一种同步注浆材料及其制备方法与流程

1.本技术涉及隧道施工材料领域，更具体地说，它涉及一种同步注浆材料及其制备方法。


背景技术：

2.地铁建设逐渐进入快速发展时期，目前地铁隧道的施工方法主要有明挖、暗挖、盖挖以及盾构等几种方式，与其他三种工法相比较，盾构法施工有着明显的优越性，通过同步注浆的方式能够尽早填充地层，减少地基沉陷量，保证环境安全，也有助于提高管片衬砌的早期稳定性和间隙的密封性，防止管片上浮。
3.目前的同步注浆材料一般包括水泥、粉煤灰及砂等原料，虽然制得的同步注浆材料在使用时能满足盾构法隧道同步注浆材料各方面的性能，但随着隧道使用期限的延长，由于上述同步注浆材料在抗渗方面性能较差而导致隧道常常发生渗水现象。


技术实现要素：

4.为了提高同步注浆材料的抗渗性，本技术提供一种同步注浆材料及其制备方法。
5.第一方面，本技术提供的一种同步注浆材料，采用如下的技术方案：一种同步注浆材料，按重量份计，包括以下组分：水泥200-330份、粉煤灰180-210份、渣土400-500份、砂130-165份、水590-650份和调和剂38-42份，其中，所述调和剂包括钠质膨润土和钙质膨润土，且钠质膨润土和钙质膨润土的质量比为(1.0-1.6)：1，所述渣土的含砂率为30-40％。
6.通过采用上述技术方案，采用合适量的渣土代替部分砂来配置同步注浆材料，有助于降低砂的用量，且有效降低了施工成本，尤其是当盾构隧道时，盾构渣土出土量大，故当盾构渣土中的含砂率合适时，同步注浆材料中加入盾构渣土，还可以节约渣土外运成本。另外，当渣土遇水后能形成具有一定粘附性的黏土，起到让注浆材料中各物质紧密连接的效果，进而使制得的同步注浆材料不易产生裂缝，进而不易发生渗水现象。
7.当渣土的含砂率较大时，同步注浆材料中的再生砂由于含有较多砖渣，导致同步注浆材料的拌和性能较差；若渣土的含砂率较小时，渣土对砂的取代率低，进而导致渣土被充分利用的价值较低，此时，若增加渣土的用量，会使渣土中其他非必要成分的含量增加，这将不利于同步注浆材料性能的提升。
8.含有渣土的同步注浆材料中混入合适配比的钠质膨润土和钙质膨润土作为调和剂，膨润土自身是吸水溶胀性材料,能够在吸附同步注浆材料中自由水的同时填补同步注浆材料中原料之间的裂缝，既减少了同步注浆材料渗水的可能性，又有助于增加整个同步注浆材料的抗裂性能。合适量钠基膨润土及钙基膨润土调配后可与渣土参与的其余同步注浆材料组分充分配合作用。
9.由于在水中，钙质膨润土比钠质膨润土难于分散且膨胀倍数低，因此通过调控钙质膨润土和钠质膨润土之间的比例，有助于使整个调和剂具有较优异的吸水性能和膨胀性
能，进而大幅提高同步注浆材料的抗渗性能。
10.可选的，所述钠质膨润土和钙质膨润土的质量比为(1.2-1.4)：1。
11.通过采用上述技术方案，经后续实验测定，可以发现进一步优化钠质膨润土和钙质膨润土的质量比时，能够进一步提升同步注浆材料的抗渗性能。
12.可选的，所述砂的粒径为0.35-0.5mm。
13.通过采用上述技术方案，当砂的粒径太小时，砂的表面积较小，与周围材料的接触面积也较小，不利于提高同步注浆材料中各组分之间的粘接性能，容易导致同步注浆材料在后期使用过程中开裂；当砂的粒径较大时，相邻砂之间的距离较大，亦容易使整个同步注浆材料产生裂缝，由此可见，当砂的粒径较大或者较小时，均不利于提高同步注浆材料的抗渗性能。
14.可选的，所述组分还包括增粘剂9-12份，所述增粘剂包括界面粘接剂和有机纤维。
15.可选的，所述界面粘接剂和有机纤维的质量比为(0.8-1.1)：1。
