CN113003978A - 注浆专用水泥添加剂及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种注浆专用水泥添加剂及其使用方法，包括按重量百分比计的以下组分：硫铝酸盐水泥80％～85％，聚丙烯酰胺絮凝剂8％～12％、以及聚羧酸减水剂5％～10％；将注浆专用水泥添加剂添加至普通硅酸盐水泥中混合均匀，配置成注浆料，其中，注浆专用水泥添加剂与普通硅酸盐水泥注浆专用水泥添加剂与普通硅酸盐水泥的混合配置的重量比设定为1～2:5～15。通过在普通水泥浆中添加本发明的注浆专用水泥添加剂，在保证普通水泥浆的流动度的前提下，调整普通水泥浆的凝结时间，提高其抗水分散性、结实率，降低普通水泥浆的压力泌水率，施工工期缩短30％以上，注浆可靠性提高30％以上。
Description
技术领域
本发明属于维修加固材料领域，具体设计一种水泥添加剂及其使用 方法。
背景技术
近年来，铁路隧道大规模建设。公路隧道比铁路隧道的建设规模更 大，同时城市地铁的发展也很快，这为新型注浆材料的应用提供了广阔 的市场。
水泥基注浆材料是国内外堵水加固工程中最广泛应用的材料，种类 繁多且各有特点。目前国内外主要应用品种包括具有快凝性质的水泥- 水玻璃双液注浆材料、快凝快硬性质的硫铝酸盐水泥注浆材料、水泥粘 土稳定注浆材料、以及超细水泥注浆材料。
目前，注浆施工仍然存在施工周期长，注浆效果的可靠性不确定的 问题。因此，提供一种可提高注浆堵水及加固效率且可靠性高的注浆专 用水泥添加剂成为业内急需解决的问题。
发明内容
本发明依托实际工程应用，在注浆实践中，配制不同性能的注浆材 料，通过注浆实践，归纳注浆材料各种性能与注浆效果的相关联系，同 时评价这种相关联系的确切性，就是注浆效果的可靠性，通过大量的试 验，确定了注浆材料性能与注浆效果的联系，研发出本发明的注浆专用 水泥添加剂(rwHPC)。
本发明的目的是提供一种注浆专用水泥添加剂，在保证流动性的情 况下，具有凝胶时间可调、结实体基本无收缩、抗水分散、无毒、耐久、 以及价廉的特点。
本发明的第一个目的在于提供一种灰白色粉末状的注浆专用水泥 添加剂，注浆专用水泥添加剂包括按重量百分比计的以下组分：硫铝酸 盐水泥80％～85％，聚丙烯酰胺絮凝剂8％～12％、以及聚羧酸减水剂 5％～10％。
可选择地，注浆专用水泥添加剂包括按重量百分比计的以下组分： 硫铝酸盐水泥82％，聚丙烯酰胺絮凝剂10％、以及聚羧酸减水剂8％。
可选择地，注浆专用水泥添加剂的氯离子含量不大于0.06％，碱含 量不大于0.5％。
优选地，碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表示。
可选择地，注浆专用水泥添加剂的比重为2.8～3.0克/立方厘米，流 动度为320～360mm，结石率为不小于97％，比表面积不小于500m2/kg。
本发明的第二个目的在于提供一种上述注浆专用水泥添加剂的使 用方法，即将注浆专用水泥添加剂添加至普通硅酸盐水泥中混合均匀， 配置成注浆料，其中，注浆专用水泥添加剂与普通硅酸盐水泥混合配置 的重量比为1～2:5～15。
可选择地，注浆专用水泥添加剂与普通硅酸盐水泥混合配置的重量 比例设定为1.5：10。
可选择地，注浆料与水的混合比例设定为0.8～1:1。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果包括：(1)、不仅适用 于各类岩体的注浆堵水，提高注浆堵水的效率及可靠性，还适用于软弱 地层的加固和防水，提高了注浆加固的效率及可靠性；(2)、注浆效率 高、操作简便，可实现大流量注浆，在短时间内实现堵水效果；(3)、 凝胶时间短，凝胶时间在40分钟左右，注浆时呈胶状连续充填过水通 路，一方面浆液充填率高，同时，快速凝胶后保证了浆液的留存率，提 高了堵水效率；(4)、结石率高、无收缩，结石率可达97％以上，注浆 后过水通道充填密实，不会产生二次漏水通道；(5)、可控性及可靠性 高，本发明的注浆专用水泥添加剂从注浆口向地层扩散，留存在水流通 路中，浆液在40分钟左右的合适时间内凝胶，保证其浆液留存率，同 时可以自然充填水流通路，其压力降不受注浆材料的不确定性干扰，充 填水流通路的有效范围更大，无效范围更小，注浆堵水的可靠性及可控 性优异；(6)、可注性好，在软弱地层条件下，其具有更均匀的劈裂浆 脉，其压力泌水性小，劈裂挤密效果也非常好；(7)、软弱地层注浆的 注浆压力小，注浆均匀性好，在注浆过程中，地层的沉降隆起小，地层 的应力集中小。
