CN110173280B - 适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液及其制备和应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液及其制备和应用方法,一种适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液,由重量比为1:(0.5‑0.7)的A液和B液混合而成;所述A液包括如下重量份的原料:水泥120‑140份、偏高岭土15‑20份、速凝剂1‑2份、高效减水剂1‑2份和水50‑60份;所述速凝剂由包含如下重量份的原料制成:硫酸铝40‑50份、甲酸钙10‑15份、氯化钙3‑6份、海藻酸钠1‑2份、羧甲基纤维素钠0.5‑0.7份和水80‑90份;所述B液由重量比为0.8:1的水和水玻璃原液组成。本发明的注浆液可以快速与周围破碎岩块固结成具有一定强度的结石体,切断地下水流通路,达到固结止水的目的。
Description
技术领域
本发明涉及建筑灌浆技术领域,更具体的说,它涉及一种适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液及其制备和应用方法。
背景技术
引水隧洞是自水源地引水的水工隧洞;为防止岩石坍塌和渗水,洞身段常用锚喷(采用锚杆和喷射混凝土)或钢筋混凝土进行支护;在引水隧洞施工中,通常需要对引水隧洞进行一次衬砌以及二次衬砌,一次衬砌是指初期支护的钢拱架等完工后,喷射混凝土覆盖,亦即紧贴围岩的那一层混凝土;二次衬砌是指紧贴一次衬砌的那层混凝土,通常绑扎钢筋骨架,然后用整体模板浇筑。隧洞衬砌后要在拱顶进行回填灌浆施工,在灌浆前,需要开挖灌浆孔用于注入注浆液,但是对于地质复杂的富水断层破碎带,在施工的过程中,由于水压过大,会出现开挖面或者灌浆孔涌水的现象,此时灌浆孔中的注浆液还未完全凝结,则会容易出现跑浆或窜浆的现象,影响其注浆堵水效果。因此,如何能够提高富水断层施工环境中的注浆堵水效果,是一个需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液,其通过添加了速凝剂的注浆液可以快速扩散到衬砌的灌浆孔中,在富水断层施工环境下,本发明的注浆液可以快速与周围破碎岩块固结成具有一定强度的结石体,切断地下水流通路,达到固结止水的目的。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
一种适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液,由重量比为1:(0.5-0.7)的A液和B液混合而成;所述A液包括如下重量份的原料:水泥120-140份、偏高岭土15-20份、速凝剂1-2份、高效减水剂1-2份以及水50-60份;所述速凝剂由包含如下重量份的原料制成:硫酸铝40-50份、甲酸钙10-15份、氯化钙3-6份、海藻酸钠1-2份、羧甲基纤维素钠0.5-0.7份以及水80-90份;所述B液由重量比为0.8:1的水以及水玻璃原液组成。
通过采用上述技术方案,添加了速凝剂的注浆液可以快速扩散到衬砌的灌浆孔中,在富水断层施工环境下,注浆液可以快速与周围破碎岩块固结成具有一定强度的结石体,切断地下水流通路,达到固结止水的目的;通过偏高岭土、速凝剂与水玻璃的配合,在缩短凝结时间的同时,也可以提高注浆液的早期强度。
进一步地,所述速凝剂采用如下方法制备:以重量份数计:
①取40-50份硫酸铝,向其中加入50-60份水,加热至60-70℃,得到硫酸铝悬浮液;
②取10-15份甲酸钙、4-6份氯化钙,向其中加入30-40份水,加热至40-50℃;搅拌均匀10-20min,得到改性剂;
③向硫酸铝悬浮液升温至60-80℃,向硫酸铝悬浮液中加入改性剂,以600-800r/min的速度搅拌30-40min后,保温60-90min,然后冷却至室温后,再加入1-2份海藻酸钠以及0.5-0.7份羧甲基纤维素钠,搅拌均匀,得到速凝剂。
