CN115304333B - 一种盾构同步注浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种盾构同步注浆料及其制备方法，盾构同步注浆料包括按重量份计的如下组分：150‑200份的水泥，100‑150份的粉煤灰，150‑200份的生态烧结料，450‑550份的铁尾矿细砂，0.3‑0.4份的纤维素醚，1.5‑1.7份的减水剂，560‑610份的拌合水；铁尾矿细砂为铁矿开发过程中矿石磨细经磁选出精矿后剩下的粉状或颗粒状固体废弃物，其含水率在17～22％，粒径为0.075mm以下的颗粒占总质量的70‑80％。本发明利用铁矿工业的废弃物作为湿拌盾构同步注浆料的主要成分，无需破碎和干燥等工艺；采用生态烧结料取代膨润土，充分利用了固体废弃物的同时降低对天然资源依赖。

Description

一种盾构同步注浆料及其制备方法

技术领域

本发明总体地涉及注浆材料，具体地涉及一种盾构同步注浆料及其制备方法。

背景技术

铁尾矿细砂是在铁矿开发过程中，在矿石磨细经磁选出有价值的精矿后产生的一种粉状或颗粒状的固体废弃物，是工业固体废弃物的典型代表。

铁尾矿细砂为铁矿开发过程中矿石磨细经磁选出精矿后剩下的粉状或颗粒状固体废弃物，其平均粒径较细，0.075mm以下约占70-80％，其含水率在17～22％，外观呈红褐色、泥块状。该粒径和含水量是铁矿破碎和磁选过程中自然形成的结果，无需进行额外的破碎和干燥。

随着我国工业化的飞速发展，尾矿产量的不断增长，长此以往，尾矿砂的堆存量越来越大，其中最为突出的就是铁尾矿细砂。同时我国尾矿综合利用率较低，2020-2021年我国尾矿综合利用量仅为3.12亿吨，综合利用率仅为18.9％，当前铁尾矿细砂存在产量大、堆存量大、利用率低的突出问题。而大量堆存的铁尾矿细砂不仅占用大量土地资源，还会造成大气、土壤等环境污染问题，同时还存在一定的泥石流等安全隐患。

近年来，城市土地开发进程的加快及重污染企业的搬迁，都将产生大量需要修复和处置的土壤，即污染土。污染土经水泥窑高温煅烧、热脱附、无害化处置后，形成热解析土。热解析土与粉煤灰渣按比例混合均匀后再磨细，即得到安全、无害，可循环利用的生态烧结料。生态烧结料的粒径较细，45μm筛余为0，25μm筛余小于1％，且具有一定的活性和良好的保水性能。

近年来，我国城市轨道交通正处于飞速发展阶段，我国盾构施工技术也处于国际领先地位，盾构同步注浆料的需求量也随之增加。目前的同步盾构同步注浆料主要是以普通硅酸盐水泥、粉煤灰等为胶凝材料，以天然河砂、石英砂等细骨料为骨架，以膨润土为保水组分，按照一定比例配制而成。而目前水泥价格居高不下，优质粉煤灰也日渐匮乏，同时天然砂、石英砂等有限自然资源也越来越紧缺。采用选铁尾矿后的细砂代替天然砂作为细骨料，采用生态烧结料代替膨润土来生产湿拌盾构同步注浆料，可解决优质资源短缺的问题，同时充分利用了铁尾矿砂含水率高的特点，以较低成本来实现其综合利用。

CN 113754362A公开了一种盾构注浆材料和盾构注浆材料的制备，由水泥、高钙粉煤灰、细沙、膨润土、偏高岭土、铁尾矿、碱性激发剂和减水剂组成。CN 113716922A公开了一种盾构同步注浆料及其制备方法，由特种水泥、冶金渣微粉、尾矿、流变稳定剂、悬浮分散剂、保水增塑剂、减水剂、消泡剂和增强组分组成。目前这些利用铁尾矿细砂制备盾构注浆材料，是将铁尾矿细砂经过筛分、水洗、烘干工艺处理后，再用来制备盾构同步注浆料，不仅没有合理利用铁尾矿细砂本身高含水率的特点，而且增加了产品的生产成本。

