CN109354469A - 水泥灌浆材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水泥灌浆材料，水泥灌浆由重量比为1：1：1的第一水泥浆体系、第二水泥浆体系、以及第三水泥浆体系组成，其中，第一水泥浆体系中的各组分含量以重量份数计算为：硫铝酸盐水泥10～20份，无机填料50～80份、膨胀剂5～8份、以及分散剂6～10份；第二水泥浆体系中的各组分含量以重量份数计算为：硅酸盐水泥10～20份，减水剂0.5～1.5份、以及消泡剂0.3～0.8份；第三水泥浆体系中的各组分含量以重量份数计算为：铝酸盐水泥5～15份，增韧剂1～2份，以及调凝剂1～2份。

Description

水泥灌浆材料
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种灌浆材料。
背景技术
随着铁路建设规模日益扩大，高速铁路隧道越来越多。在隧道建设过程中，围岩发生较大变形，稳定性变差，塌方灾害频繁发生。当隧道施工至断层破碎带时，由于围岩等级发生骤降，加上断层破碎带往往富含地下水，原初期支护设计难以维持围岩稳定性，发生大范围塌方。此外，隧道浅埋段覆盖层薄、围岩稳定性差，开挖时易出现塌方等工程事故。隧道塌方会造成工期延误、机械设备损坏、投资费用增加，同时对现场施工人员的生命安全构成巨大威胁，为了保证隧道开挖的稳定性，采取一定的预加固措施是非常必要的。
注浆加固是隧道加固的一种常用的方式，将把具有一定凝胶时间的浆液注入到松散土层或含水岩层裂缝中，浆液凝结后，固结土的颗粒或者充塞岩层裂缝，使土层(岩层)的力学性质得以改善。这种对地层的加固方法设备简单，占地小，不影响交通，加固深度可深可浅，工期短，见效快，施工中噪声小振动小。
国内外目前采用的注浆工艺分为单液、双液两种形式，应该说，从任意调整凝胶时间，尤其是根据需要大幅度延长可注时间的角度看，双液注浆适应面更广。在要求浆液凝胶时间很短，可注时间长的情况下，单液浆是根本无法比拟的。双液注浆目前所采用的基本是水玻璃浆材(以下简称CS液)，尤其其中的“水玻璃+水泥类”浆材，使用更为普遍。其优点是凝胶时间可从几秒至几分钟根据需要灵活调整，材料来源广泛，价格便宜，无毒性。缺点是凝胶体强度偏低，渗透性差、水玻璃不好保管，由于水解作用，其淋溶物将影响环境，耐久性也较差，由于上述影响很多堵水一、二年后又开始漏水。水泥类浆材(含普通水泥、超细水泥、湿磨水泥、硅粉等)普通水泥类浆材价格便宜，来源广泛，无毒，无污染，耐久性较好，但强度偏低，不能注入中细砂层；超细水泥类浆材强度高，耐久性好，可注入中细砂层，但价格较高。水泥类浆料目前所采用单的均为单液注浆形式
如中国专利申请201711048556.8号公开的一种用于灌浆的纤维水泥基浆液，该纤维水泥基浆液由按重量比分别为500g水泥、200～250g水、70～75g钢纤维以及0.8～1.5g外加剂混合而成。但是，该发明依然存在以下缺点或不足：(1)、浆料配置成本较高，需要使用钢纤维；(2)、没有公开外加剂的具体种类及使用比例。
又如中国专利申请201810102955.6号公开的一种水泥基灌浆材料以及灌浆砂浆，水泥基灌浆材料的原料包括水泥、石英砂、减水剂、消泡剂、复合膨胀剂、含锂催化剂、矿物掺合剂以及缓凝剂，其中复合膨胀剂包括硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂、偶氮化合物以及硅氧烷类表面处理剂；灌浆砂浆在水泥基灌浆材料拌合水时加入细石以及复合加强纤维，复合加强纤维包括聚丙烯纤维、玻璃纤维、聚酰胺纤维、分散剂、相容剂以及硅烷偶联剂，达到了能够增强灌浆砂浆的抗压强度、耐开裂性的技术效果。但是该发明的浆液为单液形式，浆液凝胶时间短，可注时间短，加大了注浆难度，对注浆加固效果存在影响。
