CN108793857A - 一种盾构施工同步注浆用干混砂浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构施工同步注浆用干混砂浆及其制备方法，按质量百分数计，包括：水泥12％～21％，粉煤灰10％～16％，钙基膨润土3％～7％，河砂42％～56％，钢渣粉12％～18％，专用外加剂0.22％～0.74％；所述专用外加剂按质量百分数计包括：萘系减水剂22％～37％，甲基纤维素醚0.20％～0.34％，葡萄糖酸钠0.14％～0.31％，粉煤灰62％～78％；所得干混砂浆流动性好、易于填充、可注时间长、抗水分散强、强度稳定，与水混合后用于隧道工程盾构管片同步注浆，具有较高稳定性和流动性、较小流动性经时损失性，以及适宜凝结时间和较强抗分散性。

Description

一种盾构施工同步注浆用干混砂浆及其制备方法

技术领域

[0001]本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种盾构施工同步注浆用干混砂浆及其 制备方法。

背景技术

[0002]在盾构施工过程中，为防止隧道上浮，在盾构掘进同时通过注浆来填充盾尾空隙， 此施工工艺称为同步注浆，所用砂浆即为同步注浆专用砂浆。同步注浆是盾构法隧道施工 的重要环节，对抵抗土体变形、控制隧道稳定和提高隧道防水性起着重要作用，所以同步注 浆专用砂浆是注浆成败关键，关系到注浆成本、施工控制、注浆效果和隧道质量。

[0003]同步注浆专用砂浆不同于一般工程上所用的抹面砂浆或砌筑砂浆，其一旦灌注入 地铁管片环外空隙中后，不须考虑水分蒸发干缩问题。另外，由于盾构法注浆工艺要求，须 有较高稳定性和流动性、较小流动性经时损失性、适宜凝结时间和较强抗分散性等性能。同 步注浆专用砂浆的稳定性良好，砂浆不易离析分层，否则在注浆过程中将导致注浆堵管，既 影响施工进度，又影响注浆效果;砂浆流动性高有利于注浆的实施，较小的流动性经时损失 性和适宜的凝结时间时专用砂浆可注时间长，可用于隧道管线过长或不能马上注浆等特殊 情况，较强的抗分散性可防止砂浆受到水流冲刷出现离析分层，影响注浆效果。

发明内容

[0004] 为克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种盾构施工同步注浆用干 混砂浆及其制备方法，所得干混砂浆流动性好、易于填充、可注时间长、抗水分散强、强度稳 定，可有效防止管片上浮，将其与水按比例混合后用于隧道工程盾构管片同步注浆，具有较 高稳定性和流动性、较小流动性经时损失性，以及适宜凝结时间和较强抗分散性。

[0005] 本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

[0006] 第一方面，一种盾构施工同步注浆用干混砂浆，按质量百分数计，包括以下组分：

[0007] 水泥12%〜21 %，粉煤灰10%〜16%，钙基膨润土3%〜7 %，河砂42%〜56%，钢 渣粉12%〜18%，专用外加剂0 • 22%〜0.74 % ;其中，所有各组分均为粉状材料，且各组分 的质量百分比之和为1〇〇%。

[0008]进一步地，所述盾构施工同步注浆用干混砂浆，按质量百分数计，包括以下组分：

[0009] 水泥16%〜20 %，粉煤灰12%〜14%，钙基膨润土4%〜6 %，河砂47%〜53%，钢 渣粉12%〜16%，专用外加剂0.35%〜0.65%;其中，所有各组分均为粉状材料，且各组分 质量百分比之和为100%。

[0010] 更进一步地，所述的盾构施工同步注浆用干混砂浆，按质量百分数计，包括以下组 分：

[0011] 水泥I8%，粉煤灰13%，钙基膨润土4.5%，河砂5〇%，钢渣粉14%，专用外加剂 0.50 %，且所有各组分均为粉状材料。

[0012] 进一步地，所述专用外加剂按质量百分数计，包括以下组分：

[0013] 萘系减水剂22%〜37%，

[0014] 甲基纤维素醚0.20%〜0.34%，

[0015] 葡萄糖酸钠0.14%〜0.31%，

[0016] 粉煤灰62%〜78%，且上述各组分质量百分比之和为100% ;其中，

[0017]所述萘系减水剂的减水率>14%;

[0018]所述甲基纤维素醚的粘度为20000〜60000;

