CN113511852B - 可提高渗漏面喷射混凝土粘结强度的喷涂粘结净浆及施工方法 - Google Patents
可提高渗漏面喷射混凝土粘结强度的喷涂粘结净浆及施工方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种可提高渗漏面喷射混凝土粘结强度的喷涂粘结净浆及施工方法，该喷涂粘结净浆主要由以下重量份的材料组成：水泥100份；丙烯酸酯共聚乳液25~30份；水性固化剂4~8份；速凝剂8~10份；水12~16份。在向岩面喷射混凝土前先喷射粘结净浆，形成中间粘结层，使后续喷射的混凝土与粘结净浆接触，提高了粘结强度，同时处理更加方便，施工效率更高。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷射混凝土粘结材料，具体是一种可以用于存在渗流、渗漏等情况下的混凝土粘结强度的喷涂粘结水泥净浆，以及基于上述喷涂粘结水泥净浆的提高喷射混凝土与渗流、渗漏岩面粘结强度的施工方法。
背景技术
在隧道、隧洞工程中，特别是地下隧洞开挖工程中，经常会遇到渗流断面。如果在局部流水面直接喷射混凝土，混凝土与基岩粘结强度基本为零。且在混凝土封闭后，在水压的作用下，渗漏水穿过喷射混凝土层，形成酥松渗漏通道。
为此，技术人员提出了造灌浆孔、埋引流管后，喷混凝土，减少混凝土料的滑落，增加混凝土料与岩面的结合。但是现有材料和工艺并没有解决混凝土材料与岩面的粘结的问题，也没有大幅降低回弹损失率。
为了解决上述问题，现有技术提出了粘稠剂、速凝剂等方案，例如在专利CN1052648中，提出了一种用于干喷混凝土的粘稠剂，通过高聚合物树脂提高干喷混凝土的粘度和弹性，同时提高混凝土内部的抗渗和抗拉性能。但是这种粘稠剂成分过于复杂，质量控制较为困难，同时其是针对干喷混凝土而研发的，通过多种高分子聚合物组合来获得增稠效果，在湿喷混凝土中并不适用。也有技术通过AB双组分来制作喷涂材料，在使用前需要先进行混料操作。在上述现有技术中，共同的特点是通过将粘稠组分直接掺入混凝土中，制作成喷射混凝土。此外，部分现有方案中，存在材料价格较高、操作繁琐和会产生有毒或有害物质等问题。
故，需要对现有技术进行改进创新。
发明内容
发明目的：提供一种喷涂粘结净浆，在喷射混凝土与岩面之间形成中间层，通过该中间层提高喷射混凝土与渗漏岩面的粘结强度。
技术方案：
提供一种可提高渗漏面喷射混凝土粘结强度的喷涂粘结净浆，包括如下重量份的材料：水泥 100份；丙烯酸酯共聚乳液25~30份；水性固化剂4~8份；速凝剂8~10份；水12~16份。
根据本发明的一个方面，所述喷涂粘结净浆（粘结净浆，下同）由以下重量份的材料组成：水泥 100份；丙烯酸酯共聚乳液25~30份；水性固化剂4~8份；速凝剂8~10份；水12~16份。
根据本发明的一个方面，所述喷涂粘结净浆由以下重量份的材料组成：
水泥 100份；丙烯酸酯共聚乳液28~30份；水性固化剂5~7份；速凝剂9-10份；水15份。
根据本发明的一个方面，还提供一种可提高渗漏面喷射混凝土粘结强度的施工方法，包括如下步骤：
在待处理岩面埋入引流管，引流泄压；
向引流管周围的岩面上喷射粘结净浆，形成无渗漏岩面；
向所述无渗漏岩面喷射符合工程设计要求的混凝土；
养护预定期限；
