CN114249573A - 富水岩溶地区地铁盾构隧道同步注浆材料及制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种富水岩溶地区地铁盾构隧道同步注浆材料及制备方法和应用，按重量份算包括硅酸盐水泥熟料30～40份，粉煤灰22.5～30份，脱硫石膏2.5～5份，膨胀土5～7.5份，硅灰5～7.5份，热活化处理电解锰渣20～25份，外掺调节剂一0.3～2.5份，外掺调节剂二3～3.75份，本发明实现了锰渣绿色建材化利用新途径，有效缓解电解锰渣堆积污染环境的问题；本发明注浆材料具有可注性高、流动性好、体积微膨胀、结石体抗渗性强的问题。
Description
技术领域
本发明涉及同步注浆加固技术领域，具体为一种富水岩溶地区地铁盾构隧道同步注浆材料及制备方法和应用。
背景技术
电解锰渣是电解法电解金属锰生产过程中产生的酸性废渣，主要成分为SiO2、Al2O3和CaSO4·2H2O，具有含水率高、黏度大和活性低等特点。每生产1t电解金属锰将会产生10～12t电解锰渣。贵州铜仁每年的电解锰渣产量约300万吨，由于锰渣综合利用率仅有7％，历史累计堆存量超过1.3亿吨。目前，电解锰渣的处理方式主要是堆存，电解锰渣中的硫酸盐、氨氮、锰的浓度极高，砷、镍、铅等重金属和小颗粒物质容易进入水体、土壤和空气，造成严重的环境污染。亟需制备适用于隧道建设工程的锰渣基注浆材料，实现电解锰渣综合应用体系。
注浆材料已成为富水岩溶地区地铁盾构隧道灾害控制的关键科学制约，亟需制备富水岩溶地区高效注浆材料，使其具备(微)孔隙可注性高、泵送稳定、凝结时间可控、高强、体积稳定、水化矿物合理致密、耐久、加固效果好、绿色环保等优点，克服现有注浆材料缺陷，以实现对富水岩溶地区的有效注浆加固。
发明内容
本发明的目的在于提供一种富水岩溶地区地铁盾构隧道同步注浆材料及制备方法和应用，适用于富水岩溶地铁盾构隧道同步注浆加固的新型高效锰渣基复合注浆材料及其制备工艺，该材料具有流动性强、泌水性强、早后期强度高、结石率高、结石体抗渗性好、抗浸蚀性强、耐久性好、绿色无污染，为富水岩溶地铁盾构隧道提供高效注浆材料，以克服现有技术的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种富水岩溶地区地铁盾构隧道同步注浆材料，按重量份算：包括硅酸盐水泥熟料30～40份，粉煤灰22.5～30份，脱硫石膏2.5～5份，膨胀土5～7.5份，硅灰5～7.5份，热活化处理电解锰渣20～25份，外掺调节剂一0.3～2.5份，外掺调节剂二3～3.75份。
作为本发明的进一步方案：所述外掺调节剂一按重量份算包括超塑化剂96～99份和羟丙基甲基纤维素1～4份；加调节剂一中，超塑化剂使浆液体系的界面张力降低，水泥熟料粒子更易被水润湿，主要对水泥基浆液流动性有所提高，保障注浆浆液流动性，稳定性和可注浆性；纤维素能有效提高浆液保水性能、泌水性，使浆液不易分层离析，最终保证浆液具有高效的工作性能。
作为本发明的进一步方案：所述超塑化剂为聚羧酸减水剂或萘系减水剂，这种减水剂与羟丙基甲基纤维素配合对注浆浆液性能和结石体性起到提升作用。
作为本发明的进一步方案：所述外掺调节剂二包括氢氧化钠，外加调节剂二中氢氧化钠的激发作用，与电解锰渣共同提供强酸、强碱环境，激发粉煤灰、硅灰、电解锰渣胶凝活性，有效提高后期水化矿物的含量与结石体致密度，保证了结石体中后期的强度不断增加；其中活化处理电解锰渣与氢氧化钠的重量比值为85：15。
作为本发明的进一步方案：所述注浆材料中各组分材料颗粒通过200目方孔筛过筛，所述各组分材料颗粒的比表面积为100-1500m2/Kg。
