CN109250987A - 一种隧道带模注浆材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧道带模注浆材料，按重量份数表示，包括组分：低碱硅酸盐水泥54.6‑58.4份，粒径小于1.25mm砂34.8‑38.2份，超细硅灰3.59‑5.31份，膨胀剂2.0‑2.2份，粉剂塑化剂0.4‑0.596份，聚丙烯酸钠0.004‑0.005份，聚醚改性聚硅氧烷0‑0.0026份。所述的隧道带模注浆材料通过掺加超细矿物掺合料，改善骨料和水泥浆的界面结构，改善砂浆的空隙结构，提高砂浆的抗渗性、耐久性和强度，使注浆材料愈难以离析和泌水。然后加高性能减水剂，降低水胶比，并使注浆材料具有较大的流动性和保塑功能，保证施工和注浆材料密实性和泌水性能。

Description

一种隧道带模注浆材料

技术领域

本发明涉及注浆材料的配制，特别是一种隧道拱顶施工采用的带模注浆材料。

背景技术

在矿井支护、隧道等工程中，隧道拱顶混凝土由于施工工艺，二衬砌均需进行防水层内侧空隙回填注浆，回填注浆如不成功，时刻面临着安全风险。隧道拱顶注浆采用带模注浆，该方法对现场适应性强，施工速度快的特点，因而得到广泛的应用。传统注浆材料应用于隧道拱顶注浆暴露出诸多问题，配制的大流动性浆液容易分层离析，泌水量大，无法保证能够完全填充，更无法保证浆液与混凝土之间能很好地粘结。进行钻孔取芯、压水(空气)等检测时，仍有空洞与结合剥落现象等缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种隧道带模注浆材料，至少达到注浆材料难以离析和泌水的目的。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种隧道带模注浆材料，按重量份数表示，包括组分：低碱硅酸盐水泥54.6-58.4份，粒径小于1.25mm砂34.8-38.2份，超细硅灰3.59-5.31份，膨胀剂2.0-2.2份，粉剂塑化剂0.4-0.596份，聚丙烯酸钠0.004-0.005份，聚醚改性聚硅氧烷0-0.0026份。

进一步地，加水配合后，所述隧道带模注浆材料不加掺合料时的水灰比范围在0.29～0.35之间，加上掺合料水水胶比比范围在0.265～0.32之间，水料比为0.17～0.20。

进一步地，所述低碱硅酸盐水泥中氧化钙和氧化硅质量比≥2.0，总碱含量(当量氧化钠)≤0.6％。

进一步地，配制所述低碱硅酸盐水泥所用的熟料，其平均矿物组成以质量百分比计，包括：硅酸三钙为54％，硅酸二钙20％，铝酸三钙7％，铁铝酸四钙14％。

进一步地，所述超细硅灰包括组分SiO₂、Fe₂0₃和Al₂O₃，其中，重量份比，SiO₂85-94份，Fe₂0₃4.5-5.6份，AL₂O₃0.6-0.7份。

进一步地，所述膨胀剂是由石灰石、矾土和石膏配制生料，经电融烧制成含有C4A3S、CaO和CaSO4的熟料，然后将其粉磨成粉状产品，形成的膨胀性结晶水化物-钙矾石。

本发明所述的隧道带模注浆材料通过掺加超细矿物掺合料，改善骨料和水泥浆的界面结构，改善砂浆的空隙结构，提高砂浆的抗渗性、耐久性和强度，使注浆材料愈难以离析和泌水。然后加高性能减水剂，降低水胶比，并使注浆材料具有较大的流动性和保塑功能，保证施工和注浆材料密实性，和泌水性能，解决了传统隧道带模注浆材料的诸多不足和局限性。本发明产品为微膨胀早强缓凝充填砂浆，现场加水直接使用，使用方便。

具体实施方式

本发明一种典型的实施方式提供的一种隧道带模注浆材料，按重量份数表示，包括组分：低碱硅酸盐水泥54.6-58.4份，粒径小于1.25mm砂34.8-38.2份，超细硅灰3.59-5.31份，膨胀剂2.0-2.2份，粉剂塑化剂0.4-0.596份，聚丙烯酸钠0.004-0.005份，聚醚改性聚硅氧烷0-0.0026份。

在一种优选的实施方式中，上述隧道带模注浆材料加水配合后，所述隧道带模注浆材料不加掺合料时的水灰比范围在0.29～0.35之间，加上掺合料水水胶比比范围在0.265～0.32之间，水料比为0.17～0.20。