其中，所述粘结净浆由以下重量份的材料组成：水泥 100份；丙烯酸酯共聚乳液25~30份；水性固化剂 4~8份；速凝剂 8~10份；水 12~16份。
根据本发明的一个方面，所述粘结净浆由以下重量份的材料组成：
水泥 100份；丙烯酸酯共聚乳液28~30份；水性固化剂5~7份；速凝剂9-10份；水15份。
根据本发明的一个方面，所述施工方法还包括如下步骤：
在养护结束后，将所述引流管作为灌浆管止漏灌浆，灌浆液采用聚氨酯或改性环氧灌浆液。
根据本发明的一个方面，粘结净浆的流动度为250~300mm；粘结净浆的喷涂厚度为1.0~3.0mm。
根据本发明的一个方面，向所述无渗漏岩面喷射符合工程设计要求的混凝土的过程进一步为：
将水泥、丙烯酸酯共聚乳液、水性固化剂和水按比例掺加，拌和均匀，置入净浆喷射机中，无碱速凝剂加入净浆喷射机口料罐中；
喷涂粘结水泥净浆至引流管周围渗流岩面上。
根据本发明的一个方面，喷射混凝土与岩面的粘结强度不小于1.0 Mpa。
有益效果：通过优化设计粘结净浆组分的方式，在喷射混凝土前，先在岩面上喷射粘结净浆，形成预处理层（或称岩面与混凝土之间的中间层），粘结净浆与岩面和混凝土均具有更好的粘结抗拉强度，因此提高了混凝土与岩面之间的粘结强度。同时，粘结水泥净浆的抗流水冲失性能更好，止漏封闭效果更好。
附图说明
图1a~图1e是本发明的试件冲刷示意图。
图1a展示了流水冲刷实验的状态。图1b展示了试件流水冲失状态。图1c展示了试件局部冲失状态。图1d和图1e展示了试件无流失状态。
具体实施方式
为了解决现有技术存在的上述问题，申请人对现有技术进行了深入地研究，目前的技术研发思路，无论是干喷还是湿喷混凝土，均采用将粘稠组分与混凝土直接混匀，然后喷射，因此掺量需要较大，操作也较为繁琐，导致施工复杂，影响混凝土的最终性能。
为了提高混凝土与岩面的粘接强度，以及抗流水冲失性能，申请人经研究发现，核心在于提高混凝土与岩面接触面的性能，因此如果存在一个既能够与岩面形成较好粘接性能，又可以与混凝土形成较好粘接性能的过渡层或中间层，那么可以大幅提高混凝土与岩面的粘接性能，同时降低相关组分的用量。
在混凝土与岩面的非接触面，例如在混凝土层中间或外侧的位置，相关的组分无法发挥与岩面粘接的作用。由于这些组分会影响混凝土本身的其他性能，因此这些组分的加入，反而导致混凝土的配比设计更加复杂，施工操作也更加复杂。
故而提供如下的设计方案。
在本申请中，喷涂粘结水泥净浆（或称粘结净浆、粘结水泥净浆等）由水泥、丙烯酸酯共聚乳液、水性固化剂、无碱速凝剂和水组合而成。在流水岩石表面首先喷涂粘结水泥净浆，形成中间过渡层，过渡层与岩面和混凝土的粘接性能均符合要求，因此再喷射混凝土，可明显提高喷射混凝土与流水岩面间粘结强度。
在本申请中，丙烯酸酯共聚乳液水泥净浆具有较高的粘接强度，与旧砂浆粘接强度可达8.0MPa，与钢板粘接强度大于1.0MPa。但丙烯酸酯共聚乳液水泥净浆耐水流冲刷的性能较差，且与流水岩面粘接强度不可保证。
在丙烯酸酯胶乳中掺加水性胶乳固化剂，然后一起掺入水泥净浆，一部分丙烯酸酯与水性固化剂中的酰胺基在水泥水化形成的碱性条件下发生迈克尔加成反应和酰胺化反应生成聚丙烯酰胺系列化合物，具有吸水絮凝作用，能够消除水泥净浆与岩石界面间水膜，同时促进另一部分丙烯酸酯共聚胶乳固化成膜，提高水泥净浆与岩石界面水中粘结抗折强度。丙烯酸酯共聚乳液复合水性固化剂配制水泥净浆可明显提高水泥净浆在流水界面粘接强度，但抗流水冲刷性能尚不能满足要求。
