CN112694303A - 一种低温早强型隧道衬砌填充材料 - Google Patents

一种低温早强型隧道衬砌填充材料 Download PDF

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Abstract

本发明属于特种水泥基材料技术领域，具体涉及一种低温早强型隧道衬砌填充材料，由以下质量份数比的组分配制而成：快硬水泥30～45份、超细掺合料4～10份、石英粉40～50份、减水剂0.5～0.8份、防冻剂3～8份、塑性膨胀剂0.1～0.4份、浆体稳定剂0.05～0.1份、消泡剂0.03～0.06份、增强组分1～5份。将上述各组份均匀混合，加水搅拌，水料比0.15～0.18，浆体均匀后即可进行隧道衬砌填充施工。本发明适用于低温(温度0℃～零下20℃)条件下隧道衬砌填充的快速施工，具有高和易性、早强高强、微膨胀和防冻效果好等优点；低于0℃的低温环境下可以直接拌合使用，无需增加施工工序，强度能快速发展，保证施工效率和工程质量，适合推广应用。

Description

一种低温早强型隧道衬砌填充材料
技术领域
本发明涉及一种低温早强型隧道衬砌填充材料，具体的讲，涉及一种在温度低于0℃并高于零下20℃环境下铁路和公路隧道衬砌用填充材料，属于特种水泥基材料技术领域。
背景技术
近年来随着我国基础设施的高速建设，尤其是高速铁路和高速公路的飞速发展，隧道工程也以迅猛的态势发展。然而，由于多数隧道所处的地质环境复杂，并且长期受到重载作用及环境侵蚀的影响，隧道衬砌病害已经成为影响隧道安全性的主要因素之一。隧道衬砌施工材料和施工质量直接关系着隧道衬砌病害的产生，因此，对隧道衬砌冲顶施工的材料提出更高的要求，材料不仅要满足普通常温条件下的施工要求，还要满足低温甚至负温条件下的正常施工。特别是在寒冷或严寒地区，对隧道衬砌填充材料的低温施工和易性及服役过程中冻融裂缝病害提出了更高的要求。
温度低于0℃时，传统的衬砌填充材料强度发展缓慢，甚至会因冰冻引起胀裂导致不可修复的裂缝和强度损失，影响工程质量。现有的衬砌填充材料只能满足常温条件下隧道的施工，而对于低于0℃时的负温条件下，不采取预热和保温措施的隧道衬砌填充材料尚未见报道。
发明内容
为解决传统隧道衬砌填充材料在低于0℃时的负温条件下工作性差、强度发展缓慢等不足，本发明提出了一种低温早强型隧道衬砌填充材料，可以有效提高充填材料的防冻性，保证强度的正常发展。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种低温早强型隧道衬砌填充材料，其特征在于：其原料组分配比按重量计为：快硬水泥30～45份、超细掺合料4～10份、石英粉40～50份、减水剂0.5～0.8份、防冻剂3～8份、塑性膨胀剂0.1～0.4份、浆体稳定剂0.05～0.1份、消泡剂0.03～0.06份、增强组分1～5份。
按上述方案，所述的快硬水泥为铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥中的一种，经超细粉磨处理，比表面积大于600m2/kg。
按上述方案，所述的超细掺合料为比表面积不小于20000m2/kg的微硅粉。
按上述方案，所述的石英粉为粒径小于0.75mm的石英粉。
按上述方案，所述的减水剂为减水率大于20％的三聚氰胺系减水剂。
按上述方案，所述的防冻剂为烷基苯磺酸盐与尿素按照1∶4的重量比配制的混合物。
按上述方案，所述的塑性膨胀剂为亚硝酸铵或亚硝酸钙中的一种。
按上述方案，所述的浆体稳定剂为羧甲基纤维素钠和木薯淀粉按照4∶1的重量比配制的混合物。
按上述方案，所述的消泡剂为聚醚改性有机硅类消泡剂。
按上述方案，所述的增强组分为甲酸钙和碳酸锂中的一种。
低温早强型隧道衬砌填充材料的制备方法为：按重量比称取各原材料，原材料组分配比按重量计为：快硬水泥30～45份、超细掺合料4～10份、石英粉40～50份、减水剂0.5～0.8份、防冻剂3～8份、塑性膨胀剂0.1～0.4份、浆体稳定剂0.05～0.1份、消泡剂0.03～0.06份、增强组分1～5份。将超细掺合料、减水剂、防冻剂、塑性膨胀剂、浆体稳定剂、消泡剂和增强组分投入搅拌机中混合3～5分钟，再将快硬水泥投入搅拌机中混合3～5分钟，最后将石英粉投入搅拌机中继续混合4～6分钟，包装成袋即可。