在一种优选的实施方式中，所述低碱硅酸盐水泥中氧化钙和氧化硅质量比≥2.0，总碱含量(当量氧化钠)≤0.6％。其主要作用是控制带模注浆材料的碱含量。上述低碱硅酸盐水泥选用低碱孰料、低碱石膏和低碱矿物掺合料。低碱孰料用低碱石灰石和其它低碱原材料生产。优选地，配制所述低碱硅酸盐水泥所用的熟料，其平均矿物组成为：硅酸三钙为54％，硅酸二钙为20％，铝酸三钙为7％，铁铝酸四钙14％，其他氧化物为5％，如MgO、SO₃等。

以上实施方式中的砂，采用河砂与机制砂均可。河砂质地坚硬，色泽清亮，含泥量(质量分数)≤1.0％。机制砂选用硬度相当的石料，母岩不应小于60MPa，石粉含量≤7.0％。充分考虑到可灌性与成本，控制在细度(0.63mm方孔筛筛余量)(％)≤15，一般粒径小于1.25mm砂中0.63mm占20％左右，这样总重压浆料也用于压浆≤0.63mm占8％左右。

在另一种优选的实施方式中，所述超细硅灰包括组分SiO₂、Fe₂0₃和Al₂O₃，其中，重量份比，SiO₂85-94份，Fe₂0₃4.5-5.6份，AL₂O₃0.6-0.7份。

超细硅灰其细度小于1μm的占80％以上，平均粒径在0.1～0.3μm，(其细度和比表面积约为水泥的80～100倍，粉煤灰的50～70倍)。SiO2含量高,使胶凝材料具有更好的级配。硅粉提高注浆材料强度的关键在于提高了水泥浆体与集料之间的粘结强度。硅粉的作用为降低泌水、防止水分在集料下表面凝聚,从而提高界面过渡区的密实度和减小界面过渡区的厚度,掺入硅粉能明显降低硬化水泥浆的孔隙率以及过渡区的孔隙,并能提高其抗渗性；降低混凝土中Ca(OH)2含量,降低侵蚀化学药品的扩散速率,也降低了各种硫酸盐离子与Ca(OH)2反应生成钙矾石所造成膨胀的危害性；注浆材料中掺加硅粉是提高水泥石抗冲磨性能的有效途径之一。隧道带模注浆材料中超细硅灰占总量的3.59～5.31份。用量多，注浆材料愈难以离析和泌水。隧道带模注浆材料对浆液离析和泌水性能的改善，解决了速流砂浆注浆的收缩与泌水难题。

此外，由于超细硅灰的掺入提高了注浆材料浆液的密实性，大大减少水泥空隙，提高了浆液的抗渗性能；还能显著改善浆液的抗化学腐蚀性，而且对钢筋的耐腐蚀性也有改善，这是因为密实性的提高和SiO2含量增加，有效地阻止了酸离子的侵入和腐蚀作用。

在另一种优选的实施方式中，所述膨胀剂是由石灰石、矾土和石膏配制生料，经电融烧制成含有C4A3S、CaO和CaSO4的熟料，然后将其粉磨成粉状产品，形成的膨胀性结晶水化物-钙矾石，使浆液产生适度膨胀。

加入膨胀剂的目的是做到周期可控、膨胀率可控。复合材料的强度是从零到有的过程，其收缩主要也出现在前期硬化过程，此时给予一定值域的膨胀，即可带来有利的结果。而到了硬化后期，复合材料强度与结构形态已经趋于稳定，可以采用北京市成城交大建材有限公司代号CC-12膨胀剂。

粉剂塑化剂是由甲基烯丙基聚氧乙烯醚与丙烯酸等为主的多种材料复配。塑化剂能产生很好的和易性，如高流动性、保水性、粘聚性，既保证充分的流动性和贯通性，也具有适宜的粘度，能够充分饱满，但不降低水泥用量和强度，可以采用抚顺东科精细化工有限公司T4-43H粉剂塑化剂。

聚丙烯酸钠作为粘合剂，其作用是能改善水泥在水中的分散，从而减少水泥混合时所需的水量，提高所制注浆材料的强度，可以采用德国科莱蒽产的高分子树脂。

聚醚改性聚硅氧烷是通过亲水性聚醚的接枝改性，可赋予聚硅氧烷以水溶性，使其既具有传统聚硅氧烷的耐高低温、抗老化、低表面张力等优异性能，又具有润滑、柔软、良好的铺展性和乳化稳定性等，增加注浆材料的密实度。可以采用湖北新四海化工产的聚醚改性聚硅氧烷消泡剂。