具体实施方式
作为一种非限制性实施方式，将注浆专用水泥添加剂添加至普通硅 酸盐水泥中混合均匀，配置成注浆料，其中，注浆专用水泥添加剂与普 通硅酸盐水泥混合配置的重量比为1:5，注浆专用水泥添加剂包括按重 量百分比计的以下组分：硫铝酸盐水泥82％，聚丙烯酰胺絮凝剂10％、 以及聚羧酸减水剂8％
本发明的注浆专用水泥添加剂填补了国际国内的空白，由于没有相 应的国际和国内标准，针对这种情况，本发明制定了注浆专用水泥添加 剂的企业标准。
下列文件对于本申请的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文 件，仅注日期的版本适用于本申请。凡是不注日期的引用文件，其最新 版本(包括所有的修改单)适用于本申请。
GB8076-2008混凝土外加剂
GB/T 1346-2011水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方 法(eqv ISO9597:1989)
GB/T 8074-2008水泥比表面积测定方法(勃氏法)
GB/T 8077-2012混凝土外加剂匀质性试验方法
GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法(ISO法)
JGJ 63混凝土拌合用水
JJF 1070-2005定量包装商品净含量计量检验规则
DL/T5100-1999水工混凝土外加剂技术规程
试验方法
(1)取样、试验时间
取样按GB8076-2008规定的方法进行，所取样品的试验应在取样7 天内完成。
(2)氯离子含量
按GB8076-2008进行。
(3)碱含量
按GB8076-2008进行。
(4)流动度
按GB8077-2012进行。
(5)沁水率
按GB8076-2008进行。
(6)比表面积
按GB/T 8074进行。
(7)初凝及终凝时间
初凝时间按GB/T1346-2011进行。
(8)抗压强度
抗压强度按GB/T 17671-1999进行。
对配置好的注浆料，进行一下系列的试验。
1、对结石率的影响
| 注浆材料 | W/C:0.6 | W/C:0.8 | W/C:1.0 | W/C:1.2 |
| 普通硅酸盐水泥 | 90％ | 82％ | 75％ | 64％ |
| 普通硅酸盐水泥+注浆专用水泥添加剂 | 100％ | 98％ | 93％ | 90％ |
表1：不同水胶比条件下浆体结石率
由表1可以看出，本发明的注浆材料外加剂可提高注浆料的结石率， 注浆后过水通道充填密实，不会产生二次漏水通道。
2、注浆材料外加剂对凝胶时间的影响
| 注浆材料 | W/C:0.6 | W/C:0.8 | W/C:1.0 | W/C:1.2 |
| 普通硅酸盐水泥 | 187min | 225min | 300min | 420min |
| 普通硅酸盐水泥+注浆专用水泥添加剂 | 29min | 38min | 48min | 73min |
表2：不同水胶比条件下浆体凝胶时间
由表2可以看出，本发明的注浆材料外加剂可迅速缩短注浆料的凝 胶时间，将普通硅酸盐水泥浆液的凝胶时间由3～4小时缩短至29～73分 钟。
3、注浆材料外加剂对压力泌水率的影响
| 注浆材料 | W/C:0.6 | W/C:0.8 | W/C:1.0 | W/C:1.2 |
| 普通硅酸盐水泥 | 15％ | 28％ | 43％ | 52％ |
| 普通硅酸盐水泥+注浆专用水泥添加剂 | 2％ | 6％ | 15％ | 24％ |
表3：不同水胶比条件下浆体压力泌水率
由表3可以看出，本发明的注浆材料外加剂可迅速降低注浆料的泌 水率，提高了浆料的耐压强度。
4、注浆外加剂对可注性的影响
| 注浆材料 | W/C:0.6 | W/C:0.8 | W/C:1.0 | W/C:1.2 |
| 普通硅酸盐水泥 | 30％ | 50％ | 60％ | 60％ |