通过采用上述技术方案,通过具有速凝效果的甲酸钙与氯化钙混合制得改性剂,将其与硫酸铝、海藻酸钠以及羧甲基纤维素钠配合后,可以缩短注浆液的凝结时间,将添加速凝剂的A液与水玻璃配合后,可以进一步缩短凝结时间,并且可以提高其早期强度。
进一步地,所述水泥为重量比为1:4的硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥,水泥的细度为80μm方孔筛,其筛余量≤5%。
通过采用上述技术方案,硫铝酸盐水泥具有早强高强性能,其与普通硅酸盐水泥作为原料制得的注浆液具有凝结速度快以及早期强度高的特点,适合在富水的环境下使用。
进一步地,所述水玻璃原液的浓度为42-45°Bé;密度为1.42-1.45kg/cm3;模数为2.4-2.8。
本发明的目的之二在于提供一种适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液的制备方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
一种适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液的制备方法,包括如下步骤:
(1)以重量份数计,将水泥120-140份、偏高岭土15-20份、速凝剂1-2份、高效减水剂1-2份以及水50-60份,搅拌均匀,得到A液;
(2)按照重量比为0.8:1的比例,将水与水玻璃原料混合并搅拌均匀,得到B液;(3)将A液与B液混合均匀,即可得到适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液。
通过采用上述技术方案,添加速凝剂的A液与B液的水玻璃原液配合后,可以快递凝结并且与周围破碎岩块固结成具有一定强度的结石体,防止注浆液被地下水稀释,适合在富水断层环境中使用。
本发明的目的之三在于提供一种适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液的应用备方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
一种适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液的应用方法,包括如下步骤:
S1、预埋钢管:在衬砌施工时,在顶拱100°范围内预埋外径为42mm、壁厚为3.5mm的热轧无缝钢管;
S2、灌浆孔钻孔:在热轧无缝钢管上钻出若干个灌浆孔,灌浆孔的直径为6-8mm,相邻灌浆孔的间距为10-20cm;然后将热轧无缝钢管顶入衬砌中;
S3、灌浆:灌浆分为两个次序进行,先向I序孔中注入水灰比为0.6的水泥浆液,当II序孔排出水灰比为0.55-0.6的水泥浆液后,将I序孔堵塞,然后向II序孔中注入注浆液;注浆完毕后,采用干硬性水泥砂浆将灌浆孔封填密实即可。
通过采用上述技术方案,在采用注浆液进行二次衬砌回填施工时,采用分序灌浆,先注入水泥浆液,可以将灌浆孔中的水排出,防止注浆液被稀释,有利于提高注浆液的凝结速度。
进一步地,S3中注浆压力为地下水静水压力的2-3倍。
通过采用上述技术方案,在注浆时,根据实际情况,采用地下水静水压力的2-3倍进行注浆,可以防止地下水上涌,提高注浆堵水效果。
进一步地,当钻孔出水量>50L/min时,注浆速度为80-100L/min;当钻孔出水量等于0-50L/min时,注浆速度为60-80L/min。
通过采用上述技术方案,在注浆时,根据实际情况,控制注浆压力以及注浆速度,可以防止地下水上涌,提高注浆效果。
进一步地,所述水泥浆液由重量比为0.6:1的水泥与水混合而成,所述水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥,水泥的细度为80μm方孔筛,其筛余量≤5%。
通过采用上述技术方案,水泥砂浆的加入可以排出灌浆孔中的地下水,有利于提高注浆液的凝结速度。