作为本发明的进一步方案：所述硅酸盐水泥熟料为符合GB/T 21372～2008的低碱硅酸盐水泥熟料，硅酸盐水泥熟料是一种多矿物聚集体，主要含有C3S、C2S、C3A及C4AF等矿物的水硬性胶凝材料，硅酸盐水泥熟料水化过程可主要分为钙矾石形成阶段、C3S水化阶段及结构形成发展阶段，CSH凝胶物质为注浆材料提供了早期强度；所述粉煤灰为符合GB/T1596～2017的粉煤灰，含量高达50％～80％的铝硅玻璃体是粉煤灰具有火山灰活性的主要组成部分；少量石英(Si02)、莫来石(3A1203·2Si02)等结晶矿物及未燃尽碳粒等的存在使粉煤灰活性降低。水泥熟料水化后，粉煤灰中活性Si02、A1203等与氢氧化钙发生反应生成水化硅酸钙与铝酸钙；硅灰中含大量非结晶二氧化硅，活性较高，主要与水化氢氧化钙进行中后期火山灰反应；在碱激发条件下矿渣与粉煤灰中玻璃体结构解体碱性条件能够加速硅灰中二氧化硅的火山灰反应，以上最终都形成大量新水化硅酸钙及水化铝硅酸钙凝胶等有效矿物；所述脱硫石膏为符合JC/T2074～2011的烟气脱硫石膏，脱硫石膏是工业烟气脱硫的副产物，93％为二水硫酸钙(CaS04·2H20)，脱硫石膏通过在水泥熟料颗粒表面形成钙矾石保护膜，阻碍熟料颗粒的早期水化进程，调节磨细后硅酸盐水泥熟料的凝结时间，防止熟料水化快凝，同时还能够通过自身反应增加结石体致密度，提高早期强度，改善耐蚀性、抗渗性等性能；所述超塑化剂为符合GB8076～2008的聚羧酸减水剂或萘系减水剂；所述羟丙基甲基纤维素的粘度为10万的工业羟丙基甲基纤维素；所述氢氧化钠为符合GB/T209～2006的工业无水氢氧化钠固体。
一种富水岩溶地区地铁盾构隧道同步注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将电解锰渣进行球磨、烘干，烘干后的电解锰渣加入一定量的焦炭进行高温热活化处理，热活化处理的电解锰渣含有大量易溶性CaS04，在注浆体系中起到硫酸盐激发作用，即CaS04溶于水生成CaSO4·2H2O，这种新生成的CaSO4·2H2O为次生石膏，晶体颗粒小，比表面积大，具有较强的反应活性，促进了对粉煤灰中活性Al2O3的激发，比原状石膏更容易促进AFt的生成；电解锰渣与焦炭的比值为95：4-6；
步骤二、将硅酸盐水泥熟料进行破碎、球磨，使其通过200目方孔筛；
步骤三、将热活化处理的电解锰渣以及其他各组分按重量配比称取，并将各组分进行预混合；
步骤四、按水胶比配制注浆材料过程中加入外加剂，制得富水岩溶地区地铁盾构隧道同步注浆材料。
一种富水岩溶地铁盾构隧道同步注浆浆液，所述注浆浆液由注浆材料与水按水胶比为0.5-0.75进行单浆液配制而成；搅拌均匀后进行注，其中搅拌转速为1000～3000r/min，搅拌时间为20min。
一种富水岩溶地区地铁盾构隧道同步注浆材料在富水岩溶地区地铁盾构隧道进行同步注浆加固中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的注浆材料为单浆液注浆材料，水胶比为0.5～0.75，浆液流动度160mm～241mm，泌水性2％～3％，结石率为98％，胶凝时间10～18h，浆液胶凝时间、浆液流动性及扩散性等方面可以根据工程需要进行调控。
本发明的注浆材料结石体养护1天最高强度1.75MPa，3天强度最高为15.9MPa，28天最高强度为26MPa，强度满足富水岩溶地区地铁盾构隧道同步注浆材料的性能要求
