CN109824319A

CN109824319A - 一种无砂型地铁盾构注浆料及其制备方法

Info

Publication number: CN109824319A
Application number: CN201910119886.4A
Authority: CN
Inventors: 吴洲; 周华新; 沙建芳; 崔巩; 郭飞; 徐海源
Original assignee: Sobute New Materials Co Ltd
Current assignee: Zhenjiang Sobute New Material Co ltd; Sobute New Materials Co Ltd
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2019-02-18
Publication date: 2019-05-31

Abstract

本发明公开了一种无砂型地铁盾构注浆料及其制备方法。本发明所述盾构注浆料由以下组份按照质量比例组成：水泥50%~80%，粉煤灰：5%~25%，石灰石粉：5%~25%，纤维素醚：0.3%~2%，聚丙烯酰胺：0.1%~3%，生物胶：0.01%~2%，吸水树脂：1%~5%。本发明所述的地铁盾构注浆料为无砂体系，克服了市场上大部分注浆料为砂浆体系的缺点，且单方注浆料所需的粉料用量比较小，大大节约了粉料运费。该注浆料干粉料采用工厂化生产，大大节约现场存储空间，减少了现场粉尘污染。同时本发明所述的注浆料具有泵送性能好，保水性能好，泌水率低，抗水分散性能强等优点，可以有效抑制地表沉降及地铁管片上浮。

Description

一种无砂型地铁盾构注浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种地铁盾构施工技术领域的同步注浆料，特别是一种高保水、无砂型惰性浆液及其制备方法。

背景技术

目前地铁施工通常采用盾构施工工艺，盾构机在掘进过程中，在盾构机前部切削土的同时需要辅以盾尾的同步注浆。盾尾同步注浆主要起到控制管片上浮，减少地面沉降和控制结构稳定性的目的。作为土压平衡式盾构施工的必不可少的环节，同步注浆的质量对隧道管片的成型与稳定起重要的作用，而浆液的质量直接决定着注浆的效果，质量较差的浆液可注性、强度、耐久性均比较差，造成注浆不饱满，管片上浮等问题，不能有效控制地面沉降。

目前常用的同步注浆浆液均由施工单位现场拌制，没有一个统一的生产工艺流程，浆液生产过程中质量控制不严格，生产出的浆液质量参差不齐，大部分浆液离析泌水比较严重，这会造成同步注浆过程中出现堵管等质量问题，另外这种浆液填充性能及抗水分散性能也比较差，地铁管片与土体之间不易填充密实，在富水地层中浆体易被冲散。市场上也有部分干粉型同步注浆料销售，主要原材料为集料、胶凝材料、保水增稠材料等，拌制出的注浆料的容重在1900kg/m³以上，单方注浆料需要干粉料1600kg左右，其中集料占比在1000kg/m³左右。综上所述，地铁盾构注浆料的技术关键在于控制注浆料的抗离析泌水能力；同时兼顾注浆料的出浆率，以最少的干粉料拌制最多的注浆料。

目前市场上已有了一些地铁盾构注浆料，其中中国专利CN106904888A和CN106082942A分别公布了一种盾构注浆浆液，保水性能均比较好，泌水率低，具有良好的泵送性能和抗水分散性能。但是这两种注浆料均是采用现场搅拌的方式生产，采用这种方式生产时，现场需要大量堆放原材料，而地铁施工一般是在市区或者人口密集地区，限制了原材料的堆放，注浆料中一般由大量的膨润土、粉煤灰的等轻质粉料，现场堆放也会产生比较严重的粉尘污染。另外，市场上也有部分干粉型地铁盾构注浆料，中国专利CN104478369A公布了一种干粉型盾构注浆料及其使用方法，该注浆料采用工厂生产，罐车输送，密封搅拌的方式，现场只需要一个小型储罐，且搅拌过程全程密封，不会存在粉尘污染，比较适合人口密集地区地铁施工。但是该注浆料的技术路线依然采用传统的砂浆模式，仅仅将干料混合部分转移到专业的拌合站，未能摆脱以砂为主要原材料的手段，在砂石资源日益减少的未来，该技术路线的弊端会逐渐体现。为摆脱对砂石资源的依赖，部分学者也对盾构注浆料有所改进，中国专利CN104609814A公布了一种盾构注浆料，其大量采用盾构泥砂，磷石膏，粉煤灰等工业副产品，解决了盾构注浆料原材料来源问题，同时大量利用工业废渣及盾构废渣，具有良好的社会、经济效应。但是该注浆料依然采用现场搅拌的方式，受场地原因限制比较多。与现有的盾构注浆料相比，本专利所述的盾构注浆料，对干粉料的用量小，300-500kg干粉料即可拌制一方砂浆，与传统砂浆1600kg左右干粉料拌制一方砂浆相比，大大节约了粉料用量；且该注浆料的保水型、抗水分散性能均比较好，适合各种工况下地铁盾构注浆的需要。