因此，提供一种适合于加固穿越断层破碎带的隧道浅埋段的水泥灌浆材料成为业内急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种水泥灌浆材料(简称HPC)，其可有效控制本身的凝固时间，便于工业化应用，适应环境广、生产成本低。
为了实现上述目的，本发明提供了一种水泥灌浆材料，水泥灌浆由重量比为1：1：1的第一水泥浆体系、第二水泥浆体系、以及第三水泥浆体系组成，其中，第一水泥浆体系中的各组分含量以重量份数计算为：硫铝酸盐水泥10～20份，无机填料50～80份、膨胀剂5～8份、以及分散剂6～10份；第二水泥浆体系中的各组分含量以重量份数计算为：硅酸盐水泥10～20份，减水剂0.5～1.5份、以及消泡剂0.3～0.8份；第三水泥浆体系中的各组分含量以重量份数计算为：铝酸盐水泥5～15份，增韧剂1～2份，以及调凝剂1～2份。
可选择地，第一水泥浆体系中的无机填料为粉煤灰、矿渣粉、滑石粉或超细硅灰中的一种或多种组合物，无机填料的粒径为0.15～0.20微米。
可选择地，第一水泥浆体系中的膨胀剂为重量比为1：1～2的硫铝酸钙类膨胀剂及氧化镁膨胀剂的混合物。
可选择地，硫铝酸钙类膨胀剂是铝矾土和石灰石按一定比例磨细、成球、高温煅烧、磨细再与一定比例天然硬石膏配置而成，该膨胀剂属于低碱膨胀剂，碱含量低于氧化钙类、明矾石类、普通UEA类膨胀剂，轻烧氧化镁膨胀剂是一种由方镁石或菱镁矿经800～1000℃煅烧而得到的氧化镁经粉磨而成。
可选择地，氧化镁膨胀剂具有水化需水量少、膨胀过程可调控、水化产物稳定的特点，并且其具有延迟膨胀的效应，膨胀曲线均匀时间更长，且无倒缩现象。
可选择地，第一水泥浆体系中的分散剂为聚丙烯酰胺。
可选择地，第二水泥浆体系中的减水剂为聚羧酸减水剂、萘系高效减水剂或氨基磺酸盐高效减水剂。
可选择地，第二水泥浆体系中的消泡剂为有机硅类粉体消泡剂。
可选择地，第三水泥浆体系中的增韧剂为醋酸乙烯、醋酸乙酯或月桂酸乙烯酯中的一种或几种。
可选择地，增韧剂为重量比为1：0.5～1的醋酸乙烯与醋酸乙酯的混合物，或重量比为1：0.5～1的醋酸乙烯与月桂酸乙烯酯的混合物，或重量比为1：0.5～1：0.5～1的醋酸乙烯、醋酸乙酯与月桂酸乙烯酯的混合物。
可选择地，第三水泥浆体系中的调凝剂为葡萄糖酸钠、焦磷酸钠或硫酸钠中的一种或几种。
可选择地，调凝剂为重量比为1：2：2的葡萄糖酸钠、焦磷酸钠或硫酸钠的混合物。
可选择地，水泥灌浆材料适用于桥基灌浆加固、待挖隧道洞体灌浆加固。
可选择的，待挖隧道洞体所处的岩体可以为穿越断层破碎带，断层破碎带的岩性为角砾岩、断层岩及压碎岩。
本发明的有益效果是：(1)、水泥灌浆材料由三种水泥体系组成，在使用时可有效控制本身的初凝时间和终凝时间，便于工业化生产及应用；(2)、水泥灌浆材料具有微膨胀、高流动性，抗压强度和抗折强度均较高，能够适应混凝土、岩层等不同注浆条件；(3)、根据生产需求，可以采用不同材质的微小粒径的无机填料替代水泥基灌浆料，不仅能够增强水泥灌浆材料的强度，还可以节省生产成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明做进一步的说明，下述各实施例仅用于举例说明本发明而不限制本发明的范围。