因此有必要开发一种湿拌盾构同步注浆料，实现对铁尾矿细砂和生态烧结料的高效资源综合利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种盾构同步注浆料及其制备方法，其充分利用铁矿开发过程中的固体废弃物铁尾矿细砂作为细骨料，避免资源浪费，且无需进行额外的破碎和干燥直接使用，降低了人力和能源消耗；同时采用生态烧结料取代膨润土，即充分利用了固体废弃物，又可解决天然资源缺少的问题，同时所得产品性能优异、成本低廉、绿色环保。

本发明的技术方案是，首先提供了一种以铁尾矿细砂为细骨料的湿拌盾构同步注浆料，包括如下组分：150-200重量份的水泥，100-150重量份的粉煤灰，150-200重量份的生态烧结料，450-550重量份的铁尾矿细砂，0.3-0.4重量份的纤维素醚，1.5-1.7重量份的减水剂，560-610重量份的拌合水。

进一步的，上述铁尾矿细砂为铁矿开发过程中矿石磨细经磁选出精矿后剩下的粉状或颗粒状固体废弃物，其含水率在17～22％，粒径为0.075mm以下的颗粒占总质量的70-80％。该铁尾矿细砂粒径和含水量是铁矿破碎和磁选过程中自然形成的结果，用作本发明产品组分时无需进行额外加工。

进一步的，上述生态烧结料包括体积比为1：2的热解析土与粉煤灰渣。

进一步的，上述水泥为42.5普通硅酸盐水泥，其3d抗压强度大于30MPa。

进一步的，上述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰。

进一步的，上述纤维素醚为粘度400-20000mPa.s的羟丙基甲基纤维素醚。

进一步的，上述减水剂为萘系减水剂或聚羧酸减水剂。

进一步的，上述拌合水为自来水。

本发明同时提供了上述湿拌盾构同步注浆料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将铁尾矿细砂与拌合水在水泥砂浆搅拌机中充分搅拌，使其混合均匀，得到预混液；

S2、将水泥、粉煤灰、生态烧结料、纤维素醚、减水剂加入到预混液中，继续在水泥砂浆搅拌机搅拌120s，即可制备出所述湿拌盾构同步注浆料。

参照T/CECS 563-2018《盾构法隧道同步注浆材料应用技术规程》测试本发明制备的湿拌盾构同步注浆料，测得流动度为275-302mm，泌水率为0.8-1.3％，固结率为97-98％，凝结时间为13-15.5h，3d抗压强度为1.2-1.5MPa，28d抗压强度为4.5-5.1MPa。

本发明相比现有技术的先进性在于：

1)本发明的盾构同步注浆料以铁尾矿细砂为细骨料，制备的盾构湿拌注浆材料具有流动性好、泌水率低、固结率高、凝结时间可控、强度高的特点。铁尾矿细砂不经烘干等工艺处理直接用于制备湿拌盾构同步注浆料，充分利用铁尾矿细砂含水率高、粒径细的特点，大幅降低了铁尾矿细砂的烘干能耗和盾构同步注浆料的生产成本，其中铁尾矿细砂的粒径和掺量至关重要。

2)本发明的盾构同步注浆料利用生态烧结料来取代膨润土，在提高湿拌盾构同步注浆料的固结率的同时，降低了对天然资源的使用，保护了环境，且降低了产品成本，其中生态烧结料的掺量至关重要。

3)本发明的盾构同步注浆料中铁尾矿细砂100％替代天然细砂，生态烧结料100％取代膨润土，制备的湿拌盾构同步注浆料性能优异，满足T/CECS563-2018《盾构法隧道同步注浆材料应用技术规程》的规定。铁尾矿细砂成本比天然砂低，使得制得的湿拌盾构同步注浆料成本明显降低，盾构同步注浆料的材料成本降低50元/m³以上。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种盾构同步注浆料，其组分和质量配比是：水泥200份，粉煤灰150份，铁尾矿细砂450份，生态烧结料200份，纤维素醚0.4份，减水剂1.7份，拌合水610份。