16.通过采用上述技术方案，在制作同步注浆材料时，界面粘接剂能够让各原料之间紧密贴合粘接而不存在缝隙，进而使水不易通过同步注浆材料中的缝隙发生渗水；将界面粘接剂与有机纤维按合适量配比后，在拌和同步注浆材料的过程中，有机纤维能够嵌入各组分之间界面两边的物质中，使界面粘接剂不易脱离，进一步提高界面粘接剂对同步注浆材料中各组分的粘附作用。界面粘接剂和有机纤维配合使用，能够综合提增粘剂的使用效能。
17.可选的，所述界面粘接剂包括水性环氧丙烯酸树脂和醋酸乙烯-乙烯共聚乳液中的至少一种。
18.通过采用上述技术方案，水性环氧丙烯酸树脂和醋酸乙烯-乙烯共聚乳液均具有良好的耐化学品性，将水性环氧丙烯酸树脂及醋酸乙烯-乙烯共聚乳液中的任意一者加入至同步注浆材料中，有效提高了同步注浆材料中各组分之间的粘接力，进而提高了整个同步注浆材料的抗渗性能。
19.可选的，所述有机纤维采用超高分子量聚乙烯纤维和碳纤维中的至少一种。
20.通过采用上述技术方案，超高分子量聚乙烯纤维及碳纤维均具有高度的取向结构和结晶程度，具有优良的耐冲击性能和耐化学腐蚀性能，不易断裂而能够持久发挥作用，提升了增粘剂的粘接性能。
21.可选的，所述组分还包括硅油0.008-0.01份。
22.通过采用上述技术方案，经后续试验可知，当加入微量硅油时，硅油并不会影响同步注浆材料中各组分之间的粘附性能，反而还能提高同步注浆材料的抗渗透性，这可能是由于硅油能够在同步注浆材料的表面形成微膜，阻止水分渗出。
23.第二方面，本技术提供一种同步注浆材料的制备方法，采用如下技术方案：一种同步注浆材料的制备方法包括以下步骤：s1，水泥、砂和水混合搅拌均匀，得基本组分；s2，s1中得到的基本组分与粉煤灰、余料及预处理后的渣土混合搅拌均匀，得同步注浆材料。
24.通过采用上述技术方案，将水泥、砂和水拌合均匀后再加入粉煤灰、余料及预处理后的渣土，能够使各组分充分混合均匀，有助于提高同步注浆材料的抗渗性能。
25.可选的，所述s1中，搅拌速度为60-80r/min，搅拌时间为1-2min，s2中的搅拌速度为50-70r/min，搅拌时间为0.5-1.5min。
26.通过采用上述技术方案，合适的搅拌速度及搅拌时间能够使同步注浆中的各原料能够充分混合均匀，若搅拌时间较大时，各物料之间不易充分接触而发生有效的相互作用；若搅拌时间较小时，又不利于高效率的混匀各物料。
27.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、通过加入合适量的渣土代替部分砂来配置同步注浆浆液，有助于降低砂的用量，且有效降低了施工成本，加入具有较优异吸水性能和膨胀性能的调和剂，能够大幅提高同步注浆材料的抗渗性能；2、通过将钠质膨润土和钙质膨润土的配比设置为(1.2-1.4)：1时，可以使调和剂发挥最优性能，使同步注浆材料材料的抗渗性能大幅提升；3、通过向同步注浆材料中加入增粘剂，且增粘剂包括界面粘接剂和有机纤维，能够使同步注浆材料中各组分具有较好的粘接性能而不易开裂，进而不易发生渗水；4、通过向同步注浆材料中加入硅油，可进一步提高同步注浆材料的抗渗透性；5、通过合适的投料顺序及合适的搅拌速度和搅拌时间，能够高效让同步注浆中的各原料能够充分混合均匀。
具体实施方式
28.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。予以特别说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所用原料，除特殊说明外均可来源于普通市售。
