抗水分散的地铁隧道富水地层加固用注浆料及制备方法与流程

1.本发明涉及一种地铁隧道富水地层加固用注浆料及制备方法。


背景技术：

2.在修建地铁的城市地下空间中，地铁隧道所穿越的地质环境多种多样，隧道的掘进难以避免的会破坏地层的初始应力状态，引起地层应力应变状态的改变，直接影响隧道开挖周边一定范围内地层的稳定，导致地层发生不均匀的沉降，进而使附近建(构)筑物产生损坏、裂缝及不均匀沉降等现象，直接影响附近建(构)筑物的安全。
3.目前，地铁隧道工程中控制地层沉降的常见手段为地层注浆加固。地层注浆加固是将水泥浆通过压浆泵、灌浆管，均匀地注入地层土体中，以填充、渗透和挤密等方式，驱走土体裂隙中或土颗粒间的水分和气体，并填充其位置，待其硬化后，将岩土胶结成一个整体，形成一个强度大、压缩性低、抗渗性高和稳定性良好的新土体，使地层得到加固，可有效防止或减少地层的不均匀沉降。
4.地铁隧道工程采用地层注浆加固技术对普通地层的加固效果好；但当地铁隧道穿过水体下方或有暗水渠等高水压的富水地层时，由于富水地层中存在大量的地下水，导致地铁隧道工程的地层注浆加固的效果差：1、水泥砂浆被地下水冲散，出现跑浆、漏浆等现象，水泥砂浆不能硬化形成固结体，无法实现对地层的加固目的；2、大量地下水加入水泥砂浆，使浆液水胶比、胶砂比等基础配比被改变，浆液难以形成有效的固结体，对地层的加固效果差；以上两种原因导致所需的注浆量显著增大，但注浆加固效果仍然难以保证。