该种盾构同步注浆料的制备包括以下步骤：

1)将称量好的水泥、粉煤灰、生态烧结料、纤维素醚，减水剂等粉料混合均匀，备用。

2)将称量好的铁尾矿细砂和拌合水在水泥砂浆搅拌机中充分搅拌，使其混合均匀，得到均匀的预混液。

3)将步骤1的粉料加入步骤2的预混液中，用胶砂搅拌机持续搅拌120s，即可制备出湿拌盾构同步注浆料。

按照T/CECS 563-2018《盾构法隧道同步注浆材料应用技术规程》测试所制得的材料的性能指标，流动度为302mm，泌水率为1.3％，固结率为97.2％，凝结时间为15.5h，3d抗压强度为1.5MPa，28d抗压强度为5.1MPa。

实施例2

一种盾构同步注浆料，其组分和质量配比是：水泥150份，粉煤灰150份，铁尾矿细砂500份，生态烧结料200份，纤维素醚0.35份，减水剂1.7份，拌合水584份。

该种盾构同步注浆料的制备包括以下步骤：

1)将称量好的水泥、粉煤灰、生态烧结料、纤维素醚，减水剂等粉料混合均匀，备用。

2)将称量好的铁尾矿细砂和拌合水在水泥砂浆搅拌机中充分搅拌，使其混合均匀，得到均匀的预混液。

3)将步骤1的粉料加入步骤2的预混液中，用胶砂搅拌机持续搅拌120s，即可制备出湿拌盾构同步注浆料。

按照T/CECS 563-2018《盾构法隧道同步注浆材料应用技术规程》测试所制得的材料的性能指标，流动度为289mm，泌水率为1.2％，固结率为97.5％，凝结时间为14.5h，3d抗压强度为1.3MPa，28d抗压强度为4.7MPa。

实施例3

一种盾构同步注浆料，其组分和质量配比是：水泥150份，粉煤灰100份，铁尾矿细砂550份，生态烧结料200份，纤维素醚0.3份，减水剂1.5份，拌合水560份。

该种盾构同步注浆料的制备包括以下步骤：

1)将称量好的水泥、粉煤灰、生态烧结料、纤维素醚，减水剂等粉料混合均匀，备用。

2)将称量好的铁尾矿细砂和拌合水在水泥砂浆搅拌机中充分搅拌，使其混合均匀，得到均匀的预混液。

3)将步骤1的粉料加入步骤2的预混液中，用胶砂搅拌机持续搅拌120s，即可制备出湿拌盾构同步注浆料。

按照T/CECS 563-2018《盾构法隧道同步注浆材料应用技术规程》测试所制得的材料的性能指标，流动度为275mm，泌水率为1％，固结率为98％，凝结时间为13h，3d抗压强度为1.2MPa，28d抗压强度为4.5MPa。

实施例4

一种盾构同步注浆料，其组分和质量配比是：水泥200份，粉煤灰150份，铁尾矿细砂500份，生态烧结料150份，纤维素醚0.4份，减水剂1.7份，拌合水560份。

该种盾构同步注浆料的制备包括以下步骤：

1)将称量好的水泥、粉煤灰、生态烧结料、纤维素醚，减水剂等粉料混合均匀，备用。

2)将称量好的铁尾矿细砂和拌合水在水泥砂浆搅拌机中充分搅拌，使其混合均匀，得到均匀的预混液。

3)将步骤1的粉料加入步骤2的预混液中，用胶砂搅拌机持续搅拌120s，即可制备出湿拌盾构同步注浆料。

按照T/CECS 563-2018《盾构法隧道同步注浆材料应用技术规程》测试所制得的材料的性能指标，流动度为282mm，泌水率为0.8％，固结率为97％，凝结时间为14h，3d抗压强度为1.4MPa，28d抗压强度为5.1MPa。

对比例1

一种盾构同步注浆料，其组分和质量配比是：水泥200份，粉煤灰150份，天然细砂450份，生态烧结料200份，纤维素醚0.4份，减水剂1.7份，拌合水610份。

上述盾构同步注浆料的制备包括以下步骤：

1)将称量好的水泥、粉煤灰、天然细砂、生态烧结料、纤维素醚，减水剂等粉料混合均匀，备用。

2)称取拌合水，加入搅拌锅中。

3)将步骤1的粉料加入步骤2的水中，用胶砂搅拌机持续搅拌120s，即可制备出盾构同步注浆料。

按照T/CECS 563-2018《盾构法隧道同步注浆材料应用技术规程》测试所制得的材料的性能指标，流动度为270mm，泌水率为2.5％，固结率为95.5％，凝结时间为16.5h，3d抗压强度为1.4MPa，28d抗压强度为5.2MPa。

