CN116768574A - 一种盾构同步双液注浆材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种盾构同步双液注浆材料及其制备方法，属于盾构施工技术领域，包括以下质量份数的组分：A组分1‑5份，B组分0.5‑5份：其中，A组分包括：水泥40‑50份、粉煤灰10‑20份、环氧改性丙烯酸乳液10‑15份、水40‑50份；B组分包括：早强剂30‑45份、活性氢氧化铝5‑10份、氟硅酸镁3‑15份、有机胺2‑8份、纳米硅溶胶8‑12份、过硫酸胺10‑20份、PH调节剂0.5‑1份。本发明提供的一种盾构同步双液注浆材料及其制备方法，具有价格低廉，性能优异，收缩小、低碱以及环境友好的特点。能解决水泥‑水玻璃双液浆固结体收缩率较大；易崩解，耐久性差；高碱性物质注入地层对地下水污染严重的问题。

Description

一种盾构同步双液注浆材料及其制备方法

技术领域

本发明属于盾构施工技术领域，更具体地说，是涉及一种盾构同步双液注浆材料及其制备方法。

背景技术

同步注浆是管片背后注浆的一种形式，是整个盾构施工的一道关键工序。所谓同步注浆就是在盾构机掘进的同时，通过盾构机上的注浆管或管片上的吊装孔，向管片背后注入浆液，填充管片脱离盾尾时管片与围岩之间形成的施工间隙，保证盾构隧道上方土体不发生较大沉降，确保施工安全。

目前，盾构施工常选用的浆液为水泥-水玻璃双液浆，该种注浆材料凝胶时间短、且在几秒钟到几十分钟内准确控制，早期强度上升快，因此应用较为广泛，但也存在着一些局限性：水泥-水玻璃浆液扩散半径小，水玻璃为高碱性物质，注入地层对地下水污染严重，水玻璃用量较大，可作为硅源的石英砂等矿石被大量开采，造成资源匮乏，环境破坏。此外，水泥-水玻璃固结体长期浸泡在水中，在接触流动水的条件下，会有大量钠离子溶出，使固结体粉化，进而导致固结强度下降，甚至崩解，溶出的钠离子还会污染水资源。此外，水泥-水玻璃固结体收缩率较大，地表沉降控制问题有待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种盾构同步双液注浆材料及其制备方法，旨在代替水玻璃，减少高碱性物质对地层的污染，同时解决水泥-水玻璃双液浆长期浸泡在水中固结强度下降、易崩解，固结体收缩率较大的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种盾构同步双液注浆材料，包括以下质量份数的组分：

A组分1-5份，B组分0.5-5份：其中，

A组分包括：水泥40-50份、粉煤灰10-20份、环氧改性丙烯酸乳液10-15份、水40-50份；

B组分包括：硫酸铝30-45份、活性氢氧化铝5-10份、氟硅酸镁3-15份、有机胺2-8份、纳米硅溶胶8-12份、过硫酸胺10-20份、PH调节剂0.5-1份。

优选地，所述有机胺为三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、1,4-丁二胺中的一种或多种。

优选地，所述纳米硅溶胶的颗粒大小为5-50纳米。

优选地，所述PH调节剂为柠檬酸钾、乳酸、酒石酸、磷酸盐中的一种或多种。

优选地，所述纳米硅溶胶的颗粒大小的区间为5-30纳米。

优选地，所述早强剂为硫酸铝。

优选地，包括以下质量份数的组分：

A组分1份，B组分1份：其中，

A组分包括：水泥50份、粉煤灰10份、环氧改性丙烯酸乳液15份、水40份；

B组分包括：早强剂45份、活性氢氧化铝10份、氟硅酸镁10份、有机胺5份、纳米硅溶胶12份、过硫酸胺20份、PH调节剂1份。

本发明还提供一种盾构同步双液注浆材料的其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将水泥、粉煤灰、水、丙烯酸单体混合，搅拌均匀5-10min，制得A组分；

步骤2、早强剂、活性氢氧化铝、氟硅酸镁、有机胺、纳米硅溶胶、抗分散剂、过硫酸胺、pH调节剂、水混合搅拌5-10min，制得B组分；

步骤3、A组分与B组分按质量份数1:1混合均匀。

本发明提供的一种盾构同步双液注浆材料及其制备方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种盾构同步双液注浆材料及其制备方法，具有价格低廉，性能优异，收缩小、低碱、环境友好的特点。能解决水泥-水玻璃双液浆固结体收缩率较大；易崩解，耐久性差；高碱性物质注入地层对地下水污染严重等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为相同水灰比条件下，浸泡6个月后本发明产品固结体(实施例1)(左)与水泥-水玻璃浆液固结体(实施例4)(右)状态对比。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，现对本发明提供的一种盾构同步双液注浆材料进行说明。所述一种盾构同步双液注浆材料，包括以下质量份数的组分：A组分1-5份，B组分0.5-5份：其中，A组分包括：水泥40-50份、粉煤灰10-20份、环氧改性丙烯酸乳液10-15份、水40-50份；B组分包括：硫酸铝30-45份、活性氢氧化铝5-10份、氟硅酸镁3-15份、有机胺2-8份、纳米硅溶胶8-12份、过硫酸胺10-20份、PH调节剂0.5-1份。