[0019]所述粉煤灰的等级为n级。

[0020]更进一步地，所述专用外加剂按质量百分数计，包括以下组分：

[0021] 萘系减水剂31%，

[0022] 甲基纤维素醚0.24%，

[0023] 葡萄糖酸钠0.19%，

[0024] 粉煤灰68.57 %;其中，

[0025] 所述萘系减水剂的减水率为18%;

[0026] 所述甲基纤维素醚的粘度为46000;

[0027]所述粉煤灰的等级为n级。

[0028]需要说明的是，所述萘系减水剂为混凝土高效减水剂，减水率> 14%，在保持浆体 流动性一致情况下，显著降低浆体的用水量，提高浆液密度及硬化浆体强度和防水性;所述 甲基纤维素醚主要起增稠保水作用，提高浆液的可栗性和工作持久性;所述葡萄糖酸钠作 为缓凝剂，可延迟浆体的凝结时间，增加材料的可注时间;所述粉煤灰在所述专用外加剂中 作为介质填充，避免所述专用外加剂由于用量过小，在配制同步注浆用干混砂浆时难易撹 拌均匀。

[0029]在一些优选的实施方式中，所述水泥为P. C32.5复合硅酸盐水泥，所述粉煤灰为n 级灰，所述钙基膨润土的细度大于200目，所述河砂细度模数为1.6〜2.8，连续级配，且最大 粒径<5mm，所述钢渣粉的细度大于25〇目。需要进一步说明的是，所述水泥用于增加硬化浆 体强度，并为激发粉煤灰的火山灰活性提供碱性环境条件;所述粉煤灰通过发挥火山灰活 性，为硬化浆体提供一定后期强度;所述钙基膨润土起到增稠剂的作用，提高浆液的稠度进 而提高其抗剪切屈服强度，同时也可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;所述河砂作为主要骨料，起填充和骨架的作用;所述钢渣粉一方面 起到骨料作用，另一方面可消化一定量工业废渣。

[0030] 第二方面，上述盾构施工同步注浆用千混砂浆的制备方法，包括以下步骤：

[0031] (1)先按照配比称取所述原料组分，并烘干至含水率<1% ;

[0032] (2)将步骤(1)中所述萘系减水剂、甲基纤维素醚、葡萄糖酸钠和粉煤灰均匀混合， 得专用外加剂；

[0033] (3)将所述水泥、粉煤灰、钙基膨润土、河砂、钢渣粉与步骤(¾中所得专用外加剂 均匀混合，即得。

[0034]第三方面，一种盾构施工同步注浆，包括所述盾构施工同步注浆用干混砂衆，还包 括水;其中，所述水量占所述干混砂浆质量的15 %〜24%。

[0035]进一步地，所述的盾构施工同步注楽中所述水量占所述干混砂衆质量的18%。 [0036]与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0037] —、本发明的盾构施工同步注浆用干混砂浆流动性好、易于填充、可注时间长、抗 水分散强、强度稳定，可有效防止管片上浮，将其与水按比例混合后用于隧道工程盾构管片 同步注浆，具有较高稳定性和流动性、较小流动性经时损失性，以及适宜凝结时间和较强抗 分散性，可满足不同工况下盾构同步注浆的施工需求。

[0038]二、本发明的盾构施工同步注浆用千混砂浆原材料广泛易得，且使用钢渣粉替代 部分河砂，在保障浆体使用性能前提下有效利用工业废渣，降低生产成本，且本发明制备方 法简单，易于产业化生产。

具体实施方式

[0039]下面详细说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，以 下实施例中的实验方法如无特殊说明均为常规方法，试剂与材料无特殊说明均市售可得。 [0040] 实施例1

[0041]制备盾构施工同步注浆用干混砂浆，先按以下质量百分比称取各原料组分:水泥 18%，粉煤灰13%，钙基膨润土4.5%，河砂50%，钢渣粉14%，专用外加剂0.50%，均为粉状 材料;所用专用外加剂按以下质量百分比称取原料组分：萘系减水剂31%，甲基纤维素醚 〇 • 24 %，葡萄糖酸钠0.19 %，粉煤灰68.57 %。

