CN116003060A - 运营隧道衬砌空洞填补用早强渗透结晶型注浆材料及注浆浆体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种运营隧道衬砌空洞填补用早强渗透结晶型注浆材料及注浆浆体的制备方法,该注浆材料包括如下重量份数的组分:硅酸盐水泥650‑850份;快硬剂100‑200份;气相二氧化硅5‑10份;减水剂3‑6份;稳定剂0.2‑0.5份;塑性膨胀剂0.2‑0.5份;补偿收缩膨胀剂50‑100份;缓凝剂0.2‑1份;消泡剂0.3‑0.8份;渗透结晶剂5‑15份。本发明的运营隧道衬砌空洞填补用早强渗透结晶型注浆材料高流态、微膨胀,空洞填充性好,早期强度高,具备优良的渗透结晶防水效果,满足运营隧道衬砌空洞填补修复施工要求,同时对衬砌混凝土渗漏水有很好的治理效果。
Description
技术领域
本发明涉及建筑及岩土工程技术领域,具体涉及运营隧道衬砌空洞填补用早强渗透结晶型注浆材料及注浆浆体的制备方法。
背景技术
目前,我国铁路交通行业得到了快速的发展,基本建成高效、安全、便捷、绿色的综合交通运输体系,随着运营隧道的增加,部分隧道因受到地层条件、地质构造和地下水条件以及当时施工因素的影响,出现了不同程度的病害,如隧道衬砌脱空、结构渗漏水等,严重影响了铁路运营安全。
传统隧道衬砌空洞病害治理注浆材料多为水泥浆或水泥-水玻璃双浆液,通过低压注浆方式对脱空区进行回填注浆。该类材料用水量大,浆体稳定差,泌水分层严重,浆体固化后收缩率大,早期强度低,不能满足运营隧道天窗期施工要求。通过现场钻芯取样检测结果发现凝结硬化后的传统注浆材料与衬砌混凝土和上层防水板脱离,在隧道衬砌结构上形成了“两层皮”现象,不仅不能提高衬砌结构稳定性,反而增大了衬砌自重,对隧道衬砌结构稳定性和运行安全性起到不利影响。
发明内容
为了解决现有技术的缺陷,本发明提出了一种运营隧道衬砌空洞填补用早强渗透结晶型注浆材料及注浆浆体的制备方法,该材料具有超细、高流态、微膨胀,空洞填充性好,可填充微小裂隙。早期强度高,具备优良的渗透结晶防水效果,满足运营隧道天窗期衬砌空洞填补修复施工要求,同时对衬砌混凝土渗漏水有很好的治理效果。
第一方面,本发明采用的技术方案是,一种运营隧道衬砌空洞填补用早强渗透结晶型注浆材料,包括如下重量份数的组分:硅酸盐水泥650-850份;快硬剂100-200份;气相二氧化硅5-10份;减水剂3-6份;稳定剂0.2-0.5份;塑性膨胀剂0.2-0.5份;补偿收缩膨胀剂50-100份;缓凝剂0.2-1份;消泡剂0.3-0.8份;渗透结晶剂5-15份。
优选的,所述硅酸盐水泥为超细硅酸盐水泥,其D90≤20μm,强度等级为52.5。
优选的,所述快硬剂为日本电气化学beform快硬剂。
优选的,所述气相二氧化硅为纳米级无定形二氧化硅,比表面积大于200㎡/g,平均粒径<30nm。
优选的,所述减水剂为粉体聚羧酸高性能减水剂,所述稳定剂为改性硅酸镁铝。
优选的,所述塑性膨胀剂为偶氮二甲酰胺,所述补偿收缩膨胀剂为硫铝酸钙类膨胀剂UEA。
优选的,所述缓凝剂为L-酒石酸,所述消泡剂为聚醚改性聚硅氧烷消泡剂。
优选的,所述渗透结晶剂由重量比为1:1的速溶硅酸钠和硬脂酸铝混合而成。