实施例1：
所采用的配合比为(重量份)：
第一水泥浆体系：硫铝酸盐水泥10份，矿渣粉60份、硫铝酸钙类膨胀剂3份、氧化镁膨胀剂3份、聚丙烯酰胺6～10份。
第二水泥浆体系：硅酸盐水泥15份，聚羧酸减水剂1份、有机硅类粉体消泡剂0.5份。
第三水泥浆体系：铝酸盐水泥10份，醋酸乙烯1份、醋酸乙酯0.5份、葡萄糖酸钠1份。
将上述原料经混合机充分搅拌均匀，加入水后进行注浆。
实施例2～实施例6的原料配比请参照表1。
表1
使用本发明的水泥灌浆材料注浆加固后之后，对进行注浆后的岩层钻孔取芯进行检查，检查后发现浆液与砂石胶结牢固，注浆饱满，浆液填充密实。
尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构和步骤，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。

Claims (10)

1.一种水泥灌浆材料，其特征在于，所述水泥灌浆由重量比为1：1：1的第一水泥浆体系、第二水泥浆体系、以及第三水泥浆体系组成，
其中，所述第一水泥浆体系中的各组分含量以重量份数计算为：硫铝酸盐水泥10～20份，无机填料50～80份、膨胀剂5～8份、以及分散剂6～10份；
所述第二水泥浆体系中的各组分含量以重量份数计算为：硅酸盐水泥10～20份，减水剂0.5～1.5份、以及消泡剂0.3～0.8份；
所述第三水泥浆体系中的各组分含量以重量份数计算为：铝酸盐水泥5～15份，增韧剂1～2份，以及调凝剂1～2份。
2.如权利要求1所述的水泥灌浆材料，其特征在于，所述第一水泥浆体系中的所述无机填料为粉煤灰、矿渣粉、滑石粉或超细硅灰中的一种或多种组合物，所述无机填料的粒径为0.15～0.20微米。
3.如权利要求2所述的水泥灌浆材料，其特征在于，所述第一水泥浆体系中的所述膨胀剂为重量比为1：1～2的硫铝酸钙类膨胀剂及氧化镁膨胀剂的混合物。
4.如权利要求2所述的水泥灌浆材料，其特征在于，所述第一水泥浆体系中的所述分散剂为聚丙烯酰胺。
5.如权利要求1所述的水泥灌浆材料，其特征在于，所述第二水泥浆体系中的所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘系高效减水剂或氨基磺酸盐高效减水剂。
6.如权利要求5所述的水泥灌浆材料，其特征在于，所述第二水泥浆体系中的所述消泡剂为有机硅类粉体消泡剂。
7.如权利要求1所述的水泥灌浆材料，其特征在于，所述第三水泥浆体系中的所述增韧剂为醋酸乙烯、醋酸乙酯或月桂酸乙烯酯中的一种或几种。
8.如权利要求7所述的水泥灌浆材料，其特征在于，所述增韧剂为重量比为1：0.5～1的醋酸乙烯与醋酸乙酯的混合物，或重量比为1：0.5～1的醋酸乙烯与月桂酸乙烯酯的混合物，或重量比为1：0.5～1：0.5～1的醋酸乙烯、醋酸乙酯与月桂酸乙烯酯的混合物。
9.如权利要求7所述的水泥灌浆材料，其特征在于，所述第三水泥浆体系中的所述调凝剂为葡萄糖酸钠、焦磷酸钠或硫酸钠中的一种或几种。
10.如权利要求9所述的水泥灌浆材料，其特征在于，所述调凝剂为重量比为1：2：2的葡萄糖酸钠、焦磷酸钠或硫酸钠的混合物。
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