CN110498633A - 盾构同步注浆材料复合外加剂 - Google Patents

盾构同步注浆材料复合外加剂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种盾构同步注浆材料复合外加剂，其原料组成按质量百分比计，包括：10～20％的促凝剂、10～20％的缓凝剂、40～50％的高效减水剂、10～20％的增粘剂、1～5％的消泡剂、1～5％的塑性膨胀剂。本发明具有在高压富水地层环境中，不需要更改设备和管线的前提下，实现凝结时间可调，凝结时间以内满足工作性能损失小，具备高抗水分散性，高效填充，快速凝结的效果。

Description

盾构同步注浆材料复合外加剂
技术领域
本发明涉及建筑材料类领域。更具体地说，本发明涉及一种盾构同步注浆材料复合外加剂。
背景技术
同步注浆技术是在盾构掘进施工时，当盾构推进到盾尾脱离管片后，管片背面出现超挖的空隙，为避免造成地层变形，对邻近构造物造成破环性影响，而在盾尾脱离后，在管片背面填充固结性浆液的一种施工方式。同步注浆的主要目的是：(1)及时填充盾尾建筑空隙，支撑管片周围岩体，有效地控制地表沉降；(2)确保管片衬砌的早期稳定性和间隙的密封性，防止管片上浮；(3)作为衬砌防水的第一道防线，提供长期、均质、稳定的防水功能；(4)作为隧道衬砌结构加强层，具有承载力。
对于渗透系数大的富水地层，盾构施工时采用传统的同步注浆材料注入后会被地下水稀释掉，达不到预期的同步注浆的效果，特别是在高水压的情况，同步注浆材料更易被冲稀，导致材料结构的破坏，注浆材料无法快速凝结，反而增大地下水比重，进一步加剧了管片上浮，尤其是遇到地层突变的情况，盾构机不具备注双液浆的设备条件，现场进行设备以及管线的调整不但耗工耗时，也无法及时有效的针对管片上浮问题进行应对，造成盾构机姿态不稳，安全风险极大。
因此，十分有必要针对高压富水地层的盾尾同步注浆材料开发出一种多功能复合外加剂，确保单液浆同步注浆材料能够针对施工现场的要求调整凝结时间，同时满足凝结时间以内的工作性能，还要能在高压富水地层环境下具备高抗水分散性和高强度，从而保障同步注浆材料能充分填充管片与地层的间隙，保持材料的完整性，同时在短时间内凝结，排开地下水，控制管片上浮。
发明内容
本发明的目的是要解决上述背景技术的不足，提供一种确保注浆材料，在高压富水地层环境中，不需要更改设备和管线的前提下，实现凝结时间可调(根据具体工况条件微调)，凝结时间以内满足工作性能损失小，具备高抗水分散性，高效填充，快速凝结的多功能复合外加剂。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种盾构同步注浆材料复合外加剂，其原料组成按质量百分比计，包括：
优选的是，按照质量百分比由以下原料组成：
以上原料总和为100％。
优选的是，所述促凝剂为铝酸钠、碳酸钠、生石灰按1:1:1～4质量比配制而成的一种粉状物。
优选的是，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠、糖钙、酒石酸按1:1～2:0.5～2质量比配制而成的一种粉状物。
优选的是，所述高效减水剂为聚羧酸型粉状高效减水剂。
优选的是，所述增粘剂为海水泥浆调节剂，所述海水泥浆调节剂为分子量2×106～1.5×107的高分子聚合物。
优选的是，所述消泡剂为有机硅消泡剂。
优选的是，所述塑性膨胀剂为高分子类表面活性剂。
本发明至少包括以下有益效果：本发明可很好地适应高压富水地层条件，加入复合外加剂的同步注浆材料满足抗水分散性、早强和微膨胀的性能。
1.促凝剂和缓凝剂进行配伍，可以有效控制同步注浆材料的凝结时间(30min-140min)，同时可以保证同步注浆材料从砂浆罐到泵入地层的一段时间内的工作性能经时损失小。
2、添加复合外加剂的同步注浆材料实际是一种不需要用到双液浆管道设备的单液浆体系，但却能够实现双液浆同步注浆的优势，甚至强于双液浆的效果。
3.本发明中的复合外加剂可大幅提高盾构同步注浆材料抗水分散性，降低材料泌水率与分层度，防止管片上浮能力强，改善材料的稳定性，提高材料的综合性能，使同步注浆液28d水陆强度比达到90％以上，可很好地适应高压富水地层条件。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
表1为复合外加剂各组分质量百分比
表1
增粘剂为海水泥浆调节剂，在实施例1～6以及对比例1～3中，选用专利号ZL201410036474.1中公开的海水泥浆调节剂，为中交武汉港湾工程设计研究院有限公司的现有产品。所述海水泥浆调节剂为分子量2×106～1.5×107的高分子聚合物。
塑性膨胀剂为高分子类表面活性剂，在实施例1～6以及对比例1～3中，选用偶氮二甲酰胺类高分子表面活性剂，粉剂，厂家：山东优索化工有限公司。
消泡剂为有机硅消泡剂，在实施例1～6以及对比例1～3中，选用氟硅氧烷，粉剂，厂家：山东优索化工有限公司。
减水剂为聚羧酸型粉状高效减水剂，在实施例1～6以及对比例1～3中，选用聚羧酸类减水剂，粉剂，厂家：中交二航新材料有限公司。
缓凝剂为葡萄糖酸钠、糖钙、酒石酸按一定比例配置而成，在实施例1～6以及对比例1～3中，葡萄糖酸钠、糖钙、酒石酸生产厂家为武汉航嘉化工有限公司，具体配比详见表2。
促凝剂为生石灰、铝酸钠、碳酸钠按一定比例配置而成，在实施例1～6以及对比例1～3中，生石灰、铝酸钠、碳酸钠生产厂家为武汉航嘉化工有限公司，具体配比详见表2。
表2
将实施例1～6以及对比例1～3的复合外加剂分别加入到各自的同步注浆材料中，同步注浆材料的配合比如下：
骨料：河砂，过2mm筛，用量900kg/m3；
填料：水泥为普通硅酸盐水泥42.5，用量120kg/m3；
粉煤灰(Ⅱ级)，用量360kg/m3；
水灰比(w/c)为0.7；水灰比是指水的用量和(水泥+粉煤灰)用量的重量比值。
复合外加剂掺量为胶材(水泥+粉煤灰)用量的4.1％，即4.92kg/m3。
盾构同步注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、在搅拌机中加入称量好的水泥、粉煤灰、河砂进行干搅1～2min，使其混合均匀。
步骤二、将复合外加剂加入搅拌机，干搅1～2min，使其混合均匀
步骤三、将水加入搅拌机，并搅拌3～5min。
对比例4
外加剂采用100％的膨润土。
同步注浆材料的配合比如下：
骨料：河砂，过2mm筛，用量900kg/m3；
填料：水泥为普通硅酸盐水泥42.5，用量120kg/m3；
粉煤灰(Ⅱ级)，用量360kg/m3；
水灰比(w/c)为0.7。
膨润土掺量为胶材(水泥+粉煤灰)用量的8.3％，即9.96kg/m3，经过试验，当膨润土的掺量为8.3％时同步注浆材料各方面的综合性能最优。
对比例4中的同步注浆材料搅拌方式同上。
对上述同步注浆材料进行性能测试，测试方式如下：
成型方式：将70.7mm×70.7mm×70.7mm的三联砂浆试模放入水池中，使水面高出模具20cm，然后用导管将砂浆注入模具中，砂浆从模具中溢出后，将模具取出水池进行振动成型，然后标养至规定龄期进行抗压强度试验，按这种方法测试的强度为砂浆的水中强度，按JGJ70-90《建筑砂浆基本性能试验方法》中抗压强度方法测试的强度为砂浆的陆地强度。这个没有单列，只是为了得到最后的水陆强度比数据，所做的中间实验过程。
浆液抗水分散试验：参照DL/T5177-2000《水下不分散混凝土实验规程》进行。
pH测试：将300ml的新拌浆液注入1000ml量筒的纯净水中后，静置5min，测量上层清水的pH值。
浆液凝结时间测试：参照JGJ70-90《建筑砂浆基本性能试验方法》，采用砂浆凝结时间测定仪进行测试。
浆液稠度测试：参照JGJ70-90《建筑砂浆基本性能试验方法》，采用砂浆稠度仪进行测试。
浆液流动性能测试：参照GB/T 2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》，采用水泥胶砂流动度测定仪。
分层度测试：参照JGJ70-90《建筑砂浆基本性能试验方法》。
泌水率测试：参照JGJ70-90《建筑砂浆基本性能试验方法》。
实施例1～6和对比例1～4同步注浆材料性能测试的结果如下表3所示。
表3
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (8)