第二方面,本发明还提出了一种注浆浆体的制备方法,其特征在于,所述方法包括:按前述的运营隧道衬砌空洞填补用早强渗透结晶型注浆材料的配比取得相应组分并混合均匀,得到所述注浆材料;将所述注浆材料加入水中,并在加入过程中持续进行搅拌,得到注浆浆体;其中,搅拌时长为3-5min,所述注浆材料与水的重量比为1:(0.25-0.27)。
优选的,所述取得相应组分并混合均匀,得到所述注浆材料,具体为:将相应组分放入无重力砂浆混料机里混合均匀,得到所述注浆材料。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、该材料具有超细、高流态、微膨胀,空洞填充性好,并可填充微小裂隙;
2、早期强度高,具备优良的渗透结晶防水效果,满足运营隧道天窗期衬砌空洞填补修复施工要求,同时对衬砌混凝土渗漏水有很好的治理效果。
具体实施方式
实施例1,一种运营隧道衬砌空洞填补用早强渗透结晶型注浆材料,其包括如下重量份数的组分:超细硅酸盐水泥800份;快硬剂130份;气相二氧化硅7份;粉体聚羧酸减水剂4份;改性硅酸镁铝0.5份;偶氮二甲酰胺0.3份;UEA膨胀剂50份;L-酒石酸0.6份;有机硅消泡剂0.8份;渗透结晶剂10份(由速溶硅酸钠5份和硬脂酸铝5份组成)。
将以上物料组分置于无重力砂浆混料机中搅拌均匀制得注浆材料。
实施例2,一种运营隧道衬砌空洞填补用早强渗透结晶型注浆材料,其包括如下重量份数的组分:超细硅酸盐水泥770份;快硬剂120份;气相二氧化硅5份;粉体聚羧酸减水剂3.5份;改性硅酸镁铝0.4份;偶氮二甲酰胺0.4份;UEA膨胀剂80;L-酒石酸0.5份;有机硅消泡剂0.7份;渗透结晶剂15份(由速溶硅酸钠7.5份和硬脂酸铝7.5份组成)。
将以上物料组分置于无重力砂浆混料机中搅拌均匀制得注浆材料。
实施例3,一种运营隧道衬砌空洞填补用早强渗透结晶型注浆材料,其包括如下重量份数的组分:超细硅酸盐水泥700份;快硬剂180份;气相二氧化硅10份;粉体聚羧酸减水剂6份;改性硅酸镁铝0.2份;偶氮二甲酰胺0.5份;UEA膨胀剂100;L-酒石酸1份;有机硅消泡剂0.4份;渗透结晶剂5份(由速溶硅酸钠2.5份和硬脂酸铝2.5份组成)。
将以上物料组分置于无重力砂浆混料机中搅拌均匀制得注浆材料。
需要说明的是,上述多个实施例中的运营隧道衬砌空洞填补用早强渗透结晶型注浆材料,超细硅酸盐水泥和快硬剂作为复合凝胶体系主体,按一定比例配制,并添加纳米级气相二氧化硅、特定的功能助剂、渗透结晶组分等,得到的注浆材料超细、高流态、微膨胀,空洞填充性好,并可填充微小裂隙。早期强度高,具备优良的渗透结晶防水效果,满足运营隧道天窗期衬砌空洞填补修复施工要求,同时对衬砌混凝土渗漏水有很好的治理效果。
其中,硅酸盐水泥为超细硅酸盐水泥,其D90≤20μm,强度等级为52.5;该处D90的意义指的是:该水泥样品的累计粒度分布数达到90%时所对应的粒径,在上述实施例中所体现的物理意义是该水泥的粒径小于20μm的颗粒占总体颗粒的90%。由于超细硅酸盐水泥粒径仅有普通水泥的几分之一,因此具有优异的可灌注性,可灌注混凝土和围岩微小裂缝和裂隙。快硬剂与硅酸盐水泥复合体系,通过特定比例,可将早期2h强度提高到10MPa以上,且后期强度不倒缩、不降低。避免了采用早强剂+硅酸盐水泥组合带来的后期强度降低问题。且快硬剂与硅酸盐水泥反应生成大量的钙矾石,有助于降低浆体硬化后的体积收缩。
其中,塑性膨胀剂-偶氮二甲酰胺与补偿收缩膨胀剂-UEA膨胀剂组合使用,可实现浆体塑性阶段微膨胀和降低后期干缩。使注浆材料填充更密实,避免浆体积收缩再次产生裂缝和空洞。