[0042]其中，所用水泥为P. C32 • 5复合硅酸盐水泥，安徽海螺水泥股份有限公司生产;所 用粉煤灰为F类II级灰，细度18%，需水量比101 %，湖州市德清粉煤灰有限公司产;所用钙 基膨润土的细度250目，市售可得;所用河砂细度模数为2.3的普通河砂，表观密度2550kg/ m3;所用钢渣粉细度300目，上海宝田新型建材有限公司产。

[0043]所用专用外加剂中的萘系减水剂，减水率is%，浙江五龙新材股份有限公司产；甲 基纤维素醚，粘度为46〇00;葡萄糖酸钠，购自国药集团化学试剂有限公司，分析纯;粉煤灰 为F类II级灰，细度18%，需水量比101 %，湖州市德清粉煤灰有限公司产。

[0044] 将上述原料组分烘干至含水率< 1 %，按照配比将其中萘系减水剂、甲基纤维素 醚、葡萄糖酸钠和粉煤灰均匀混合，得专用外加剂;再将上述水泥、粉煤灰、钙基膨润土、河 砂、钢渣粉与所得专用外加剂均匀混合，即得。

[0045] 实施例2

[0046]制备盾构施工同步注浆用干混砂浆，先按以下质量百分比称取各原料组分:水泥 12%，粉煤灰10%，钙基膨润土3 • 78%，河砂56%，钢渣粉18%，专用外加剂〇 • 22%，均为粉 状材料;所用专用外加剂按以下质量百分比称取原料组分:萘系减水剂22%，甲基纤维素醚 0.20 %，葡萄糖酸钠0.14 %，粉煤灰77.66 %。

[0047]其中，所用水泥为P. C32.5复合硅酸盐水泥，安徽海螺水泥股份有限公司生产;所 用粉煤灰为F类n级灰，细度18%，需水量比101 %，湖州市德清粉煤灰有限公司产;所用钙 基膨润土的细度250目，市售可得;所用河砂细度模数为1_6的普通河砂，连续级配，且最大 粒径;所用钢渣粉细度300目，上海宝田新型建材有限公司产。

[0048]所用专用外加剂中的萘系减水剂，减水率I5%，浙江五龙新材股份有限公司产；甲 基纤维素醚，粘度为20000;葡萄糖酸钠，购自国药集团化学试剂有限公司，分析纯;粉煤灰 为F类n级灰，细度18 %，需水量比101 %，湖州市德清粉煤灰有限公司产。

[0049]将上述原料组分烘干至含水率<1 %，按照配比将其中萘系减水剂、甲基纤维素 醚、葡萄糖酸钠和粉煤灰均匀混合，得专用外加剂;再将上述水泥、粉煤灰、钙基膨润土、河 砂、钢渣粉与所得专用外加剂均匀混合，即得。

[0050] 实施例3

[0051]制备盾构施工同步注浆用干混砂浆，先按以下质量百分比称取各原料组分:水泥 21%，粉煤灰16%，钙基膨润土7%，河砂43.26%，钢渣粉12%，专用外加剂0.74%，均为粉 状材料;所用专用外加剂按以下质量百分比称取原料组分:萘系减水剂37 %，甲基纤维素醚 〇 • 34%，葡萄糖酸钠0 • 31 %，粉煤灰62.35%。

[0052]其中，所用水泥为P• C32 • 5复合硅酸盐水泥，安徽海螺水泥股份有限公司生产;所 用粉煤灰为F类II级灰，细度1S%，需水量比101 %，湖州市德清粉煤灰有限公司产;所用钙 基膨润土的细度250目，市售可得;所用河砂细度模数为2.8的普通河砂;所用钢渣粉细度 300目，上海宝田新型建材有限公司产。

[0053] 所用专用外加剂中的萘系减水剂，减水率20%，浙江五龙新材股份有限公司产；甲 基纤维素醚，粘度为6〇〇〇〇;葡萄糖酸钠，购自国药集团化学试剂有限公司，分析纯;粉煤灰 为F类D级灰，细度18 %，需水量比101 %，湖州市德清粉煤灰有限公司产。

[0054]将上述原料组分烘干至含水率<1 %，按照配比将其中萘系减水剂、甲基纤维素 醚、葡萄糖酸钠和粉煤灰均匀混合，得专用外加剂;再将上述水泥、粉煤灰、钙基膨润土、河 砂、钢渣粉与所得专用外加剂均匀混合，即得。