本发明实现了锰渣绿色建材化利用新途径，有效缓解电解锰渣堆积污染环境的问题；本发明注浆材料具有可注性高、流动性好、体积微膨胀、结石体抗渗性强的问题。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
1.富水岩溶地区地铁盾构隧道同步注浆材料，主要由以下重量的组分组成：硅酸盐水泥熟料30份，粉煤灰30份，脱硫石膏5份，膨胀土7.5份，硅灰7.5份，热活化处理电解锰渣25份，外掺调节剂一2.5份，外掺调节剂二3.75；外掺调节剂一主要由以下重量份的组分组成：超塑化剂96份，羟丙基甲基纤维素4份；外掺调节剂二主要由氢氧化钠组分组成，热活化处理电解锰渣与氢氧化钠比值为85：15；
注浆材料中各组分材料颗粒为通过200目(0.075mm)方孔筛，比表面积为1200m2/Kg。
2.制备工艺，水胶比为0.5，进行1500r/min的均匀搅拌，搅拌时间控制为20min。
表征结果如表1所示。
实施例二
1.富水岩溶地区地铁盾构隧道同步注浆材料，主要由以下重量的组分组成：硅酸盐水泥熟料40份，粉煤灰25份，脱硫石膏2.5份，膨胀土5份，硅灰5份，热活化处理电解锰渣20份，外掺调节剂一1.5份，外掺调节剂二3；外掺调节剂一主要由以下重量份的组分组成：超塑化剂96份，羟丙基甲基纤维素4份；外掺调节剂二主要由氢氧化钠组分组成，热活化处理电解锰渣与氢氧化钠比值为85：15；
注浆材料中各组分材料颗粒为通过200目(0.075mm)方孔筛，比表面积为1200m2/Kg。
制备工艺，水胶比为0.6，进行1500r/min的均匀搅拌，搅拌时间控制为20min。
表征结果如表2所示
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (8)
1.一种富水岩溶地区地铁盾构隧道同步注浆材料，其特征在于按重量份算：包括硅酸盐水泥熟料30～40份，粉煤灰22.5～30份，脱硫石膏2.5～5份，膨胀土5～7.5份，硅灰5～7.5份，热活化处理电解锰渣20～25份，外掺调节剂一0.3～2.5份，外掺调节剂二3～3.75份。
2.根据权利要求1所述的富水岩溶地区地铁盾构隧道同步注浆材料，其特征在于：所述外掺调节剂一按重量份算包括超塑化剂96～99份和羟丙基甲基纤维素1～4份。
3.根据权利要求2所述的富水岩溶地区地铁盾构隧道同步注浆材料，其特征在于：所述超塑化剂为聚羧酸减水剂或萘系减水剂。
4.根据权利要求1所述的富水岩溶地区地铁盾构隧道同步注浆材料，其特征在于：所述外掺调节剂二包括氢氧化钠。
5.根据权利要求1所述的富水岩溶地区地铁盾构隧道同步注浆材料，其特征在于：所述注浆材料中各组分材料颗粒通过200目方孔筛过筛，所述各组分材料颗粒的比表面积为100-1500m2/Kg。
6.一种富水岩溶地区地铁盾构隧道同步注浆材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、将电解锰渣进行球磨、烘干，烘干后的电解锰渣加入一定量的焦炭进行高温热活化处理，电解锰渣与焦炭的比值为95：4-6；
步骤二、将硅酸盐水泥熟料进行破碎、球磨，使其通过200目方孔筛；
步骤三、将热活化处理的电解锰渣以及其他各组分按重量配比称取，并将各组分进行预混合；
步骤四、按水胶比配制注浆材料过程中加入外加剂，制得富水岩溶地区地铁盾构隧道同步注浆材料。
7.一种富水岩溶地铁盾构隧道同步注浆浆液，其特征在于：所述注浆浆液由注浆材料与水按水胶比为0.5-0.75进行单浆液配制而成。
8.一种富水岩溶地区地铁盾构隧道同步注浆材料在富水岩溶地区地铁盾构隧道进行同步注浆加固中的应用。
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