使用时，将本发明制备的低温早强型隧道衬砌填充材料按水料比0.15～0.18的比例加入水，采用机械搅拌机先以不高于200r/min转速慢速搅拌1～2分钟，再以不低于600r/min转速快速搅拌3～4分钟，使浆体均匀，即可进行施工。
本发明的原理为：1)采用大比表面积的超细快硬水泥，使水泥与水接触的面积大大增加，加速水泥的水化，使其具备很好的低温水化能力，适用于低温环境。2)采用超细微硅粉作为掺合料，为水泥水化产物提供结晶晶核，进一步促进水化，且其中的无定形成分还能参与水化反应，生成二次水化产物，提高强度；超细掺合料还能起到微集料填充效应，配上消泡剂使材料浆体在硬化前后都具有良好密实性的同时，孔隙率适当，提高耐久性。3)采用塑性膨胀剂和浆体稳定剂，使拌合物浆体具有良好的体积稳定性，无泌水，不扒底，充盈度好，可实现负温条件下均匀饱满充填。4)采用防冻剂和增强组分，降低冰点的同时，增加了材料的力学性能，实现负温条件下的快速施工。
本发明的有益效果为：
本发明所得的低温早强型隧道衬砌填充材料整体性能优异：负温环境下具有良好的施工和易性：浆体初始流动度330mm以上，30min流动度300mm以上，且不结冰；负温条件下早强高强性能：在负温时不采取任何加热保温措施，水泥水化反应正常进行，硬化浆体8h抗压强度强度达到20MPa以上，后期强度持续发展，28d可达60MPa以上，56d和90d强度不降低；施工方便，无需在充填前将材料预热，无需使用热水拌和，充填施工后不需要采取保温措施，低温施工工序简单方便。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中如无具体说明，采用的试剂为市售工业产品或化学试剂。
以下实施例中，使用的原料为：
快硬水泥为CA50铝酸盐水泥或42.5级低碱度硫铝酸盐水泥，经超细粉磨处理，比表面积大于600m2/kg；
超细掺合料为比表面积不小于20000m2/kg的微硅粉；
石英粉粒径小于0.75mm；
减水剂为巴斯夫(中国)有限公司的F10型粉体三聚氰胺减水剂，减水率22％；
防冻剂为烷基苯磺酸盐与尿素按照1∶4的重量比配制的混合物；
塑性膨胀剂为亚硝酸铵或亚硝酸钙中的一种；
浆体稳定剂为羧甲基纤维素钠和木薯淀粉按照4∶1的重量比配制的混合物；
消泡剂为巴斯夫(中国)有限公司的P803型消泡剂；
增强组分为甲酸钙和碳酸锂中的一种。
实施例1
称取各原料：铝酸盐水泥35.02kg、超细掺合料10kg、石英粉50kg、减水剂0.5kg、防冻剂3kg、亚硝酸铵0.4kg、浆体稳定剂0.05kg、消泡剂0.03kg、甲酸钙1kg。
将称取的超细掺合料、减水剂、防冻剂、塑性膨胀剂、浆体稳定剂、消泡剂和增强组分投入搅拌机中混合3分钟，再将快硬水泥投入搅拌机中混合4分钟，最后将石英粉投入搅拌机中继续混合5分钟，包装成袋即可。
使用时，向所得低温早强型隧道衬砌填充材料中加入18kg水，用机械搅拌机先以200r/min转速慢速搅拌2分钟，再以600r/min转速快速搅拌3分钟，使浆体均匀，即可进行施工。
实施例2
称取各原料：铝酸盐水泥37kg、超细掺合料8kg、石英粉48kg、减水剂0.6kg、防冻剂4kg、亚硝酸铵0.3kg、浆体稳定剂0.06kg、消泡剂0.04kg、甲酸钙2kg。
将称取的超细掺合料、减水剂、防冻剂、塑性膨胀剂、浆体稳定剂、消泡剂和增强组分投入搅拌机中混合3分钟，再将快硬水泥投入搅拌机中混合4分钟，最后将石英粉投入搅拌机中继续混合5分钟，包装成袋即可。
使用时，向所得低温早强型隧道衬砌填充材料中加入17kg水，用机械搅拌机先以200r/min转速慢速搅拌2分钟，再以600r/min转速快速搅拌3分钟，使浆体均匀，即可进行施工。
实施例3
称取各原料：铝酸盐水泥38.98kg、超细掺合料6kg、石英粉46kg、减水剂0.7kg、防冻剂5kg、亚硝酸钙0.2kg、浆体稳定剂0.07kg、消泡剂0.05kg、甲酸钙3kg。
将称取的超细掺合料、减水剂、防冻剂、塑性膨胀剂、浆体稳定剂、消泡剂和增强组分投入搅拌机中混合3分钟，再将快硬水泥投入搅拌机中混合4分钟，最后将石英粉投入搅拌机中继续混合5分钟，包装成袋即可。
使用时，向所得低温早强型隧道衬砌填充材料中加入16kg水，用机械搅拌机先以200r/min转速慢速搅拌2分钟，再以600r/min转速快速搅拌3分钟，使浆体均匀，即可进行施工。