本发明提供的隧道带模注浆材料是一种以低碱硅酸盐水泥，粒径小于1.25mm砂，超细硅灰，膨胀剂，粉剂塑化剂，聚丙烯酸钠，聚醚改性聚硅氧烷的混合材料。

粉剂塑化剂为低碱硅酸盐水泥量的1.1％之内。主要是考虑到粉剂塑化剂的减水效果、超细硅灰的作用与浆液中水泥用量的影响很大。一般情况下随着粉剂塑化剂掺量增加，减水率增大。但也经常出现例外，即到了一定掺量后甚至出现随掺量增加，减水效果反而“降低”的现象。这并不是说掺量增加其减水作用反而下降了，而是因为此时浆液土出现严重的泌水现象，浆液拌合料板结。

膨胀剂为低碱硅酸盐水泥量的5％之内。核心就是做到周期可控、膨胀率可控。其收缩主要也出现在前期硬化过程，此时给予一定值域的膨胀，即可带来有利的结果。而到了硬化后期，复合材料强度与结构形态已经趋于稳定。

超细硅灰为低碱硅酸盐水泥量的10％之内。掺入硅粉后，对混凝土的强度提高程度可用效率指数来衡量。所谓效率指数是指当用硅粉取代水泥时，1份硅粉对混凝土强度的贡献可能相当于2～5倍水泥所能产生的强度，这个倍数称为硅粉的效率指数。随着硅粉掺量的增加，当硅粉掺量过高时，浆液变得非常粘稠而增加施工的难度。在满足设计对混凝土强度或其他性能要求的前提下，以少掺为宜。

聚丙烯酸钠与聚醚改性聚硅氧烷主要是小料调节剂，掺量为粉剂塑化剂1％与0.5％之内作用是能改善水泥在水中的分散与消泡增加浆液密度作用。

本发明提供的隧道带模注浆材料和普通注浆材料相比，其生产及施工工艺过程在宏观上基本一致，是由多种外加剂生产的干混料，加入一定量的水，拌合均匀后具有流动性、不离析、微膨胀等良好工艺性特点，成型后具有高耐久性、低徐变、体积稳定性好性能，施工方面具有质量可靠，降低成本，缩短工期和使用方便等优点，根本上解决压浆后不密实、不饱满、结合性差等难题。

此外，本发明所述材料细度小于0.63mm的占90％，易于操作，结合性好：采用的注浆填充材料为微膨胀早强缓凝充填砂浆，有较长的可施工时间、优异的自流平性能；与混凝土的粘结性能好，同时高性能注浆材料水化放热反应均匀，非常有利于衬砌混凝土的修复和补强。堵塞防水板焊接孔洞，预防渗漏水。材料具有适宜的流动性能。从而确保了隧洞安全、经济和高效施工。

表1为隧道带模注浆材料具体检测结果；表2为本发明配制的微膨胀注浆料浆体基本性能指标；表3为本发明配制的微膨胀注浆料与衬砌混凝土的结合性能、与注浆管的微膨胀注浆料结合性能。

表1

表2

表3

结合表1、表2和表3所述的检测结果、性能指标，本发明所述的隧道带模注浆材料的有益效果至少可归纳为：

1、流的快，流动性大(浆体流动度可达390～410mm、90min后流动度340～370mm，保证充分的流动性和贯通性，也具有适宜的粘度，能够充分饱满；降低主泵压力，提高施工速度。

2、整体结合性：与混凝土兼容性、结合性以及强度的配套性强；

3、低水胶比，产品加上掺合料水胶比可低在0.26，水料比低为0.17

4、高稳定性，制备出的浆体3h自由泌水率为0，浆体不离析、无沉降、稳定性高。显著特性特性征是静置如果冻冻,动之为流体。

5、塑性阶段微膨胀，补偿化学反应收缩；浆体在塑性阶段和硬化两个阶段的收缩均得有微膨胀，可使压浆饱满。

6、具有良好的抗压性能；强度抗压≥80MPa，抗折强度≥10MPa。

7、内聚性能好，泵送时不堵泵、不堵塞，不分层离析。

下面通过一些实施例对本发明要求保护的技术方案作进一步说明。除非另作特殊说明，本发明中所用材料、试剂均可从本领域商业化产品中获得。

以下实施例提供的隧道带模注浆材料由低碱硅酸盐水泥、粒径小于1.25mm砂、超细硅灰、膨胀剂、粉剂塑化剂、聚丙烯酸钠(粘合剂)和聚醚改性聚硅氧烷表面活性剂配制而成，聚醚改性聚硅氧烷表面活性剂的用量可以为0。