| 普通硅酸盐水泥+注浆专用水泥添加剂 | 38％ | 60％ | 75％ | 75％ |
表4：不同水胶比条件下浆体压滤系数
由表4可以看出，本发明的注浆材料外加剂可提高注浆料的可注性， 使得浆料在软弱地层条件下，具有更均匀的劈裂浆脉。
压滤系数试验方法：在直径76cm长1000cm的有机玻璃中填满细 度摸数2.1的砂子，用手压泵0.5MPa压力下压入不同的浆体，浆体占 砂子的体积比即浆体压滤系数。
5、注浆外加剂现场使用效果
对比普通硅酸盐水泥与使用注浆材料外加剂的普通硅酸盐水泥的 注浆加固效果。
现场应用达到的性能见表5、表6
| 注浆量(注浆材料占复合土体的比例) | 3％ | 5％ | 10％ | 20％ |
| 复合土体抗压强度(MPa) | 0.2 | 0.4 | 0.7 | 0.8 |
| 沉降/隆起(cm) | -4.5/4.5 |
表5普通硅酸盐水泥注浆
| 注浆量(注浆材料占复合土体的比例) | 3％ | 5％ | 10％ | 20％ |
| 复合土体抗压强度(MPa) | 0.4 | 0.8 | 1.3 | 2.4 |
| 沉降/隆起(cm) | -0.5/0.5 |
表6添加注浆材料外加剂的普通硅酸盐水泥注浆
由此可见，通过在普通水泥浆中添加本发明的注浆专用水泥添加 剂，在保证普通水泥浆的流动度的前提下，调整普通水泥浆的凝结时间， 提高其抗水分散性、结实率，降低普通水泥浆的压力泌水率。
根据实际注浆施工评定，使用本发明的注浆专用水泥添加剂的注浆 施工工期缩短30％以上，注浆可靠性提高30％以上。
本发明的注浆专用水泥添加剂的应用领域：(1)、适用于一般使用 普通水泥浆的注浆堵水、加固，也适用于大部分使用水泥-水玻璃的注 浆堵水；(2)、岩溶和破碎带，以堵水为主，也有一定的加固要求，来 提高堵水率及堵水效率；(3)、软弱地层，以加固为主，有一定的堵水 要求，来提高加固效果及加固可靠性。
本发明的注浆专用水泥添加剂的技术原理为：注浆是用压送的作 用，把具有一定凝胶时间的浆液注入到软弱地层或承压水岩层裂隙中。 待浆液凝结后，复合软弱地层土体或者充塞岩层裂隙，改善软弱地层的 力学性质或者降低裂隙岩层的透水率。将本发明的注浆专用水泥添加剂 添加到普通水泥浆中后，首先，调整了普通硅酸盐水泥浆液的凝胶时间， 将普通硅酸盐水泥浆液的凝胶时间由3～4小时缩短至20～40分钟。其次， 提高了普通硅酸盐水泥浆液的结石率，将普通硅酸盐水泥浆液的结石率 由75～80％提高到97％以上。此外，使用本发明的注浆专用水泥添加剂 的水泥浆具有一定的抗水分散性，堵水时其留存率明显大于一般普通水 泥浆。最后，在保持普通水泥浆流动度的情况下，可降低普通硅酸盐水 泥浆液的压力泌水值，使用本发明的注浆专用水泥添加剂的普通硅酸盐 水泥浆液的压力泌水值由35～50％降低到5～15％。
以下结合示例介绍本发明的注浆专用水泥添加剂在工程上的应用。
以辽宁大伙房引水工程为例，由于注浆效果不理想，在使用本发明 的注浆专用水泥添加剂前，一年隧道只进展20米，只剩10个月工期， 还有200米软弱地层需要加固。使用本发明的注浆专用水泥添加剂后， 8个月的时间里便完成200米软弱地层的加固及开挖。
本发明的注浆专用水泥添加剂还在太焦铁路太谷隧道、银西铁路上 阁村隧道、哈牡铁路爱民隧道、赣深客专龙南隧道、赣深客专关西隧道、 昌景黄铁路西武岭隧道、深圳城市轨道交通10号线益田停车场出入线 暗挖区间、临清高速公路王家寨隧道、云凤高速公路安石隧道、北京市 安宁庄北路下穿地铁13号线、北京冬奥管廊、厦门海底隧道等工程中 应用，不仅提高了工程质量，还加快了施工进度，解决了不同地质条件 下出现的加固难题。