1.一种盾构同步注浆材料复合外加剂，其特征在于，其原料组成按质量百分比计，包括：
2.如权利要求1所述的盾构同步注浆材料复合外加剂，其特征在于，按照质量百分比由以下原料组成：
以上原料总和为100％。
3.如权利要求1或2所述的盾构同步注浆材料复合外加剂，其特征在于，所述促凝剂为铝酸钠、碳酸钠、生石灰按1:1:1～4质量比配制而成的一种粉状物。
4.如权利要求1或2所述的盾构同步注浆材料复合外加剂，其特征在于，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠、糖钙、酒石酸按1:1～2:0.5～2质量比配制而成的一种粉状物。
5.如权利要求1或2所述的盾构同步注浆材料复合外加剂，其特征在于，所述高效减水剂为聚羧酸型粉状高效减水剂。
6.如权利要求1或2所述的盾构同步注浆材料复合外加剂，其特征在于，所述增粘剂为海水泥浆调节剂，所述海水泥浆调节剂为分子量2×106～1.5×107的高分子聚合物。
7.如权利要求1或2所述的盾构同步注浆材料复合外加剂，其特征在于，所述消泡剂为有机硅消泡剂。
8.如权利要求1或2所述的盾构同步注浆材料复合外加剂，其特征在于，所述塑性膨胀剂为高分子类表面活性剂。
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