在本发明中，硫酸铝可以快速实现水泥的凝固，提高水泥的凝结硬化率。

在本发明中，活性氢氧化铝的使用可以改善浆液的流动性，提高浆液固结体的强度，及耐酸腐蚀和耐硫酸盐腐蚀性。

在本发明中，氟硅酸镁可以增加水泥的抗拉弯强度，抑制浆液固结体的裂变剥蚀。

在本发明中，有机胺为三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、1,4-丁二胺中的一种或多种。有机胺的使用具有以下作用：1、加快反应速率、减少材料的凝结时间，硫酸铝与有机胺可发生络合反应，生成铝离子络合物,达到能与水泥快速反应而使其凝结的效果；2、提高注浆材料固结体的弹性，以更好的适应及控制地表沉降。有机胺优先选用三乙醇胺。

在本发明中，纳米硅溶胶其细微的颗粒，对有较强的渗透力，能与固结体中的氢氧化钙反应生成硅酸钙，具有较强的粘结力，形成硅膜，具有优异的耐水性、抗水冲刷性。纳米硅溶胶的颗粒大小为5-50纳米。更具体的是，所述纳米硅溶胶的颗粒大小的区间为5-30纳米。

在本发明中，PH调节剂为柠檬酸钾、乳酸、酒石酸、磷酸盐、盐酸、硫酸、醋酸中的一种或多种。

在本发明中，水泥为硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或多种。

在本发明中，粉煤灰的粒径大小为50-100毫米。粉煤灰的使用可以改善浆液流动性，同时作为低聚物之一，碱激发作用下可以提高早强，增加固结体强度。

在本发明中，环氧改性丙烯酸乳液可形成互穿网络聚合物结构，使结构更密实；此外，环氧改性的丙烯酸酯粘附力强、收缩率低、化学稳定性好，可有效改善固结体收缩造成的地表沉降。环氧改性丙烯酸乳液的制备方法可以为：将适量的过氧化苯甲酰引发剂缓慢滴加到甲基丙烯酸甲酯中，升温至70-85℃反应0.5-1h后加入季铵盐及环氧树脂单体继续反应，60-80℃下滴加去离子水后，90-120℃反应2-3h直至变为环氧改性丙烯酸乳液。在过氧化物类引发剂过氧化苯甲酰作用下降低反应活化能，利用丙烯酸酯共聚物上含羧基活性基团与后加入的作为改性剂的低分子E44或E51环氧树脂的环氧基团发生接枝共聚反应，增加两相间的相容性。环氧改性丙烯酸乳液可通过购买方式获得。

本发明提供的一种盾构同步双液注浆材料及其制备方法，与现有技术相比，具有价格低廉，性能优异，收缩小、低碱、环境友好的特点。能解决水泥水玻璃双液浆固结体收缩率较大；易崩解，耐久性差；高碱性物质注入地层对地下水污染严重等问题。该种盾构同步双液注浆材料用于隧道盾构施工时填充管片脱离盾尾时管片与围岩之间形成的施工间隙，起到填充加固的作用。该种盾构同步双液注浆材料可以代替碱性水玻璃的双液注浆材料。

以下给出实施例和图1进一步支持和说明本发明技术方案。

实施例1

一种盾构同步双液注浆材料，包括以下质量份数的组分：

A组分1份，B组分1份：其中，

A组分包括：水泥50份、粉煤灰10份、环氧改性丙烯酸乳液15份、水40份；水泥具体类型为P.O.42.5。

B组分包括：硫酸铝45份、活性氢氧化铝10份、氟硅酸镁10份、三乙醇胺5份、纳米硅溶胶12份、过硫酸胺20份、PH调节剂1份。

PH调节剂为盐酸、硫酸、醋酸中的一种或多种。

实施例2

一种盾构同步双液注浆材料，包括以下质量份数的组分：

A组分1份，B组分1份：其中，

A组分包括：水泥45份、粉煤灰15份、环氧改性丙烯酸乳液15份、水50份；水泥具体类型为P.O.42.5

B组分包括：硫酸铝40份、活性氢氧化铝10份、氟硅酸镁15份、三乙醇胺2份、纳米硅溶胶8份、过硫酸胺10份、PH调节剂0.8份。

PH调节剂为盐酸、硫酸、醋酸中的一种或多种。

实施例3

一种盾构同步双液注浆材料，包括以下质量份数的组分：

A组分1份，B组分1份：其中，

A组分包括：水泥40份、粉煤灰20份、环氧改性丙烯酸乳液10份、水50份；

B组分包括：硫酸铝35份、活性氢氧化铝10份、氟硅酸镁10份、三乙醇胺6份、纳米硅溶胶10份、过硫酸胺15份、PH调节剂0.5份。

实施例4(对比例)