进一步地,所述干硬性水泥砂浆由重量比为0.5:1:2的水、水泥、砂子混合而成;所述水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥,水泥的细度为80μm方孔筛,其筛余量≤5%;所述砂子为Ⅱ区中砂,平均粒径为0.5-0.25mm连续级配,表观密度2670-2690kg/m3,含泥量<1.0%。
通过采用上述技术方案,以水、水泥以及砂子按照重量比为0.5:1:2的比例进行混合,得到的干硬性水泥砂浆可以提高注浆液的凝结强度。
综上所述,本发明相比于现有技术具有以下有益效果:
1.添加了速凝剂的注浆液可以快速扩散到衬砌的灌浆孔中,在富水断层施工环境下,注浆液可以快速与周围破碎岩块固结成具有一定强度的结石体,切断地下水流通路,达到固结止水的目的;通过偏高岭土、速凝剂与水玻璃的配合,缩短凝结时间的同时,也可以提高注浆液的早期强度;
2.硫铝酸盐水泥具有早强高强性能,其与普通硅酸盐水泥作为原料制得的注浆液具有凝结速度快以及早期强度高的特点,适合于在富水的环境下使用;
3.在注浆时,根据实际情况,控制注浆压力以及注浆速度,可以防止地下水上涌,提高注浆堵水效果。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
一、速凝剂的制备例
速凝剂的制备例1:①取40kg硫酸铝,向其中加入50kg水,加热至60℃,得到硫酸铝悬浮液;
②取10kg甲酸钙、4kg氯化钙,向其中加入30kg水,加热至40℃;搅拌均匀10min,得到改性剂;
③向硫酸铝悬浮液升温至60℃,向硫酸铝悬浮液中加入改性剂,以600r/min的速度搅拌30min后,保温60min,然后冷却至室温后,再加入1kg海藻酸钠以及0.5kg羧甲基纤维素钠,搅拌均匀,得到速凝剂。
速凝剂的制备例2:①取45kg硫酸铝,向其中加入55kg水,加热至65℃,得到硫酸铝悬浮液;
②取12.5kg甲酸钙、5kg氯化钙,向其中加入35kg水,加热至45℃;搅拌均匀15min,得到改性剂;
③向硫酸铝悬浮液升温至70℃,向硫酸铝悬浮液中加入改性剂,以700r/min的速度搅拌35min后,保温75min,然后冷却至室温后,再加入1.5kg海藻酸钠以及0.6kg羧甲基纤维素钠,搅拌均匀,得到速凝剂。
速凝剂的制备例3:①取50kg硫酸铝,向其中加入60kg水,加热至70℃,得到硫酸铝悬浮液;
②取15kg甲酸钙、6kg氯化钙,向其中加入40kg水,加热至50℃;搅拌均匀20min,得到改性剂;
③向硫酸铝悬浮液升温至80℃,向硫酸铝悬浮液中加入改性剂,以800r/min的速度搅拌40min后,保温90min,然后冷却至室温后,再加入2kg海藻酸钠以及0.7kg羧甲基纤维素钠,搅拌均匀,得到速凝剂。
速凝剂的制备例4:本制备例与速凝剂的制备例1的不同之处在于,原料中不包含甲酸钙以及氯化钙。
速凝剂的制备例5:本制备例与速凝剂的制备例1的不同之处在于,原料中不包含海藻酸钠以及羧甲基纤维素钠。
二、实施例
以下实施例中的硫铝酸盐水泥选自登电集团水泥有限公司提供的LSAC42.5级的低碱度硫铝酸盐水泥,水泥的细度为80μm方孔筛,其筛余量≤5%;高效减水剂选自河南昌煜化工产品有限公司提供的型号为FDN-C高效减水剂。
实施例1:一种引水隧洞用二次衬砌回填的注浆液采用如下方法制备而得:
(1)以重量份数计,将24kg硫铝酸盐水泥、96kg普通硅酸盐水泥、偏高岭土15kg、速凝剂(选自速凝剂的制备例1)1kg、高效减水剂1kg以及水50kg,搅拌均匀,得到A液;
(2)按照重量比为0.8:1的比例,将水与水玻璃原料混合并搅拌均匀,得到B液;其中,水玻璃原液的浓度为42°Bé;密度为1.42g/cm3;模数为2.4;
(3)将A液与B液混合均匀,即可得到适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液。
实施例2:一种引水隧洞用二次衬砌回填的注浆液采用如下方法制备而得:
(1)以重量份数计,将26kg硫铝酸盐水泥、104kg普通硅酸盐水泥、偏高岭土17.5kg、速凝剂(选自速凝剂的制备例2)1.5kg、高效减水剂1.5kg以及水55kg,搅拌均匀,得到A液;
(2)按照重量比为0.8:1的比例,将水与水玻璃原料混合并搅拌均匀,得到B液;其中,水玻璃原液的浓度为43°Bé;密度为1.43g/cm3;模数为2.6;
(3)将A液与B液混合均匀,即可得到适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液。
实施例3:一种引水隧洞用二次衬砌回填的注浆液采用如下方法制备而得:
(1)以重量份数计,将30kg硫铝酸盐水泥、120kg普通硅酸盐水泥、偏高岭土20kg、速凝剂(选自速凝剂的制备例3)2kg、高效减水剂2kg以及水60kg,搅拌均匀,得到A液;
(2)按照重量比为0.8:1的比例,将水与水玻璃原料混合并搅拌均匀,得到B液;其中,水玻璃原液的浓度为45°Bé;密度为1.45g/cm3;模数为2.8;
(3)将A液与B液混合均匀,即可得到适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液。
三、对比例
对比例1:本对比例与实施例1的不同之处在于,原料中未添加速凝剂。
对比例2:本对比例与实施例1的不同之处在于,速凝剂选自速凝剂的制备例4制备,该原料中不包含甲酸钙以及氯化钙。
对比例3:本对比例与实施例1的不同之处在于,速凝剂选自速凝剂的制备例5制备,该原料中不包含海藻酸钠以及羧甲基纤维素钠。
四、应用例
应用例1:一种适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液的应用方法,包括如下步骤:
S1、制备水泥浆液:将重量比为0.6:1的水泥与水混合均匀,得到水泥浆液,水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥,水泥的细度为80μm方孔筛,其筛余量≤5%;
S2、制备干硬性水泥砂浆:将重量比为0.5:1:2的水、水泥、砂子混合均匀,得到干硬性水泥砂浆;其中水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥,水泥的细度为80μm方孔筛,其筛余量≤5%;所述砂子为Ⅱ区中砂,平均粒径为0.5-0.25mm连续级配,表观密度2670kg/m3,含泥量<1.0%;
S3、预埋钢管:在衬砌施工时,在顶拱100°范围内预埋外径为42mm、壁厚为3.5mm的热轧无缝钢管;
S4、灌浆孔钻孔:在热轧无缝钢管上钻出若干个灌浆孔,灌浆孔的直径为6mm,相邻灌浆孔的间距为10cm;然后将热轧无缝钢管顶入衬砌中;
S5、灌浆:灌浆分为两个次序进行,注浆压力为地下水静水压力的2倍,当钻孔出水量>50L/min时,注浆速度为80L/min;当钻孔出水量等于0-50L/min时,注浆速度为60L/min;先向I序孔中注入水灰比为0.6的水泥浆液,当II序孔排出水灰比为0.55-0.6的水泥浆液后,将I序孔堵塞,然后向II序孔中注入注浆液(选自实施例1);注浆完毕后,采用干硬性水泥砂浆将灌浆孔封填密实即可。
应用例2:一种适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液的应用方法,包括如下步骤:
S1、制备水泥浆液:将重量比为0.6:1的水泥与水混合均匀,得到水泥浆液,水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥,水泥的细度为80μm方孔筛,其筛余量≤5%;
S2、制备干硬性水泥砂浆:将重量比为0.5:1:2的水、水泥、砂子混合均匀,得到干硬性水泥砂浆;其中水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥,水泥的细度为80μm方孔筛,其筛余量≤5%;所述砂子为Ⅱ区中砂,平均粒径为0.5-0.25mm连续级配,表观密度2680kg/m3,含泥量<1.0%;