水泥净浆中掺加丙烯酸酯共聚乳液和水性固化剂，是为了提高喷射混凝土与流水岩面间粘接强度；水泥净浆中掺加无碱速凝剂是为了提高净浆抗流水冲刷能力。
丙烯酸酯共聚乳液复合水性固化剂、无碱速凝剂配制的喷涂粘结水泥净浆，复合料集中材料的优点，具有封闭渗漏通道，耐水流冲刷，且与流水岩面粘接强度高的特点。
在上述反应过程中，由于需要对各个反应速度进行调控，以实现较佳的效果，故而需要对反应条件进行优化，尤其是各反应组分的配比关系。由于部分工况下，温度、界面条件和性质、组分的混合均匀度、工人技术水平等存在差异，以部分工况下的使用情况进行说明。
较为理想的情况是，丙乳与水性固化剂的反应，与速凝剂与水泥的反应能够达到较好的协同。如果水性固化剂较多，则丙乳与水性固化剂的反应较快，在消除岩面界面上的水膜后，粘接强度快速提高，而速凝剂与水泥的反应较慢，没有及时提高水泥的强度，则此时的净浆整体强度弱，流动度相对较大，因此抗流水冲刷能力较弱。
而如果速凝剂较多，则在尚未形成足够多的固化膜，获得足够大的粘结力之前，水泥内部形成强度较大的凝结块，则亦容易被冲刷掉。
当然，如果固化剂或者速凝剂比较少，则很难获得较好的粘接强度和抗流水冲刷性能。为此，根据工程上的需要进行了优化，获得了较为优选的比例。在部分实验工况下，水泥为100份时，丙乳优选为25-30份，在考虑混合均匀度有偏差的情况下，获得较好的性能。固化剂与速凝剂的重量比为1:1~1:2，优选为1:1.5。固化剂的一般不低于4份，不高于10份。
本文份数均默认为重量份，有特别说明除外。在本文的实施例中，为了提高现场使用的效率和效果，放了一些余量，例如在实际工况下，混料的均匀度不如实验室好，那么需要适当增加一些用量。
具体地，上述喷涂粘结水泥净浆的配方为：以重量份数计，水泥100份；丙烯酸酯共聚乳液（或称丙烯酸酯胶乳、丙乳，下同）25~30份；水性固化剂4~8份；无碱速凝剂8~10份；水12~16份。
实施例1
喷涂水泥净浆比例：水泥100∶丙乳30∶水15。
喷涂至混凝土试件表面后，在流速0.5m/s的流水冲刷后立即流失，作用丧失。
喷射水泥砂浆与预留砂浆试件水中粘结（非流动水）标准养护28天抗折强度1.33MPa。喷射混凝土与预留混凝土试件水中粘结（非流动水）标准养护28天粘结抗拉强度0.40MPa。
实施例2
喷涂水泥净浆比例：水泥100∶丙乳30∶水性固化剂10∶水15。
喷涂至混凝土试件表面后，在流速0.5m/s的流水冲刷20秒后开始流失，作用不显。
喷射水泥砂浆与预留砂浆试件水中粘结（非流动水）标准养护28天抗折强度2.47MPa。喷射混凝土与预留混凝土试件水中粘结（非流动水）标准养护28天粘结抗拉强度0.85MPa。
实施例3
喷涂水泥净浆比例：水泥100∶丙乳30∶水性固化剂6∶速凝剂6∶水15。
喷涂至混凝土试件表面后，在流速0.5m/s的流水冲刷3分钟，局部有流失，流失面积10%。尚未起到设想效果。
实施例4
喷涂水泥净浆比例：水泥100∶丙乳30∶水性固化剂6∶速凝剂8∶水15。
喷涂至混凝土试件表面后，在流速0.5m/s的流水冲刷3分钟，喷涂净浆无流失。
喷射水泥砂浆与预留砂浆试件水中粘结（非流动水）标准养护28天抗折强度5.90MPa。
实施例5
喷涂水泥净浆比例：水泥100∶丙乳30∶速凝剂8∶水15。