29.以下实施例及对比例中所采用水泥的全部指标符合国家标准gb175-92《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》的要求。其具体物理性能指标如下：比表面积为343m2/kg；标稠为26.3％；初凝时间为173min；终凝时间为235min；3d抗压强度为28.6mpa；3d抗折强度为5.6mpa。
30.以下实施例及对比例中所采用粉煤灰的物理性能指标如下：细度16.9％；需水量比101％；烧失量2.83％。
31.以下实施例及对比例中所采用砂的物理性能指标如下：含泥量2.4％；堆积密度1510kg/m3；表观密度2640kg/m3。硅油可以采用甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油或者甲基乙烯基，本技术中的硅油均采用甲基硅油。
32.实施例实施例1-4同步注浆材料的制备方法如下：s1，将水泥、砂和水混合搅拌均匀，得基本组分；s2，s1中得到的基本组分与粉煤灰、余料及预处理后的渣土混合搅拌均匀，得同步注浆材料。
33.实施例1-4中各物料的含量见表1，实施例1-4中砂的粒径为0.35-0.5mm，其中，渣
土采用盾构渣土，渣土的处理方式为人工去除肉眼可见的大块体。
34.实施例1中渣土的含砂率为含砂率为30％，s1中，搅拌速度为60r/min，搅拌时间为2min，s2中的搅拌速度为50r/min，搅拌时间为1.5min；实施例2中渣土的含砂率为40％，s1中，搅拌速度为80r/min，搅拌时间为1min，s2中的搅拌速度为70r/min，搅拌时间为0.5min；实施例3中渣土的含砂率为38％，s1中，搅拌速度为70r/min，搅拌时间为1.5min，s2中的搅拌速度为65r/min，搅拌时间为1min；实施例4中渣土的含砂率为37.89％，s1中，搅拌速度为75r/min，搅拌时间为1min，s2中的搅拌速度为55r/min，搅拌时间为0.6min。
35.表1.实施例1-4中各物料的含量4中各物料的含量实施例5同步注浆材料的制备方法如下：与实施例4的不同之处在于，砂的粒径为0.25-0.35mm。
36.实施例6同步注浆材料的制备方法如下：与实施例4的不同之处在于，砂的粒径为0.5-0.6mm。
37.实施例7-13同步注浆材料的制备方法如下：与实施例4的不同之处在于,s2中还加入增粘剂及硅油中的至少一种，增粘剂及硅油的含量见表2。
38.表2.实施例7-13中增粘剂及硅油的含量表
对比例对比例1同步注浆材料的制备方法如下：将3.31g聚羧酸高效减水剂、0.07g三乙醇胺早期剂均匀混合后封装储存,得到外掺组分；将160g硫铝酸盐水泥、320g粉煤灰、45g钠基膨润土、72g矿粉、800g砂和386g水进行机械混合，得基体组分；将外掺组分与基体组分进行搅拌混合后，得硫铝酸盐水泥基同步注浆材料，立即储存至浆液储存罐后得成品。
39.对比例2同步注浆材料的制备方法如下：与实施例1的不同之处在于，未加入钠质膨润土和钙质膨润土。
40.对比例3同步注浆材料的制备方法如下：与实施例1的不同之处在于，未加入钠质膨润土，但钙质膨润土加入38kg/m3。
41.对比例4同步注浆材料的制备方法如下：与实施例1的不同之处在于，未加入钙质膨润土。
42.对比例5同步注浆材料的制备方法如下：与实施例1的不同之处在于，钠质膨润土加入28kg/m3，钙质膨润土加入10kg/m3。
43.对比例6
同步注浆材料的制备方法如下：与实施例1的不同之处在于，钠质膨润土加入12.7kg/m3，钙质膨润土加入25.3kg/m3。
44.对比例7同步注浆材料的制备方法如下：与实施例1的不同之处在于，渣土的含砂率为25.6％。