S3、预埋钢管:在衬砌施工时,在顶拱100°范围内预埋外径为42mm、壁厚为3.5mm的热轧无缝钢管;
S4、灌浆孔钻孔:在热轧无缝钢管上钻出若干个灌浆孔,灌浆孔的直径为7mm,相邻灌浆孔的间距为15cm;然后将热轧无缝钢管顶入衬砌中;
S5、灌浆:灌浆分为两个次序进行,注浆压力为地下水静水压力的2倍,当钻孔出水量>50L/min时,注浆速度为90L/min;当钻孔出水量等于0-50L/min时,注浆速度为70L/min;先向I序孔中注入水灰比为0.6的水泥浆液,当II序孔排出水灰比为0.55-0.6的水泥浆液后,将I序孔堵塞,然后向II序孔中注入注浆液(选自实施例2);注浆完毕后,采用干硬性水泥砂浆将灌浆孔封填密实即可。
应用例3:一种适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液的应用方法,包括如下步骤:
S1、制备水泥浆液:将重量比为0.6:1的水泥与水混合均匀,得到水泥浆液,水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥,水泥的细度为80μm方孔筛,其筛余量≤5%;
S2、制备干硬性水泥砂浆:将重量比为0.5:1:2的水、水泥、砂子混合均匀,得到干硬性水泥砂浆;其中水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥,水泥的细度为80μm方孔筛,其筛余量≤5%;所述砂子为Ⅱ区中砂,平均粒径为0.5-0.25mm连续级配,表观密度2690kg/m3,含泥量<1.0%;
S3、预埋钢管:在衬砌施工时,在顶拱100°范围内预埋外径为42mm、壁厚为3.5mm的热轧无缝钢管;
S4、灌浆孔钻孔:在热轧无缝钢管上钻出若干个灌浆孔,灌浆孔的直径为6-8mm,相邻灌浆孔的间距为10-20cm;然后将热轧无缝钢管顶入衬砌中;
S5、灌浆:灌浆分为两个次序进行,注浆压力为地下水静水压力的3倍,当钻孔出水量>50L/min时,注浆速度为100L/min;当钻孔出水量等于0-50L/min时,注浆速度为80L/min;先向I序孔中注入水灰比为0.6的水泥浆液,当II序孔排出水灰比为0.55-0.6的水泥浆液后,将I序孔堵塞,然后向II序孔中注入注浆液(选自实施例3);注浆完毕后,采用干硬性水泥砂浆将灌浆孔封填密实即可。
五、性能测试
将实施例1-3以及对比例1-3制备的注浆液,按照JGJ/T70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》对注浆液的凝结时间进行测试;按照GB/T17671-1999《水泥砂浆强度检测方法》,对注浆液的抗压强度进行测试,将测试结果示于表1。
表1
由以上数据可以看出,本发明制备的注浆液的初凝时间在30s之内,而终凝时间为1-2min,适合在富水地段施工;可以快速周围破碎岩块固结成具有一定强度的结石体,切断地下水流通路,防止地下水上涌,达到固结止水的目的;并且本发明的注浆液具有很好的抗压强度,说明其具有良好的抗水溶蚀性能。
对比例1的原料中未添加速凝剂;相较于实施例1,对比例1的凝结时间明显延长,说明本发明的速凝剂可以明显缩短凝结时间;相较于实施例1,对比例1的抗压强度在2h时明显降低,说明本发明的速凝剂可以提高注浆液的早期抗压强度。
对比例2的速凝剂选自速凝剂的制备例4制备,该原料中不包含甲酸钙以及氯化钙;相较于实施例1,对比例2的凝结时间明显延长,说明添加甲酸钙以及氯化钙的速凝剂可以明显缩短凝结时间。
对比例3的速凝剂选自速凝剂的制备例5制备,该原料中不包含海藻酸钠以及羧甲基纤维素钠;相较于实施例1,对比例3的凝结时间明显延长,说明添加海藻酸钠和羧甲基纤维素钠的速凝剂可以明显缩短凝结时间。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (5)
1.一种适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液,其特征在于:由重量比为1:(0.5-0.7)的A液和B液混合而成;