其中,稳定剂与减水剂配合使用可实现注浆材料高流态状态下,浆体不发生离析、泌水、分层现象,提高浆体稳定性,降低分离度,保证注浆材料质量均匀稳定,有利于注浆材料与旧混凝土结合,提高注浆密实度。
其中,所述气相二氧化硅为无定形纳米级二氧化硅,由于气相二氧化硅属于纳米级,平均粒径<30nm,表面积>200㎡/g,具有非常高的表面活性,可与水泥水化产物Ca(OH)2发生二次反应生成C-S-H凝胶体,提高浆体硬化强度。另外,其粒径为纳米级,比表面积大,可有效填充硬化水泥浆体中的细小孔隙和薄弱基面处,增加硬化浆体密实度,减小孔隙率,降低内部缺陷,提高水泥硬化强度和抗渗性能,降低干缩率。
其中,渗透结晶剂为新型刚性防水组分,可实现渗透结晶效果,主要由速溶硅酸钠和硬脂酸铝组成,含有多种活性化学物质,可显著提高注浆材料自身防水性和抗渗性。当隧道衬砌出现开裂、渗水时,注浆材料中的渗透结晶活性化学物质与水作用后向混凝土裂缝内部渗透,在混凝土中形成不溶于水的结晶体填塞毛细孔道和裂缝,从而使混凝土裂缝自愈合、致密,提高防水防渗。
所采用的有机硅消泡剂即为聚醚改性聚硅氧烷消泡剂;快硬剂为日本电气化学beform,钙矾石类;减水剂为粉体聚羧酸高性能减水剂;有机硅消泡剂为聚醚改性聚硅氧烷消泡剂。
本发明还公开了一种注浆浆体的制备方法,所述方法包括:按上述配比取得相应组分;将各组分放入无重力砂浆混料机里混合均匀,即制得运营隧道衬砌空洞填补用早强渗透结晶型注浆材料;将所述注浆材料加入水中,并在加入过程中持续进行搅拌,得到注浆浆体。其中,注浆材料在实际使用时按1:0.26(或1:0.25、1:0.27)的料水比配制搅拌成浆体,配置浆体时加料顺序为:先加入水,再加入注浆材料,边加入注浆材料边搅拌,直至生成均匀的浆体,然后进行注浆。搅拌设备应为高速搅拌机,其转速不低于600r/min,搅拌时长为3-5min。
水泥浆
传统水泥浆准备材料和工艺,选用拉法基PO42.5普通硅酸盐水泥,水料比为0.75,搅拌生成均匀的浆体。
对比例
某隧道空洞填充用水泥基注浆材料成品,其主要成分为水泥、各种功能助剂,水料比为0.30,搅拌生成均匀的浆体。
将实施例1-3所制得的浆体和水泥浆、对比例制得的浆体分别进行浆体工作性、稳定性、膨胀率、强度、防水抗渗等测试,测试方法可以依据现有技术中常规的质检方法,测试结果如下表1。
表1各注浆材料性能
从表1中可以看出,采用本实施例1-3的注浆材料制得的浆体,流动度好,浆体稳定,不分层、不泌水,塑性阶段体积微膨胀,后期收缩率低。且抗渗压力优异,均在2.0MPa以上。早期2h抗压强度均大于10MPa,满足运营隧道天窗期施工要求。而传统水泥浆、对比例与本发明实施例1-3相比,浆体流动性和稳定性差,容易泌水和分层,普通水泥浆早期及后期收缩率大,早期强度低,2h还没有凝结,因此不能满足运营隧道天窗期施工要求。且传统水泥浆与对比例28d抗渗压力均较低,不能满足隧道衬砌防水止水要求。
在本说明书的描述中,若出现术语″实施例一″、″本实施例″、″在一个实施例中″等描述,意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于发明或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一定指的是相同的实施例或示例;而且,所描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以恰当的方式结合。