45.性能检测试验一、抗渗性能检测将实施例1-13及对比例1-7制得的同步注浆材料分别置于上口直径为175mm、下口直径为185mm、高度为150mm圆台试件，每个样品设置为六组，六组同时进行，从试件底部施加0.1mpa水压开始试验，每隔8h增加水压0.1mpa，随时观察渗水情况，当6个试件中的3个试件表面出现渗水时，计算样品的抗渗等级。计算公式如下：p＝10h-1，其中，p表示样品抗渗等级；h表示6个试件中有3个试件渗水时的水压力。
46.实施例1-13的实验数据见表3，对比例1-7的实验数据见表4。
47.二、基本性能检测根据t/cecs563-2018《盾构法隧道同步注浆材料应用技术规程》中的测试方法对实施例1-13及对比例1-7中制得的同步注浆材料进行稠度、流动度泌水率及抗压强度进行测定。
48.表3.实施例1-13中制得的同步注浆材料的性能参数表表4.对比例1-7中制得的同步注浆材料的性能参数表
根据表3-4的数据可得以下结论：通过上述实施例1-13和对比例1-7可以看出，采用本技术中的配方，并通过本技术中的制备方法制得的同步注浆材料具有较好的抗渗性，抗渗等级为p8-p11，且同步注浆材料的稠度、流动度及抗压强度等性能均较优异，用于同步注浆过程中，能够获得较好的施工效果。
49.通过比较实施例4和实施例5-6的数据可知，当砂的粒径不合适时，制得的同步注浆材料的抗渗性能会有所降低，这可能是因为当砂的粒径不合适时，制得的同步注浆材料内部结构容易存在微孔，进而导致同步注浆材料的抗渗性较差。
50.通过比较实施例4和实施例7-10中的数据可明显看出，制作同步注浆材料时，加入增粘剂是有效果的，能够提升同步注浆材料的抗渗等级。而且进一步分析实施例7-10的数据可知，当界面粘接剂及有机纤维以合理配比组合使用时，才能有效提高同步注浆材料的抗渗性、抗压强度等多方面性能。
51.通过比较实施例4和实施例11-13的数据可知，向同步注浆材料中加入硅油时，确实有助于提升同步注浆材料的抗渗性能，且硅油与增粘剂配合使用的效果更佳，实施例13制得的同步注浆材料的抗渗等级为p11，远高于现有技术(对比例1)，且流动度为431mm，后期施工过程中适用性良好，28d抗压强度为4mpa。
52.通过比较实施例1和对比例2可知，当同步注浆材料中未加入调和剂时，制得的同步注浆材料的抗渗等级仅为p3，这说明对于本技术来说，调和剂对于同步注浆的抗渗性能有很大影响。进一步分析对比例2-4的数据可知，钠基膨润土及钙基膨润土缺一不可，即使钠基膨润土及钙基膨润土中的任意一者加入较多量，也达不到高效提高同步注浆材料抗渗性能的目的，这可能是因为合适量钠基膨润土及钙基膨润土调配后可与渣土参与的其余同步注浆材料组分充分配合作用。而且通过比较实施例1和对比例5-6的数据可以验证，钠基膨润土及钙基膨润土的配比确实严重影响同步注浆材料的抗渗性。
53.比较实施例1和对比例7的数据可知，渣土的含砂率对于同步注浆材料的抗渗性、流动度及抗压强度等性能均有影响，若渣土的含砂率不合适时，不利于制得抗渗性较好的同步注浆材料，由此可见，并非任意渣土都能用作制备高抗渗性能且抗压强度等方面性能均优异的同步注浆材料。
54.综上所述，实施例1-13制备得到的同步注浆材料的抗渗性能较好，且抗压强度、流
动度等方面也表现出优异的性能。
55.另外，本技术将实施例1-13中制得的同步注浆材料在西安市地铁六号线盾构区间进行注浆中试试验以验证注浆效果，经过试验，所配浆液成功从拌合罐泵送至浆液车，再由浆液车泵送至浆液罐，并通过盾构机操作室内视频观察，该浆液较稠，用罐直接加水约1公斤后该浆液从罐内顺利泵送至隧道管片表层，管片固定稳定，适合后期批量化生产。
56.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。