技术实现要素：

5.本发明的第一发明目的是提供一种抗水分散的地铁隧道富水地层加固用注浆料，该注浆料流动性好、泌水率低、抗水分散性能优良、稳定性高；用于地铁隧道富水地层注浆，既能快速充分的注入、挤进地层的裂隙或间隙中；又能避免被富水地层中的地下水冲散，并快速凝结形成固结体；对地铁隧道富水地层的加固效果好。
6.本发明实现其第一发明目的所采用的技术方案是，一种抗水分散的地铁隧道富水地层加固用注浆料，其组分和质量配比是：水250～280份，水泥290～320份，中细砂390～420份，羟乙基纤维素醚3～7份，聚羧酸减水剂30～70份。
7.进一步，本发明的水泥为普通硅酸盐水泥，中细砂的细度模数为2.2～2.8、最大粒径小于等于5mm、堆积密度约为1500kg/m3的中细砂，羟乙基纤维素醚的粘度为10w、纯度大于98％，聚羧酸减水剂的含气量小于3.0％。
8.本发明的第二发明目的是提供一种抗水分散的地铁隧道富水地层加固用注浆料，该方法能方便快捷地制得地铁隧道富水地层用注浆料，制得的注浆料成分均匀、流动性好、泌水率低、抗水分散性能优良、稳定性高；能快速充分的注入、挤进地层的裂隙或间隙中；又能避免被富水地层中的地下水冲散，并快速凝结形成固结体；对地铁隧道富水地层的加固效果好。
9.本发明实现其第二发明目的所采用的技术方案是，一种上述的抗水分散的地铁隧道富水地层加固用注浆料的制备方法，其步骤是：
10.a、将所述的水、水泥、中细砂、羟乙基纤维素醚和聚羧酸减水剂，按所述的配比称量、备用；
11.b、将a步称量好的羟乙基纤维素和减水剂缓慢倒入容器中，持续搅拌1min，直至羟乙基纤维素均匀分布在减水剂中，得到混合液体；
12.c、将a步称量好的水泥、砂缓慢倒入a步称好的水中，并持续搅拌5min，得到水泥砂浆。
13.d、将b步的混合液体倒入c步搅拌好的水泥砂浆中，并持续搅拌3min，得到抗水分散地层加固注浆料。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
15.一、在本发明水、水泥、中细砂特定比例构成的注浆料中，添加的3～7份质量羟乙基纤维素醚，对水的分散作用的抵抗性能明显提升，使得注浆料能够抗水分散：一方面纤维素醚长链分子遇水吸附和固定水分子产生膨胀，增加了浆料的粘度。另一方面在水、水泥、中细砂特定比例构成的注浆料中，纤维素醚长链分子上的活性官能团，可以吸附周围的胶凝材料颗粒，迅速形成胶凝材料的颗粒-颗粒的桥接结构；形成颗粒-颗粒桥接结构后的长链聚合物分子之间又相互缠绕，形成立体三维网络结构的絮团，众多絮团进一步缠绕迅速形成稳定的絮凝体。高粘度的浆料中迅速形成的稳定絮凝体，大大增加了浆液的塑性粘度及屈服剪切应力，能有效抵抗地下水对浆料的冲刷、分散作用，其抗水分散性能明显增加；避免和减少了浆料被地下水冲散导致的跑浆、漏浆等现象，浆料能就地、原位硬化，进而形成固结体，较好的实现对地层的加固目的。
16.二、在特定比例的水、水泥、中细砂的基础下，加入20-50份的聚羧酸减水剂和3～7份的羟乙基纤维素醚，聚羧酸减水剂具有强疏水基团，它吸附在羟乙基纤维素醚长链分子的活性官能团上后，会进一步提高水泥砂浆的抗水分散性，对富水地层的加固效果好。测试表明，本发明浆料的浊度＜100ntu，24h泌水率＜2％，1d水中抗压强度＞0.10mpa，3d水中抗压强度＞0.80mpa，7d水中抗压强度＞1.20mpa。
17.三、本发明加入的聚羧酸减水剂，其上的强疏水基团会与主链上的羧酸吸附基团包裹，阻碍减水剂在水泥颗粒上的吸附作用，使水泥颗粒无法附着聚羧酸减水剂的强疏水基团，阻止水泥颗粒间的直接接触，增加了水泥颗粒间的滑动能力，起到了润滑作用，从而进一步提高了浆液的流动性。测试表明本发明的浆料，其流动度＞29cm，24h泌水率＜2％。
18.四、本发明所用的富水环境地层注浆材料的组成，均基于水、水泥、砂等传统注浆基础材料，纤维素醚和聚羧酸减水剂均属于微量加剂，其成本低、制备方法简单，具有良好的经济效益及社会效益。
19.下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
20.实施例1
21.本发明的一种具体实施方式是，一种抗水分散的地铁隧道富水地层加固用注浆料，其组分和质量配比是：水266份，水泥306份，中细砂395份，羟乙基纤维素醚4.6份，聚羧
酸减水剂49.2份。