实施例4
称取各原料：硫铝酸盐水泥38.86kg、超细掺合料5kg、石英粉44kg、减水剂0.8kg、防冻剂7kg、亚硝酸铵0.2kg、浆体稳定剂0.08kg、消泡剂0.06kg、碳酸锂4kg。
将称取的超细掺合料、减水剂、防冻剂、塑性膨胀剂、浆体稳定剂、消泡剂和增强组分投入搅拌机中混合3分钟，再将快硬水泥投入搅拌机中混合4分钟，最后将石英粉投入搅拌机中继续混合5分钟，包装成袋即可。
使用时，向所得低温早强型隧道衬砌填充材料中加入15kg水，用机械搅拌机先以200r/min转速慢速搅拌2分钟，再以600r/min转速快速搅拌3分钟，使浆体均匀，即可进行施工。
实施例5
称取各原料：硫铝酸盐水泥39.95kg、超细掺合料4kg、石英粉42kg、减水剂0.8kg、防冻剂8kg、亚硝酸铵0.1kg、浆体稳定剂0.09kg、消泡剂0.06kg、碳酸锂5kg。
将称取的超细掺合料、减水剂、防冻剂、塑性膨胀剂、浆体稳定剂、消泡剂和增强组分投入搅拌机中混合3分钟，再将快硬水泥投入搅拌机中混合4分钟，最后将石英粉投入搅拌机中继续混合5分钟，包装成袋即可。
使用时，向所得低温早强型隧道衬砌填充材料中加入15kg水，用机械搅拌机先以200r/min转速慢速搅拌2分钟，再以600r/min转速快速搅拌3分钟，使浆体均匀，即可进行施工。
各实施例产品性能汇总结果如下表。
Figure BSA0000193306220000031
Figure BSA0000193306220000041
具体的性能测试试验参照标准《水泥基灌浆材料应用技术规范》(GB/T 50448-2015)及《隧道衬砌拱顶带模注浆技术要求》。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种低温早强型隧道衬砌填充材料，其特征在于：其原料组分配比按重量计为：快硬水泥30～45份、超细掺合料4～10份、石英粉40～50份、减水剂0.5～0.8份、防冻剂3～8份、塑性膨胀剂0.1～0.4份、浆体稳定剂0.05～0.1份、消泡剂0.03～0.06份、增强组分1～5份。
2.根据权利要求1所述的低温早强型隧道衬砌填充材料，其特征在于：所述的快硬水泥为铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥中的一种，经超细粉磨处理，比表面积大于600m2/kg。
3.根据权利要求1所述的低温早强型隧道衬砌填充材料，其特征在于：所述的超细掺合料为比表面积不小于20000m2/kg的微硅粉。
4.根据权利要求1所述的低温早强型隧道衬砌填充材料，其特征在于：所述的石英粉为粒径小于0.75mm的石英粉。
5.根据权利要求1所述的低温早强型隧道衬砌填充材料，其特征在于：所述的减水剂为减水率大于20％的三聚氰胺系减水剂。
6.根据权利要求1所述的低温早强型隧道衬砌填充材料，其特征在于：所述的防冻剂为烷基苯磺酸盐与尿素按照1∶4的重量比配制的混合物。
7.根据权利要求1所述的低温早强型隧道衬砌填充材料，其特征在于：所述的塑性膨胀剂为亚硝酸铵或亚硝酸钙中的一种。
8.根据权利要求1所述的低温早强型隧道衬砌填充材料，其特征在于：所述的浆体稳定剂为羧甲基纤维素钠和木薯淀粉按照4∶1的重量比配制的混合物。
9.根据权利要求1所述的低温早强型隧道衬砌填充材料，其特征在于：所述的消泡剂为聚醚改性有机硅类消泡剂。
10.根据权利要求1所述的低温早强型隧道衬砌填充材料，其特征在于：所述的增强组分为甲酸钙和碳酸锂中的一种。
11.权利要求1所述的低温早强型隧道衬砌填充材料的制备方法为：按重量比称取各原材料，原材料组分配比按重量计为：快硬水泥30～45份、超细掺合料4～10份、石英粉40～50份、减水剂0.5～0.8份、防冻剂3～8份、塑性膨胀剂0.1～0.4份、浆体稳定剂0.05～0.1份、消泡剂0.03～0.06份、增强组分1～5份，将超细掺合料、减水剂、防冻剂、塑性膨胀剂、浆体稳定剂、消泡剂和增强组分投入搅拌机中混合3～5分钟，再将快硬水泥投入搅拌机中混合3～5分钟，最后将石英粉投入搅拌机中继续混合4～6分钟，包装成袋即可。
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