由此可见，本发明的注浆专用水泥添加剂主要用于普通注浆材料不 适用的、施工难度大、工程质量要求高、施工工期要求紧的注浆工程。 对注浆加固堵水有优异的可靠性。在公路、铁路、地铁、海底隧道的建 设中为提高工程质量、加快施工进度、解决不同地质条件下出现的加固 堵水难题，提供了新的施工技术产品，大大促进了该行业的技术进步。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示 例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例 描述的具体特征、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例 中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实 施例或示例。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进 行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述 实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人 员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种注浆专用水泥添加剂，其特征在于，注浆专用水泥添加剂包括按重量百分比计的以下组分：硫铝酸盐水泥80％～85％，聚丙烯酰胺絮凝剂8％～12％、以及聚羧酸减水剂5％～10％。
2.根据权利要求1所述的注浆专用水泥添加剂，其特征在于，注浆专用水泥添加剂包括按重量百分比计的以下组分：硫铝酸盐水泥82％，聚丙烯酰胺絮凝剂10％、以及聚羧酸减水剂8％。
3.根据权利要求1所述的注浆专用水泥添加剂，其特征在于，注浆专用水泥添加剂的氯离子含量不大于0.06％，碱含量不大于0.5％。
4.根据权利要求1所述的注浆专用水泥添加剂，其特征在于，注浆专用水泥添加剂的比重为2.8～3.0克/立方厘米，流动度为320～360mm，结石率为不小于97％，比表面积不小于500m2/kg。
5.一种如权利要求1～4任一所述的注浆专用水泥添加剂的使用方法，其特征在于，将注浆专用水泥添加剂添加至普通硅酸盐水泥中混合均匀，配置成注浆料，其中，注浆专用水泥添加剂与普通硅酸盐水泥注浆专用水泥添加剂与普通硅酸盐水泥的混合配置的重量比设定为1～2:5～15。
6.根据权利要求5所述的注浆专用水泥添加剂的使用方法，其特征在于，注浆专用水泥添加剂与普通硅酸盐水泥混合配置的比例设定为1.5：10。
7.根据权利要求5所述的注浆专用水泥添加剂的使用方法，其特征在于，注浆料与水的混合比例设定为0.8～1.2:1。
8.根据权利要求7所述的注浆专用水泥添加剂的使用方法，其特征在于，注浆料与水的混合比例设定为1:1。
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| CN115385596A (zh) * | 2022-08-11 | 2022-11-25 | 山东大学 | 一种用于劈裂挤密注浆的防泌水注浆材料及其制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107010898A (zh) * | 2017-05-03 | 2017-08-04 | 中铁隧道集团有限公司 | 一种海底隧道用注浆材料 |
| CN109578021A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-04-05 | 长安大学 | 一种经济型高强快硬注浆材料及软岩隧道的注浆加固方法 |
-
2020
- 2020-12-31 CN CN202011636077.XA patent/CN113003978A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107010898A (zh) * | 2017-05-03 | 2017-08-04 | 中铁隧道集团有限公司 | 一种海底隧道用注浆材料 |
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Cited By (1)
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| CN115385596A (zh) * | 2022-08-11 | 2022-11-25 | 山东大学 | 一种用于劈裂挤密注浆的防泌水注浆材料及其制备方法 |
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