，硫酸钠，硅酸钠或碳酸钠。
10.一种注浆结合料的性能参数检测方法，其特征在于，包括：
1).检测拌合物表观密度：按照JGJ/T70《建筑砂浆基本性能试验方法》标准进行测量，得到拌合物表观密度；
2).检测出机流动度和90min流动度保留值：按照GB/T50448《水泥基灌浆料应用技术规范》进行测量，得到出机流动度和90min流动度保留值；
3).检测泌水率：按照GB/T50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测量，得到泌水率；
4).检测抗压强度和抗折强度：按照GB/T17671《水泥胶砂强度试验》进行测量，得到抗压强度和抗折强度；
5).检测抗渗性：按照GB/T23440《无机防水堵漏材料》进行测量，得到抗渗性；
6).检测密度分离度，得到密度分离度；
7).检测强度分离度，得到强度分离度；
8).检测注浆结合料与混凝土的24h结合强度，得到注浆结合料与混凝土的24h结合强度；
9).检测注浆结合料与二衬混凝土粘结力，得到注浆结合料与二衬混凝土粘结力；
10).检测注浆结合料与RPC注浆管内侧结合性；
11).检测注浆结合料与RPC注浆管外侧结合性；
其中，所述检测密度分离度包括：
采用立式砂浆搅拌机搅拌足够量的注浆结合料，搅拌时间为5min，采用称重的方法测量出注浆结合料的初始表观密度ρ0；
将所得到的注浆结合料浆体灌满砂浆分层度桶；
静置30min后，先去掉上层20cm砂浆，然后取出底层10cm砂浆，对剩余砂浆重新搅拌1min，再测定砂浆的表观密度ρ1；
按下式计算砂浆的密度分离度：
砂浆的密度分离度(％)＝(上部分注浆结合料密度ρ1-注浆结合料初始密度ρ0)/注浆结合料初始密度ρ0*100，精确至0.1，即得到密度分离度；
所述检测强度分离度包括：
将长度110cm，直径100mm的有机玻璃圆筒固定在水平地板上，并保证接触面密封；
然后将注浆结合料灌注到有机玻璃圆筒中，并达到100cm的高度；24h之后进行脱模，距离顶端50mm的地方开始计管截取100mm的砂浆试块编号为a，同样在距离低端50mm的地方开始计管截取100mm的砂浆试块编号为c，在试件中间截取100mm的砂浆试块编号为b，然后将砂浆试块放置在标准养护室养护至28d。
将所得砂浆试块在压力机上测试抗压力值，并记录力值分别为Ma、Mb和Mc；
按下式计算砂浆的强度分离度：
砂浆的强度分离度(％)＝(上部分注浆结合料强度Ma-下部分注浆结合料强度Mc)/中间部分注浆结合料强度Mb*100，精确至0.1，即得到强度分离度；
所述检测注浆结合料与混凝土的24h结合强度包括：
在试模中浇灌一半稍多的混凝土，混凝土设计标号为C35，振动台上振动密实，振动时间10s，混凝土厚度5±0.5cm，表面不得有脱模剂或脱模油脂材料，放入养护室放置24h，表面覆盖缠绕膜，每组6块，预备成型结合试件；并成型装满模具的基准混凝土试件；
养护24h，剥开缠绕膜，混凝土表面不做任何处理，然后进行下一步的注浆结合料浇注；
按照规定的水料比，搅拌注浆结合料，搅拌5min，将搅拌均匀的注浆结合料缓慢的倒入装有一半混凝土的结合试件试模中，自动流平，刮除多余注浆结合料，放入标准养护室，24h脱模；
脱模后移入标准养护室养护，继续养护6d或27d，分别测试7d抗折强度和28d抗折强度；
抗折测试，基准混凝土试件抗压按照GB/T50081进行；
结合体试件抗折破坏时，记录注浆结合料部分与混凝土部分的结合面是粘结在一起还是剥离分开，如果同龄期的三个试件破坏时结合面处为整体，则判定结合性合格，否则为不合格。脱模时即分离则判定为不合格；
按下式计算结合强度比：
其中：
η结合抗折强度比；
Pb结合试件的抗折强度，MPa；
P0基准混凝土试件的抗折强度，MPa；
即得到注浆结合料与混凝土的24h结合强度；
所述检测注浆结合料与二衬混凝土粘结力包括：
在隧道现场分别在二衬混凝土打完之后，24h内进行注浆作业，然后继续养护28d；
对未注浆位置和注浆位置分别进行钻芯取样，样品直径75mm，长度300mm；
对二衬混凝土施加拉力，得到二衬混凝土抗拉强度P1；对二衬混凝土和注浆材料的结合试件施加拉力，得到注浆后试块的抗拉强度P2；
如果抗拉测试中，注浆后试块的破坏发生在二衬混凝土内部时直接判定粘接力合格；如果破坏在界面处或者在注浆结合料内部，按下式计算抗拉强度比：
L＝p2/p1*100％
其中：
L结合抗折强度比；
P1二衬混凝土抗拉强度，MPa；
P2注浆后试块的抗拉强度，MPa；
所述检测注浆结合料与RPC注浆管内侧结合性包括：
取注浆用的RPC注浆管两根，底部塞上密封塞，约2-3cm深度；
将搅拌好的注浆结合料缓慢倒入RPC注浆管内，并在四周敲击，赶出其中气泡，每根管注浆完成时间不超过3min；
注满后表面包覆塑料膜并用胶带固定，直立放置，放在实验室；
放置7天后，用切割机将注有注浆结合料的RPC注浆管，两端各去掉8cm，按照上、中、下三个区域，分别选取3±0.3cm的小段，两根管共选取6段；
将含有注浆结合料的RPC注浆管，水中浸泡24h，取出放入烘箱中50℃的条件下干燥24h，然后在空气中晾置24h，共计72h为一个循环，累计5个循环后，取出观察；
6个试件中，至少有5个含有注浆结合料的注浆管不开裂，注浆结合料与注浆管不分离即为合格，否则，则为不合格；
所述检测注浆结合料与RPC注浆管外侧结合性包括：
在150*150*150mm的混凝土试模中间，放置好RPC注浆管，然后加入搅拌好的注浆结合料，并且在RPC注浆管内部也加入注浆结合料；
放置在标准养护室养护至28d，进行检测；
判断受力后RPC注浆管断裂还是从注浆结合料中拔出；
如果RPC注浆管断裂则直接判定合格，如果RPC注浆管被拔出，则拉力达到100KN判定粘接力合格。
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Denomination of invention: Grouting binder and its performance parameter detection method Effective date of registration: 20210715 Granted publication date: 20201201 Pledgee: Zhongguancun Beijing technology financing Company limited by guarantee Pledgor: BEIJING HONGRUIJIA SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021990000618 |
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