A组分，水泥50份，水40份；

B组分，水玻璃20份(水玻璃选用济南鑫益化工有限公司，波美度40-42°)。

样品	初凝时间(min)	TDS(7d)	收缩率(％)	PH(1d)
					实施例1	3	6871ppm	3％	8
实施例2	5	7025ppm	6％	9
					实施例3	6	7635ppm	9％	8
实施例4(对比例)	1	31150ppm	20％	14

表1

TDS：溶解性总固体，所主要指的是水中所有能溶解性的金属阳离子和酸碱性阴离子的总量。

从表1中可以得出，相比与实施例4水泥-水玻璃浆液固结体，在水中浸泡7d后的溶解性固体(TDS)含量为31150ppm(31150mg/L)，实施例1-3在水中浸泡7d后的溶解性固体(TDS)含量在6871-7635ppm，与水泥-水玻璃浆液固结体相比大大降低，意味着固结体的离子溶出量大幅减小，避免了固结体水中浸泡后强度降低以及崩解现象。且实施例4水泥-水玻璃浆液固结体，在水中浸泡1d后的pH值为14(高碱性)，实施例1-3在水中浸泡1d后的pH值为8-9(低碱性)，意味着相比于水泥-水玻璃固结体，本发明浆液固结体在水中浸泡后对水质污染较小。

此外，自然干燥条件下，对比水泥-水玻璃固结体(实施例4)与本发明产品实施例1-3的28d收缩率可知，本发明产品自然干燥收缩率远小于水泥-水玻璃自然干燥收缩率，可以减小后期因固结体干缩产生的地表沉降控制问题。

本发明还提供一种盾构同步双液注浆材料的其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、按预设组分配方比例先对各原料进行称重待用，然后将水泥、粉煤灰、水、丙烯酸单体混合，搅拌均匀5-10min，制得A组分；

步骤2、早强剂、活性氢氧化铝、氟硅酸镁、有机胺、纳米硅溶胶、抗分散剂、过硫酸胺、pH调节剂、水混合搅拌5-10min，制得B组分；

步骤3、A组分与B组分按质量份数1:1混合均匀。

需要说明的是，上述所使用的各原料均可以通过购买方式获得。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种盾构同步双液注浆材料，其特征在于，包括以下质量份数的组分：

A组分1-5份，B组分0.5-5份：其中，

A组分包括：水泥40-50份、粉煤灰10-20份、环氧改性丙烯酸乳液10-15份、水40-50份；

B组分包括：早强剂30-45份、活性氢氧化铝5-10份、氟硅酸镁3-15份、有机胺2-8份、纳米硅溶胶8-12份、过硫酸胺10-20份、PH调节剂0.5-1份。

2.如权利要求1所述的一种盾构同步双液注浆材料，其特征在于，所述有机胺为三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、1,4-丁二胺中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的一种盾构同步双液注浆材料，其特征在于，所述纳米硅溶胶的颗粒大小为5-50纳米。

4.如权利要求1所述的一种盾构同步双液注浆材料，其特征在于，所述PH调节剂为柠檬酸钾、乳酸、酒石酸、磷酸盐中的一种或多种。

5.如权利要求3所述的一种盾构同步双液注浆材料，其特征在于，其特征在于，所述纳米硅溶胶的颗粒大小的区间为5-30纳米。

6.如权利要求1所述的一种盾构同步双液注浆材料，其特征在于，其特征在于，所述早强剂为硫酸铝。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种盾构同步双液注浆材料，包括以下质量份数的组分：

A组分1份，B组分1份：其中，

A组分包括：水泥50份、粉煤灰10份、环氧改性丙烯酸乳液15份、水40份；

B组分包括：早强剂45份、活性氢氧化铝10份、氟硅酸镁10份、有机胺5份、纳米硅溶胶12份、过硫酸胺20份、PH调节剂1份。

8.一种盾构同步双液注浆材料的其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将水泥、粉煤灰、水、丙烯酸单体混合，搅拌均匀5-10min，制得A组分；

步骤2、早强剂、活性氢氧化铝、氟硅酸镁、有机胺、纳米硅溶胶、抗分散剂、过硫酸胺、pH调节剂、水混合搅拌5-10min，制得B组分；

步骤3、A组分与B组分按质量份数1:1混合均匀。