喷涂至混凝土试件表面后，在流速0.5m/s的流水冲刷3分钟，喷涂净浆无流失。
喷射水泥砂浆与预留砂浆试件水中粘结（非流动水）标准养护28天抗折强度5.74MPa。
实施例6
喷涂水泥净浆比例：水泥100∶丙乳30∶水性固化剂6∶速凝剂10∶水15。
喷涂至混凝土试件表面后，在流速0.5m/s的流水冲刷3分钟，喷涂净浆无流失。
喷射水泥砂浆与预留砂浆试件水中粘结（非流动水）标准养护28天抗折强度6.42MPa。喷射混凝土与预留混凝土试件水中粘结（非流动水）标准养护28天粘结抗拉强度1.38MPa。
实施例7
喷涂水泥净浆比例：水泥100∶丙乳30∶速凝剂8∶水15。
喷涂至混凝土试件表面后，在流速0.5m/s的流水冲刷3分钟，喷涂净浆无流失。
喷射水泥砂浆与预留砂浆试件水中粘结（非流动水）标准养护28天抗折强度4.96MPa。喷射混凝土与预留混凝土试件水中粘结（非流动水）标准养护28天粘结抗拉强度1.18MPa。
实施例8
喷涂水泥净浆比例：水泥100∶丙乳25∶水性固化剂8∶速凝剂8∶水15。
喷涂至混凝土试件表面后，在流速0.5m/s的流水冲刷3分钟，喷涂净浆无流失。
喷射水泥砂浆与预留砂浆试件水中粘结（非流动水）标准养护28天抗折强度6.82MPa。喷射混凝土与预留混凝土试件水中粘结（非流动水）标准养护28天粘结抗拉强度1.40MPa。
实施例9
喷涂水泥净浆比例：水泥100∶丙乳28∶水性固化剂5∶速凝剂10∶水15。
喷涂至混凝土试件表面后，在流速0.5m/s的流水冲刷3分钟，喷涂净浆无流失。
喷射水泥砂浆与预留砂浆试件水中粘结（非流动水）标准养护28天抗折强度6.75MPa。喷射混凝土与预留混凝土试件水中粘结（非流动水）标准养护28天粘结抗拉强度1.29MPa。
根据不同实例性能检测结果，实施例6的喷涂粘结水泥净浆性能最为优越，作为优先推荐配比。
实施例10
喷涂水泥净浆比例：水泥100∶丙乳30∶水性固化剂3∶速凝剂10∶水15。
喷涂至混凝土试件表面后，在流速0.5m/s的流水冲刷3分钟，喷涂净浆少量流失。
喷射水泥砂浆与预留砂浆试件水中粘结（非流动水）标准养护28天抗折强度4.85MPa。喷射混凝土与预留混凝土试件水中粘结（非流动水）标准养护28天粘结抗拉强度1.10MPa。
实施例11
喷涂水泥净浆比例：水泥100∶丙乳30∶水性固化剂12∶速凝剂10∶水15。
喷涂至混凝土试件表面后，在流速0.5m/s的流水冲刷3分钟，喷涂净浆无流失。
喷射水泥砂浆与预留砂浆试件水中粘结（非流动水）标准养护28天抗折强度4.62MPa。喷射混凝土与预留混凝土试件水中粘结（非流动水）标准养护28天粘结抗拉强度1.01MPa。
实施例12
喷涂水泥净浆比例：水泥100∶丙乳30∶水性固化剂6∶速凝剂5∶水15。
喷涂至混凝土试件表面后，在流速0.5m/s的流水冲刷3分钟，喷涂净浆略有流失。
喷射水泥砂浆与预留砂浆试件水中粘结（非流动水）标准养护28天抗折强度5.25MPa。喷射混凝土与预留混凝土试件水中粘结（非流动水）标准养护28天粘结抗拉强度1.35MPa。
实施例13
喷涂水泥净浆比例：水泥100∶丙乳30∶水性固化剂6∶速凝剂15∶水15。
喷涂至混凝土试件表面后，在流速0.5m/s的流水冲刷3分钟，喷涂净浆略有流失。
喷射水泥砂浆与预留砂浆试件水中粘结（非流动水）标准养护28天抗折强度4.92MPa。喷射混凝土与预留混凝土试件水中粘结（非流动水）标准养护28天粘结抗拉强度1.05MPa。