在本说明书的描述中,术语″连接″、″安装″、″固定″、″设置″、″具有″等均做广义理解,例如,″连接″可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本案技术,熟悉本领域技术的人员显然可轻易对这些实例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本案不限于以上实施例,对于以下几种情形的修改,都应该在本案的保护范围内:①以本发明技术方案为基础并结合现有公知常识所实施的新的技术方案,该新的技术方案所产生的技术效果并没有超出本发明技术效果之外;②采用公知技术对本发明技术方案的部分特征的等效替换,所产生的技术效果与本发明技术效果相同;③以本发明技术方案为基础进行可拓展,拓展后的技术方案的实质内容没有超出本发明技术方案之外;④利用本发明说明书内容所作的等效变换,直接或间接运用在其他相关的技术领域。
Claims (10)
1.运营隧道衬砌空洞填补用早强渗透结晶型注浆材料,其特征在于,包括如下重量份数的组分:硅酸盐水泥650-850份;快硬剂100-200份;气相二氧化硅5-10份;减水剂3-6份;稳定剂0.2-0.5份;塑性膨胀剂0.2-0.5份;补偿收缩膨胀剂50-100份;缓凝剂0.2-1份;消泡剂0.3-0.8份;渗透结晶剂5-15份。
2.根据权利要求1所述的运营隧道衬砌空洞填补用早强渗透结晶型注浆材料,其特征在于,所述硅酸盐水泥为超细硅酸盐水泥,其D90≤20μm,强度等级为52.5。
3.根据权利要求1所述的运营隧道衬砌空洞填补用早强渗透结晶型注浆材料,其特征在于,所述快硬剂为日本电气化学beform快硬剂。
4.根据权利要求1所述的运营隧道衬砌空洞填补用早强渗透结晶型注浆材料,其特征在于,所述气相二氧化硅为纳米级无定形二氧化硅,比表面积>200㎡/g,平均粒径<30nm。
5.根据权利要求4所述的运营隧道衬砌空洞填补用早强渗透结晶型注浆材料,其特征在于,所述减水剂为粉体聚羧酸高性能减水剂,所述稳定剂为改性硅酸镁铝。
6.根据权利要求1所述的运营隧道衬砌空洞填补用早强渗透结晶型注浆材料,其特征在于,所述塑性膨胀剂为偶氮二甲酰胺,所述补偿收缩膨胀剂为硫铝酸钙类膨胀剂UEA。
7.根据权利要求1所述的运营隧道衬砌空洞填补用早强渗透结晶型注浆材料,其特征在于,所述缓凝剂为L-酒石酸,所述消泡剂为聚醚改性聚硅氧烷消泡剂。
8.根据权利要求1所述的运营隧道衬砌空洞填补用早强渗透结晶型注浆材料,其特征在于,所述渗透结晶剂由重量比为1:1的速溶硅酸钠和硬脂酸铝混合而成。
9.一种注浆浆体的制备方法,其特征在于,所述方法包括:按权利要求1-8任意一项所述的运营隧道衬砌空洞填补用早强渗透结晶型注浆材料的配比取得相应组分并混合均匀,得到所述注浆材料;将所述注浆材料加入水中,并在加入过程中持续进行搅拌,得到注浆浆体;其中,搅拌时长为3-5min,所述注浆材料与水的重量比为1:(0.25-0.27)。
10.根据权利要求1所述的注浆浆体的制备方法,其特征在于,所述取得相应组分并混合均匀,得到所述注浆材料,具体为:将相应组分放入无重力砂浆混料机里混合均匀,得到所述注浆材料。
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