发明内容

为了解决现有技术中地铁盾构注浆料对砂的依赖的问题，同时为了提高粉剂的出浆率，提高抗水分散性能，本发明开发出适合地铁盾构用的无砂型注浆料，它具有泵送性能好的特征且兼具高保水、抗水分散等性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种无砂型地铁盾构注浆料，由以下组份按照质量比组成：

其中水泥作为一种胶凝材料，水化后产生一定的强度，可以有效的抑制地表沉降，同时水泥水化产生的氢氧化钙与粉煤灰产生二次水化反应，密实孔隙提高基体后期强度。石灰石粉主要作为一种填料，在基体中主要起填充作用，另外一般石灰石粉价格较低，取代部分胶凝材料可以有效的降低注浆料的成本。纤维素醚、聚丙烯酰胺、生物胶作为复合增稠剂可以提高注浆料在各个阶段的保水性能，保证注浆料在凝结时间的保水性能及抗水分散性能。吸水树脂吸水率较高，具有良好的锁水能力，可以保证在超高水胶比的情况下，注浆料不泌水、不离析。

上述方案中，所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的任意一种或多种以任意比例混合。

上述方案中，所述粉煤灰为一级灰或二级灰。

上述方案中，所述石灰石粉细度为200目以上。

上述方案中，所述纤维素醚的粘度在100000mP·s～200000mP·s之间。

上述方案中，所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚或羟乙基甲基纤维素醚。

上述方案中，所述聚丙烯酰胺的重均分子量在1000万及以上。

上述方案中，所述生物胶为温轮胶、黄原胶中的任意一种或两种以任意比例混合。

本发明所述一种无砂型地铁盾构注浆料的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)按照质量比称取水泥、粉煤灰、石灰石粉加入混料机；

(2)按照质量比称取纤维素醚、聚丙烯酰胺、生物胶、吸水树脂，在水泥、粉煤灰、石灰石粉拌合的同时加入混料机；

(3)混合5～10min后出料，采用袋子或者散装罐车运输。

本发明所述的地铁盾构注浆料采用工厂化生产，现场立罐密封存储，现场密封搅拌的方式。本发明所述的无砂型地铁盾构注浆料的应用方法为：所述盾构注浆料使用时质量比为水：注浆料在3：1～5：1之间。

本发明的机理为：纤维素醚、聚丙烯酰胺、生物胶、吸水树脂等高分子材料在水中分子伸展，分子中的亲水基和疏水基与水作用形成水合分子，分子中的疏水基部分由于疏水作用而折向内侧，形成不溶性的粒状结构，亲水基周围的水与亲水基上的氢键结合，形成牢固的结合水，这部分的水为化学结合水。此外分子内部的三维空间网络间的作用，吸收大量的自由水贮存在聚合物内，也就是说水分子封闭聚合物网络内，这些水的吸附不是纯粹毛细管的吸附，而是高分子网络的物理吸附。这些高分子材料可以牢固吸附自身重量成百上千倍的水分子。

水泥水化过程中产生大量的C-S-H凝胶、钙矾石、氢氧化钙，前两种水化产物相互搭接形成空间网状结构，为硬化后的注浆料提供强度；氢氧化钙与粉煤灰中的火山灰质材料反应，反应的水化产物填充在之前形成的空间网状结构中，提供注浆料后期强度发展。

采用以上技术方案后本发明具有以下优点：(1)粉料用量低，单方注浆料中粉料用量在300-500kg之间，其余均是水，可以大大节约资源。(2)流动性好，拌制好的注浆料马氏锥流锥时间在15s作用，泵送过程中不会发生堵泵等问题，且可以填充满各种微小裂隙，防止后期沉降。(3)保水性好，注浆料泌水率在2％以下，可以大大降低二次补浆的量，部门地段可以不需要二次补浆。(4)占用场地小，现场只需要立一个50m³的圆柱形储罐，占地面积10m²以内，与现场拌制相比节约的大量原材料堆放场所。(5)粉尘少，储罐密封措施好，在卸料口采用搅笼卸料，搅笼内有上水装置可以避免粉尘污染。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和部分数据对本发明做出进一步的详细说明，此处所使用的实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