对比例2

一种盾构同步注浆料，其组分和质量配比是：水泥200份，粉煤灰150份，铁尾矿细砂500份，膨润土150份，纤维素醚0.4份，减水剂1.7份，拌合水560份。

上述盾构同步注浆料的制备包括以下步骤：

1)将称量好的水泥、粉煤灰、铁尾矿细砂、膨润土、纤维素醚，减水剂等粉料混合均匀，备用。

2)称取拌合水，加入搅拌锅中。

3)将步骤1的粉料加入步骤2的水中，用胶砂搅拌机持续搅拌120s，即可制备出盾构同步注浆料。

按照T/CECS 563-2018《盾构法隧道同步注浆材料应用技术规程》测试所制得的材料的性能指标，流动度为264mm，泌水率为1.7％，固结率为96.2％，凝结时间为16h，3d抗压强度为1.3MPa，28d抗压强度为4.6MPa。

通过本发明实施例和对比例可以看出：

1)从本发明实施例1和对比例1可以看出：用铁尾矿细砂替代天然细砂得到的盾构同步注浆料的流动度提高、泌水率降低、凝结时间缩短、结石率提高；

2)相对于实施例1，实施例2调高了铁尾矿细砂的量，相应的降低水泥的量，得到的盾构同步注浆料的凝结时间缩短、结石率提高；

3)相对于实施例1，实施例3调高了铁尾矿细砂的量，相应的降低粉煤灰的量，得到的盾构同步注浆料泌水率降低、凝结时间缩短、结石率提高；

4)从本发明实施例4和对比例2可以看出，用生态烧结料替代膨润土得到的盾构同步注浆料流动度提高、泌水率降低、凝结时间缩短、抗压强度提高；

综上可知，在产品抗压强度均满足T/CECS 563-2018中要求(3d≥0.5MPa，28d≥2.5MPa)的前提下，本申请实施例利用铁尾矿细砂替代天然细砂、水泥、粉煤灰，用生态烧结料代膨润土，可以显著提高盾构同步注浆料的流动性、凝结性能及结石率，降低泌水率，且还能够减少纤维素醚和减水剂的用量，大幅降低了盾构同步注浆料的原料成本。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种盾构同步注浆料，其特征在于，包括如下组分：150-200重量份的水泥，100-150重量份的粉煤灰，150-200重量份的生态烧结料，450-550重量份的铁尾矿细砂，0.3-0.4重量份的纤维素醚，1.5-1.7重量份的减水剂，560-610重量份的拌合水；

所述生态烧结料包括体积比为1：2的热解析土与粉煤灰渣，其粒径范围为：45μm筛余为0，25μm筛余小于1％；

所述热解析土为污染土经水泥窑高温煅烧、热脱附、无害化处置后形成；

所述铁尾矿细砂为铁矿开发过程中矿石磨细经磁选出精矿后剩下的粉状或颗粒状固体废弃物，其含水率在17~22%，粒径为0.075mm以下的颗粒占总质量的70-80%。

2.如权利要求1所述的盾构同步注浆料，其特征在于，所述水泥为42.5普通硅酸盐水泥，其3d抗压强度大于30MPa。

3.如权利要求1所述的盾构同步注浆料，其特征在于，所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰。

4.如权利要求1所述的盾构同步注浆料，其特征在于，所述纤维素醚为粘度400-20000mPa.s的羟丙基甲基纤维素醚。

5.如权利要求1所述的盾构同步注浆料，其特征在于，所述减水剂为萘系减水剂或聚羧酸减水剂。

6.如权利要求1所述的盾构同步注浆料，其特征在于，所述拌合水为自来水。

7.如权利要求1-6中任一权利要求所述的盾构同步注浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将铁尾矿细砂与拌合水在水泥砂浆搅拌机中充分搅拌，使其混合均匀，得到预混液；

S2、将水泥、粉煤灰、生态烧结料、纤维素醚、减水剂加入到预混液中，继续在水泥砂浆搅拌机搅拌120s，即可制备出所述盾构同步注浆料。