实施例1

下表是每吨所述隧道带模注浆材料的用量。

下表是每方浆液材料的用量(加水配制)。

上述材料水灰比为0.29(不包括掺合料比值)，加上掺合料水水胶比为0.265，水料比为0.17。

以上配比经检测，1)单位容重≥2200kg/m³；2)出机流动度(mm)380-410；3)90min流动度保(mm)≥320；4)分离度(％)0；5)无泌水；6)塑性膨胀率0.01～0.2％；7)强度抗压≥80MPa；8)结合界面外破坏：

实施例2本实施例所述的砂采用矿用河砂。

实施例3本实施例所述的砂采用矿用河砂。

实施例4本实施例所述的砂采用砂用机制砂

实施例5

本发明的拱顶带模注浆材料具体使用方法如下：

1)二次衬台车模板上设置垂直注浆孔、排气孔，浇筑混凝土前在台车底模注浆孔上安装SM-RPC注浆管，注浆时机为拱顶混凝土浇筑完成2h后，脱模前开始注浆，至排气孔和端头模流出浓浆即结束注浆；注浆过程中，若注浆压力超过1.0MPa未出浓浆，即更换注浆孔注浆，直至注浆满足要求。要求每板衬砌均需进行防水层内侧空隙回填注浆，注浆过程中严格控制注浆压力。用地质钻机按设计孔位和角度钻检查孔，提取岩芯进行鉴定，检查注浆效果。

2)将以上所述配合比的低碱硅酸盐水泥、粒径小于1.25mm砂、超细硅灰、膨胀剂、粉剂塑化剂、聚丙烯酸钠(粘合剂)、聚硅氧烷表面活性剂混合组成用，装成50kg一袋。水现场按比例加。

3)采用专用的制浆注浆一体机进行操作。浆液要求连续拌制，拌制过程中严格监控材料用量，确保浆液的质量。制浆部分采用立式双层搅拌机，上层为搅拌桶，下层为储料桶。搅拌速率为50-72转/分，搅拌桶容量为200升，储料桶容量为200-400升。搅拌桶表面有过滤筛及振动下料电机。注浆部分宜采用活塞式压浆机，电机功率不低于6KW，注浆活塞可承受压力不低于5.0MPa。等效垂直输送距离不低于40m。

4)进行数据采集、计算、分析。

需要说明的是，以上实施例是用于解释本发明实施方案，并不超出本发明主题的范围，本发明保护范围不受所述实施例的限定。

Claims (6)

1.一种隧道带模注浆材料，其特征在于，按重量份数表示，包括组分：低碱硅酸盐水泥54.6-58.4份，粒径小于1.25mm砂34.8-38.2份，超细硅灰3.59-5.31份，膨胀剂2.0-2.2份，粉剂塑化剂0.4-0.596份，聚丙烯酸钠0.004-0.005份，聚醚改性聚硅氧烷0-0.0026份。

2.根据权利要求1所述的隧道带模注浆材料，其特征在于：加水配合后，所述隧道带模注浆材料不加掺合料时的水灰比范围在0.29～0.35之间，加上掺合料水水胶比比范围在0.265～0.32之间，水料比为0.17～0.20。

3.根据权利要求1或2所述的隧道带模注浆材料，其特征在于：所述低碱硅酸盐水泥中氧化钙和氧化硅质量比≥2.0，总碱含量(当量氧化钠)≤0.6％。

4.根据权利要求3所述的隧道带模注浆材料，其特征在于：配制所述低碱硅酸盐水泥所用的熟料，其平均矿物组成以质量百分比计，包括：硅酸三钙为54％，硅酸二钙20％，铝酸三钙7％，铁铝酸四钙14％。

5.根据权利要求1、2或4所述的隧道带模注浆材料，其特征在于：所述超细硅灰包括组分SiO₂、Fe₂0₃和Al₂O₃，其中，重量份比，SiO₂85-94份，Fe₂0₃含量为4.5-5.6份，AL₂O₃含量为0.6-0.7份。

6.根据权利要求1、2或4所述的隧道带模注浆材料，其特征在于：所述膨胀剂是由石灰石、矾土和石膏配制生料，经电融烧制成含有C4A3S、CaO和CaSO4的熟料，然后将其粉磨成粉状产品，形成的膨胀性结晶水化物-钙矾石。