[0055] 实施例4

[0056]制备盾构施工同步注浆用干混砂浆，先按以下质量百分比称取各原料组分:水泥 I6%，粉煤灰12%，钙基膨润土4 • 65 %，河砂51 %，钢渣粉ie%，专用外加剂〇. 35%，均为粉 状材料;所用专用外加剂按以下质量百分比称取原料组分:萘系减水剂31%，甲基纤维素醚 〇. 24 %，葡萄糖酸钠0 • 19 %，粉煤灰68.57 %。

[0057]其中，所用水泥为P. C32.5复合硅酸盐水泥，安徽海螺水泥股份有限公司生产;所 用粉煤灰为F类n级灰，细度18 %，需水量比101 %，湖州市德清粉煤灰有限公司产;所用钙 基膨润土的细度250目，市售可得;所用河砂细度模数为2 • 3，普通河砂，细度模数2.5，表观 密度2550kg/m3;所用钢渣粉细度300目，上海宝田新型建材有限公司产。

[0058]所用专用外加剂中的萘系减水剂，减水率18%，浙江五龙新材股份有限公司产；甲 基纤维素醚，粘度为46〇〇〇;葡萄糖酸钠，购自国药集团化学试剂有限公司，分析纯;粉煤灰 为F类n级灰，细度18 %，需水量比101 %，湖州市德清粉煤灰有限公司产。

[0059]将上述原料组分烘干至含水率<1 %，按照配比将其中萘系减水剂、甲基纤维素 醚、葡萄糖酸钠和粉煤灰均匀混合，得专用外加剂;再将上述水泥、粉煤灰、钙基膨润土、河 砂、钢渣粉与所得专用外加剂均匀混合，即得。

[0060] 实施例5

[0061]制备盾构施工同步注浆用干混砂浆，先按以下质量百分比称取各原料组分:水泥 2〇%，粉煤灰14%，钙基膨润土5 • 35 %，河砂47%，钢渣粉13 %，专用外加剂〇 • 65%，均为粉 状材料;所用专用外加剂按以下质量百分比称取原料组分:萘系减水剂31 %，甲基纤维素醚 〇 • 24%，葡萄糖酸钠0 • 19%，粉煤灰68.57%。

[0062]其中，所用水泥为P• C32 • 5复合硅酸盐水泥，安徽海螺水泥股份有限公司生产;所 用粉煤灰为F类II级灰，细度18%，需水量比101 %，湖州市德清粉煤灰有限公司产;所用钙 基膨润土的细度25〇目，市售可得;所用河砂细度模数为2.3，普通河砂，细度模数2.5，表观 密度2550kg/m3;所用钢渣粉细度300目，上海宝田新型建材有限公司产。

[0063] 所用专用外加剂中的萘系减水剂，减水率18%，浙江五龙新材股份有限公司产；甲 基纤维素醚，粘度为46〇00;葡萄糖酸钠，购自国药集团化学试剂有限公司，分析纯;粉煤灰 为F类II级灰，细度18%，需水量比101%，湖州市德清粉煤灰有限公司产。

[0064]将上述原料组分烘干至含水率<1 %，按照配比将其中萘系减水剂、甲基纤维素 醚、葡萄糖酸钠和粉煤灰均匀混合，得专用外加剂;再将上述水泥、粉煤灰、钙基膨润土、河 砂、钢渣粉与所得专用外加剂均匀混合，即得。

[0065]将实施例1中制备的盾构施工同步注浆用干混砂浆和水按比例均匀，水占干混砂 浆质量的18 %，得盾构施工同步注浆。经测试，初始坍落度为160mm，24h坍落度为11 〇mm，湿 表观密度为2_2g/cm3,压力泌水率为2.3%，抗剪屈服强度为1320Pa，28d抗压强度为 4.7MPa，进一步证明其用于隧道工程盾构管片同步注浆具有较高稳定性和流动性、较小流 动性经时损失性，以及适宜凝结时间和较强抗分散性，可满足不同工况下盾构同步注浆的 施工需求。