实施例14
喷涂水泥净浆比例：水泥100∶丙乳30∶水性固化剂12∶速凝剂5∶水15。
喷涂至混凝土试件表面后，在流速0.5m/s的流水冲刷3分钟，喷涂净浆略有流失。
喷射水泥砂浆与预留砂浆试件水中粘结（非流动水）标准养护28天抗折强度4.62MPa。喷射混凝土与预留混凝土试件水中粘结（非流动水）标准养护28天粘结抗拉强度1.01MPa。
进一步地，提供一种施工方法，以提高渗漏岩面喷射混凝土粘接强度，步骤如下：
1、在渗漏岩面集中渗漏处钻孔，埋入引流管引流泄压。采用水泥加速凝剂拌和的速凝水泥净浆固定引流管。
2、将水泥、丙烯酸酯共聚乳液、水性固化剂和水按比例掺加，拌和均匀后置入净浆喷射机中，无碱速凝剂加入喷射机口料罐中。喷涂粘结水泥净浆至引流管周围渗流岩面上。粘结水泥净浆喷涂厚度1.0 ~3.0mm。
3、岩面无渗漏面后，喷射满足设计要求的混凝土。
4、喷射混凝土养护7天后，可将引流管作为灌浆管止漏灌浆。灌浆液可采用聚氨酯灌浆液，也可采用改性环氧灌浆液。
喷涂粘结水泥净浆性能指标如下：
水泥净浆流动度（参照GB/T8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》）： 250~300mm；喷射混凝土与流水岩面间粘结抗拉强度：大于1.0 MPa。
采取引流卸压-表面封闭-喷射混凝土-灌浆止漏等行之有效的施工工艺和技术措施，是全面提升隧洞局部渗漏部位喷射混凝土施工质量的有效措施。
引流管的埋设可以采用水泥加速凝剂的速凝水泥净浆固定。渗漏面的封闭也可采用水泥加速凝剂的水泥净浆喷涂施工，但与渗流岩面间粘结强度无法保证。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种可提高渗漏面喷射混凝土粘结强度的喷涂粘结净浆，其特征在于，由以下重量份的材料组成：
水泥 100份；丙烯酸酯共聚乳液25~30份；水性固化剂4~8份；速凝剂8~10份；水12~16份；
一种可提高渗漏面喷射混凝土粘结强度的施工方法，包括如下步骤：
在待处理岩面埋入引流管，引流泄压；
向引流管周围的岩面上喷射粘结净浆，形成无渗漏岩面；
向所述无渗漏岩面喷射符合工程设计要求的混凝土；
养护预定期限；
向所述无渗漏岩面喷射符合工程设计要求的混凝土的过程进一步为：将水泥、丙烯酸酯共聚乳液、水性固化剂和水按比例掺加，拌和均匀，置入净浆喷射机中，无碱速凝剂加入净浆喷射机口料罐中；喷涂粘结水泥净浆至引流管周围渗流岩面上；
还包括如下步骤：
在养护结束后，将所述引流管作为灌浆管止漏灌浆，灌浆液采用聚氨酯或改性环氧灌浆液。
2.如权利要求1所述的可提高渗漏面喷射混凝土粘结强度的喷涂粘结净浆，其特征在于，由以下重量份的材料组成：
水泥 100份；丙烯酸酯共聚乳液28~30份；水性固化剂5~7份；速凝剂9-10份；水15份。
3.如权利要求1所述的可提高渗漏面喷射混凝土粘结强度的喷涂粘结净浆，其特征在于，粘结净浆的流动度为250~300mm；粘结净浆的喷涂厚度为1.0~3.0mm。
4.如权利要求1所述的可提高渗漏面喷射混凝土粘结强度的喷涂粘结净浆，其特征在于，喷射混凝土与岩面的粘结强度不小于1.0MPa。
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