一种无砂型地铁盾构注浆料，其基本成分的质量比为：

硅酸盐水泥：80％；

一级粉煤灰：5％；

石灰石粉：12％；

粘度100000mP·s的羟丙基甲基纤维素醚：1％；

1000万分子量聚丙烯酰胺：0.5％；

温轮胶：0.5％；

吸水树脂：1％。

拌合完的注浆料的性能见表1，拌合时所用水的比例为：注浆料：水＝1：3。

实施例二

一种无砂型地铁盾构注浆料，其基本成分的质量比为：

硫铝酸盐水泥：50％；

二级粉煤灰：20％；

石灰石粉：24.9％；

粘度为200000mP·s的羟乙基甲基纤维素醚：0.4％；

1400万分子量聚丙烯酰胺：1％；

黄原胶：0.7％；

吸水树脂：3％。

拌合完的注浆料的性能见表1，拌合时所用水的比例为：注浆料：水＝1：4。

实施例三

一种无砂型地铁盾构注浆料，其基本成分的质量比为：

硅酸盐水泥：40％；

铝酸盐水泥：40％；

一级粉煤灰：10％；

石灰石粉：4.9％；

粘度为150000mP·s的羟乙基甲基纤维素醚：2％；

2000万分子量聚丙烯酰胺：0.7％；

温轮胶：0.4；

黄原胶：1％；

吸水树脂：1％。

拌合完的注浆料的性能见表1，拌合时所用水的比例为：注浆料：水＝1：3.5。

实施例四

一种无砂型地铁盾构注浆料，其基本成分的质量比为：

铝酸盐水泥：70％；

一级粉煤灰：15％；

石灰石粉：6.4％；

粘度为150000mP·s的羟乙基甲基纤维素醚：2％；

2000万分子量聚丙烯酰胺：0.1％；

温轮胶：1.5％；

吸水树脂：5％。

拌合完的注浆料的性能见表1，拌合时所用水的比例为：注浆料：水＝1：5。

实施例五

一种无砂型地铁盾构注浆料，其基本成分的质量比为：

硅酸盐水泥：30％；

铝酸盐水泥：40％

一级粉煤灰：15.5％；

石灰石粉：5％；

粘度为100000mP·s的羟丙基甲基纤维素醚：2％；

1200万分子量聚丙烯酰胺：3％；

黄原胶：2％；

吸水树脂：2.5％。

拌合完的注浆料的性能见表1，拌合时所用水的比例为：注浆料：水＝1：4.5。

实施例六

一种无砂型地铁盾构注浆料，其基本成分的质量比为：

硫铝酸盐水泥：30％；

硅酸盐水泥：20％；

铝酸盐水泥：5％；

二级粉煤灰：25％；

石灰石粉：12.4％；

粘度为200000mP·s的羟乙基甲基纤维素醚：1.5％；

2300万分子量聚丙烯酰胺：2％；

温轮胶：0.1％；

吸水树脂：4％。

表1

由表1可以看出，本发明所述的无砂型地铁盾构注浆料泌水率低，只有2.1％以下，远低于部分省份标准中规定5％的要求，大大降低了灌浆地层脱空的风险。拌制后的注浆料容重较低，说明单方需要的粉料较少，经测算单方灌浆料所需要的粉料仅仅只有400kg以下，大大节约的成本。灌浆料的强度大部分都在1.0MPa以上，满足大部分设计1.0MPa以上的要求。灌浆料抗水分散性强，在水中未分散。

Claims

1.一种无砂型地铁盾构注浆料，其特征在于，由以下组份按照质量比组成：

2.根据权利要求1所述的一种无砂型地铁盾构注浆料，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的任意一种或多种以任意比例混合；

所述粉煤灰为一级灰或二级灰；

所述石灰石粉细度为200目以上；

所述纤维素醚的粘度在100000mP·s～200000mP·s之间；

所述聚丙烯酰胺的重均分子量在1000万及以上；

所述生物胶为温轮胶、黄原胶中的任意一种或两种以任意比例混合。

3.根据权利要去2所述的一种无砂型地铁盾构注浆料，其特征在于，所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚或羟乙基甲基纤维素醚。

4.权利要求1至3任一项所述的一种无砂型地铁盾构注浆料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)按照质量比称取水泥、粉煤灰、石灰石粉加入混料机；

(3)混合5～10min后出料，采用袋子或者散装罐车运输。

5.权利要求1至3任一项所述的一种无砂型地铁盾构注浆料的应用方法，其特征在于，所述盾构注浆料使用时的水与注浆料的质量比在3：1～5：1之间。