[0066]取某市售同步注浆用干混砂浆，按其推荐用水量即水料比为〇.16:1在实验室拌制 浆体测试其各项性能，所用搅拌机为砂浆搅拌机，实验室环境条件为(2〇±2) °C、仿0±5) % R.H_;经测试，初始坍落度为17(bim，24h坍落度为130mm，湿表观密度为2• 〇g/cm3，压力泌水 率为8.1 %，抗剪屈服强度为1120Pa，28d抗压强度为3. OMPa。可见该同步注浆用干混砂浆具 有较高的流动性及较小的流动性经时损失性，然而其压力泌水率过高、抗剪屈服强度和28d 抗压强度均过低，表明同步注浆用干混砂浆的稳定性、抗隧道上浮能力及强度均不理想。原 因在于该同步注浆用干混砂浆的原材料不含水泥，强度增长方式是单纯的碱激发模式，难 以保证28d强度;另外该同步注浆用干混砂浆原材料中增稠成分功效不大，致使衆体的稳定 性和抗剪屈服强度不好。本发明的盾构施工同步注浆用干混砂浆原材料使用复合硅酸盐水 泥，浆体强度增长方式为水泥水化及碱激发两种，有效保障浆体的强度发展。另外原材料中 还包含缓凝剂、增稠剂等，经反复试验优化配方使各原材料性能充分发挥，衆体的各项性能 平衡稳定。

[0067]以上所述为$发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例所公开的 内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范 围。

Claims (9)

1.一种盾构施工同步注浆用干混砂浆，其特征在于，按质量百分数计，包括以下组分： 水泥12 %〜21 %，粉煤灰10 %〜16%，钙基膨润土3%〜7 %，河砂42%〜56 %，钢渣粉 12%〜18%，专用外加剂0.22%〜0 • 74% ;其中，所述各组分均为粉状材料，且质量百分比 之和为100%。

2.如权利要求1所述的盾构施工同步注浆用干混砂浆，其特征在于，按质量百分数计， 包括以下组分： 水泥16 %〜20 %，粉煤灰12 %〜14 %，钙基膨润土4 %〜6 %，河砂47 %〜53 %，钢渣粉 12%〜16%，专用外加剂0.35%〜0.65%;其中，所述各组分均为粉状材料，且质量百分比 之和为100%。

3.如权利要求1或2所述的盾构施工同步注浆用干混砂浆，其特征在于，按质量百分数 计，包括以下组分： 水泥18%，粉煤灰13%，钙基膨润土4.5%，河砂50%，钢渣粉14%，专用外加剂0.50%， 且所述各组分均为粉状材料。

4.如权利要求1所述的盾构施工同步注浆用干混砂浆，其特征在于，所述专用外加剂按 质量百分数计，包括以下组分： 萘系减水剂22 %〜37%， 甲基纤维素醚0 • 20 %〜0.34 %， 葡萄糖酸钠0.14 %〜0.31%， 粉煤灰62%〜78%，且上述各组分质量百分比之和为1〇0%;其中， 所述萘系减水剂的减水率>14% ; 所述甲基纤维素醚的粘度为20000〜60000; 所述粉煤灰的等级为n级。

5.如权利要求4所述的盾构施工同步注浆用干混砂浆，其特征在于，所述专用外加剂按 质量百分数计，包括以下组分： 萘系减水剂31%， 甲基纤维素醚0.24%， 葡萄糖酸钠0.19%， 粉煤灰68.57%;其中， 所述萘系减水剂的减水率为18% ; 所述甲基纤维素醚的粘度为46000; 所述粉煤灰的等级为n级。

6.如权利要求1所述的盾构施工同步注浆用干混砂浆，其特征在于， 所述水泥为P. C32.5复合硅酸盐水泥； 所述粉煤灰为n级灰； 所述钙基膨润土的细度不低于200目； 所述河砂细度模数为1.6〜2.8，连续级配，且最大粒径< 5mm; 所述钢渣粉的细度不低于250目。

7.如权利要求1〜6任一项所述盾构施工同步注浆用干混砂浆的制备方法，其特征在 于，包括以下步骤： (1) 先按照配比称取所述原料组分，并烘干至含水率< 1 %; (2) 将步骤（1)中所述萘系减水剂、甲基纤维素醚、葡萄糖酸钠和粉煤灰均匀混合，得专 用外加剂； (3) 将所述水泥、粉煤灰、钙基膨润土、河砂、钢渣粉与步骤(2)中所得专用外加剂均匀 混合，即得。

8. —种盾构施工同步注浆，其特征在于，包括如权利要求1〜6任一项所述盾构施工同 步注浆用干混砂浆，还包括水;其中，所述水量占所述干混砂浆质量的15%〜24%。

9. 如权利要求8所述的盾构施工同步注浆，其特征在于，所述水量占所述干混砂浆质量 的 18%。