22.本例的水泥为普通硅酸盐水泥，中细砂的细度模数为2.5、最大粒径为5mm、堆积密度约为1500kg/m3的中细砂，羟乙基纤维素醚的粘度为10w、纯度大于99％，聚羧酸减水剂的含气量为2.99％。
23.本例的抗水分散的地铁隧道富水地层加固用注浆料的制备方法，其步骤是：
24.a、将所述的水、水泥、中细砂、羟乙基纤维素醚和聚羧酸减水剂，按所述的配比称量、备用；
25.b、将a步称量好的羟乙基纤维素和减水剂缓慢倒入容器中，持续搅拌1min，直至羟乙基纤维素均匀分布在减水剂中，得到混合液体；
26.c、将a步称量好的水泥、砂缓慢倒入a步称好的水中，并持续搅拌5min，得到水泥砂浆。
27.d、将b步的混合液体倒入c步搅拌好的水泥砂浆中，并持续搅拌3min，得到抗水分散地层加固注浆料。
28.经测试，本实施例制得的浆料的性能参数为：流动度29.3cm，泌水率＜1％，浊度64.8ntu，水陆强度比＞80％，1d、3d、7d水中强度分别为0.21mpa、1.02mpa、1.66mpa。
29.上述的各性能测试的具体方法如下：
30.(1)流动度的测定：采用跳桌法进行测定。测试方法参照gbt2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》进行；
31.(2)泌水率的测定：将拌和均匀的注浆材料缓慢注入1000ml的量筒内至浆液面位于900ml
±
10ml，此时浆液面高度为h1，并用塑料薄膜覆盖量筒口。待静置30min后，观测浆体膨胀面高度h2，然后按照以下公式计算泌水率：
[0032][0033]
泌水率取三个试样测值的平均值；
[0034]
(3)初凝时间的测定：采用砂浆初凝时间测试仪进行，试验流程参照jgj70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》中的方法进行；
[0035]
(4)浊度测定：采用浊度计进行测定；
[0036]
(5)各龄期水中强度：参照dl/t5117-2000《水下不分散混凝土试验规程》进行水中试件的制作，试件的成型采用70.7mm
×
70.7mm
×
70.7mm的带底试模，水中试模制作完成后参照jgj 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》进行养护及抗压强度的测定。
[0037]
实施例2
[0038]
一种抗水分散的地铁隧道富水地层加固用注浆料，其组分和质量配比是：水250份，水泥290份，中细砂390份，羟乙基纤维素醚3份，聚羧酸减水剂30份。
[0039]
本例的水泥为普通硅酸盐水泥，中细砂的细度模数为2.2、最大粒径为4mm、堆积密度约为1500kg/m3的中细砂，羟乙基纤维素醚的粘度为10w、纯度大于98.5％，聚羧酸减水剂的含气量为2.90％。
[0040]
本例的抗水分散的地铁隧道富水地层加固用注浆料的制备方法，其步骤是：
[0041]
a、将所述的水、水泥、中细砂、羟乙基纤维素醚和聚羧酸减水剂，按所述的配比称量、备用；
[0042]
b、将a步称量好的羟乙基纤维素和减水剂缓慢倒入容器中，持续搅拌1min，直至羟乙基纤维素均匀分布在减水剂中，得到混合液体；
[0043]
c、将a步称量好的水泥、砂缓慢倒入a步称好的水中，并持续搅拌5min，得到水泥砂浆。
[0044]
d、将b步的混合液体倒入c步搅拌好的水泥砂浆中，并持续搅拌3min，得到抗水分散地层加固注浆料。
[0045]
实施例3
[0046]
一种抗水分散的地铁隧道富水地层加固用注浆料，其组分和质量配比是：水280份，水泥320份，中细砂420份，羟乙基纤维素醚7份，聚羧酸减水剂70份。
[0047]
本例的水泥为普通硅酸盐水泥，中细砂的细度模数为2.2、最大粒径为4.5mm、堆积密度约为1500kg/m3的中细砂，羟乙基纤维素醚的粘度为10w、纯度为98.2％，聚羧酸减水剂的含气量为2.85％。
[0048]
本例的抗水分散的地铁隧道富水地层加固用注浆料的制备方法，其步骤是：
[0049]
a、将所述的水、水泥、中细砂、羟乙基纤维素醚和聚羧酸减水剂，按所述的配比称量、备用；
[0050]
b、将a步称量好的羟乙基纤维素和减水剂缓慢倒入容器中，持续搅拌1min，直至羟乙基纤维素均匀分布在减水剂中，得到混合液体；
[0051]
c、将a步称量好的水泥、砂缓慢倒入a步称好的水中，并持续搅拌5min，得到水泥砂浆。
[0052]
d、将b步的混合液体倒入c步搅拌好的水泥砂浆中，并持续搅拌3min，得到抗水分散地层加固注浆料。