所述A液包括如下重量份的原料:水泥120-140份、偏高岭土15-20份、速凝剂1-2份、高效减水剂1-2份以及水50-60份;
所述速凝剂由包含如下重量份的原料制成:硫酸铝40-50份、甲酸钙10-15份、氯化钙4-6份、海藻酸钠1-2份、羧甲基纤维素钠0.5-0.7份以及水80-90份;
所述B液由重量比为0.8:1的水以及水玻璃原液组成;
所述速凝剂采用如下方法制备:以重量份数计:
①取40-50份硫酸铝,向其中加入50-60份水,加热至60-70℃,得到硫酸铝悬浮液;
②取10-15份甲酸钙、4-6份氯化钙,向其中加入30-40份水,加热至40-50℃;搅拌均匀10-20min,得到改性剂;
③将硫酸铝悬浮液升温至60-80℃,向硫酸铝悬浮液中加入改性剂,以600-800r/min的速度搅拌30-40min后,保温60-90min,然后冷却至室温后,再加入1-2份海藻酸钠以及0.5-0.7份羧甲基纤维素钠,搅拌均匀,得到速凝剂。
2.根据权利要求1所述的一种适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液,其特征在于:所述水泥为重量比为1:4的硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥,水泥的细度为80μm方孔筛,其筛余量≤5%。
3.根据权利要求1所述的一种适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液,其特征在于:所述水玻璃原液的浓度为42-45°Bé;密度为1.42-1.45g/cm3;模数为2.4-2.8。
4.一种如权利要求1-3任意一项所述的适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)以重量份数计,将水泥120-140份、偏高岭土15-20份、速凝剂1-2份、高效减水剂1-2份以及水50-60份,搅拌均匀,得到A液;
(2)按照重量比为0.8:1的比例,将水与水玻璃原液混合并搅拌均匀,得到B液;
(3)将A液与B液混合均匀,即可得到适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液。
5.一种如权利要求1-3任意一项所述的适于引水隧洞二次衬砌回填的注浆液的应用方法,其特征在于:包括如下步骤:
S1、预埋钢管:在衬砌施工时,在顶拱100°范围内预埋外径为42mm、壁厚为3.5mm的热轧无缝钢管;
S2、灌浆孔钻孔:在热轧无缝钢管上钻出若干个灌浆孔,灌浆孔的直径为6-8mm,相邻灌浆孔的间距为10-20cm;然后将热轧无缝钢管顶入衬砌中;
S3、灌浆:灌浆分为两个次序进行,先向I序孔中注入水灰比为0.6的水泥浆液,注浆压力为地下水静水压力的2-3倍,当II序孔排出水灰比为0.55-0.6的水泥浆液后,将I序孔堵塞,然后向II序孔中注入注浆液;注浆完毕后,采用干硬性水泥砂浆将灌浆孔封填密实即可,干硬性水泥砂浆由重量比为0.5:1:2的水、水泥、砂子混合而成;所述水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥,水泥的细度为80μm方孔筛,其筛余量≤5%;所述砂子为Ⅱ区中砂,平均粒径为0.5-0.25mm连续级配,表观密度2670-2690kg/m3,含泥量<1.0%;
当钻孔出水量>50L/min时,注浆速度为80-100L/min;当钻孔出水量为0-50L/min时,注浆速度为60-80L/min;水泥浆液由重量比为0.6:1的水泥与水混合而成,所述水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥,水泥的细度为80μm方孔筛,其筛余量≤5%。
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