一種適用于富水砂層的盾構(gòu)隧道同步注漿漿液的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種適用于富水砂層的盾構(gòu)隧道同步注漿漿液，其漿液的重量配比為（kg/m3）：消石灰粉30~80，粉煤灰250~700，膨潤(rùn)土50~120，中細(xì)砂800~1200，聚苯乙烯粉末1~5，硅粉1~10，減水劑1~6，改良劑1~5，引氣劑1~3，水260~340。本發(fā)明具有保水性好、抗水分散性好、體積收縮小、密度大、凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)、塑流性好、不易堵管、具有抗震動(dòng)液化功能等特點(diǎn)，漿液試塊齡期2～4天達(dá)原狀土強(qiáng)度，齡期28天達(dá)4MPa，漿液各項(xiàng)性能指標(biāo)都優(yōu)于普通可硬性漿液和現(xiàn)有惰性漿液，特別適用于富水砂質(zhì)土地層，對(duì)盾構(gòu)隧道控制沉降效果突出。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種適用于富水砂層的盾構(gòu)隧道同步注漿漿液
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于富水砂層的盾構(gòu)隧道同步注漿漿液。屬于盾構(gòu)隧道施工建筑材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]盾構(gòu)同步注漿技術(shù)是指盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中邊掘進(jìn)邊注漿，管片脫出盾尾的同時(shí)，在一定的注漿壓力下，把適量注漿材料壓注到盾尾空隙內(nèi)，因其能夠及時(shí)充填壁后建筑空隙，所以對(duì)控制盾構(gòu)施工引起的地層沉降效果較好，而且注漿施工便捷，目前被廣泛采用。
[0003]盾構(gòu)隧道施工同步注漿漿液的主要作用是及時(shí)充填盾尾建筑空隙，控制地層沉降，漿液的主要控制指標(biāo)是充填性能好、凝結(jié)時(shí)間適中、泵送性好等，對(duì)漿液的試塊強(qiáng)度要求不高。針對(duì)富水砂層的特點(diǎn)，同步注漿漿液除具有上述特點(diǎn)以外，還應(yīng)具有保水性好、抗水分散性好、塑流性好等特征。目前國(guó)內(nèi)在用的同步注漿漿液主要有三種:傳統(tǒng)惰性漿液、單液可硬性漿液和雙液漿。但是此三種漿液在富水砂層中應(yīng)用存在諸多問(wèn)題，應(yīng)用效果不理想。傳統(tǒng)惰性漿液以粉煤灰、膨潤(rùn)土和砂為主要原料，雖然流動(dòng)性好，便于注漿，但其缺點(diǎn)明顯，漿液易離析，抗水分散性差，后期強(qiáng)度低，在富水砂層中應(yīng)用會(huì)造成漿液流失嚴(yán)重，對(duì)于控制沉降效果較差。單液可硬性漿液以水泥、粉煤灰、膨潤(rùn)土和砂為主要原料，此種漿液雖然早期強(qiáng)度高，但是漿液易離析，抗水分散性也較差，同樣會(huì)造成漿液流失，并且容易堵管，同樣不適用于富水砂層中盾構(gòu)同步注漿。雙液漿以水泥、水玻璃、粉煤灰、膨潤(rùn)土和砂為主要原料，此種漿液雖然不易離析，抗水分散性好，但是施工控制較復(fù)雜，容易堵塞注漿漿管路，而且管路清洗困難，不利于長(zhǎng)距離施工。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有盾構(gòu)隧道同步注漿漿液的缺點(diǎn)，提供一種適用于富水砂質(zhì)地層的盾構(gòu)同步注漿漿液，該漿液具有保水性好、抗水分散性好、不易離析泌水率小(泌水率〈5%)、體積收縮小(體積收縮率〈5%)、塑流性好(漿液的初始坍落度在24~26cm之間，3小時(shí)內(nèi)坍落度不小于20cm, 8小時(shí)內(nèi)坍落度不小于16cm ；6小時(shí)內(nèi)流動(dòng)度不小于220mm)、不易堵管、凝結(jié)時(shí)間適中(8~14h)、密度大(>1.8g/m3)、適于長(zhǎng)距離輸送等特點(diǎn)，對(duì)控制沉降效果突出。由于其抗水分散性好、保水性好、穩(wěn)定性好，不易離析、不易堵管，因此特別適用于長(zhǎng)距離富水砂層的盾構(gòu)隧道施工。
[0005]漿液配制方法簡(jiǎn)單，配料成本低，漿液質(zhì)量易控制，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本漿液以坍落度為主要控制指標(biāo)，坍落度按照2r26cm來(lái)控制，凝結(jié)時(shí)間按照8~14小時(shí)控制。
[0006]本發(fā)明的盾構(gòu)同步注漿漿液的主要原料組分包括消石灰粉、膨潤(rùn)土、粉煤灰、中細(xì)砂、聚苯乙烯粉末、硅粉、水、減水劑、改良劑和引氣劑。石灰在水環(huán)境下主要以Ca(OH)2的形態(tài)存在，它除了具有活 性可與粉煤灰、硅粉等反應(yīng)外，還是重要的凝結(jié)材料，可以與漿液中的細(xì)砂顆粒相互粘結(jié)，增加漿液的懸浮穩(wěn)定性。粉煤灰在水環(huán)境下與CaO化合生成水硬性固體物質(zhì)以及CSH膠體物質(zhì)，石灰可提供過(guò)飽和Ca(OH)2環(huán)境，同時(shí)作為鈣質(zhì)材料參與同粉煤灰中活性SiO2和Al2O3以及硅粉中活性較高SiO2的水化反應(yīng)生成膠凝體，在有石膏存在的條件下，水化物(水化鋁酸鈣)進(jìn)一步反應(yīng)生成AFt或AFm膠凝體。加入聚胺類(lèi)高分子聚合物增稠粘合劑能夠進(jìn)一步改進(jìn)漿液的保水性、穩(wěn)定性和抗水分散性能。
[0007]但是因?yàn)闆](méi)有水泥的參與，漿液中的水化反應(yīng)速率較慢，能夠保證漿液具有較長(zhǎng)的凝結(jié)時(shí)間，漿液試塊的強(qiáng)度也較低，因此漿液的抗水分散性好、保水性好、穩(wěn)定性好，不易離析、不易堵管。
[0008]本發(fā)明的盾 構(gòu)隧道同步注漿漿液材料的重量配比(kg/m3)具體為:
[0009]消石灰粉:30~80 ;粉煤灰:250~700 ;膨潤(rùn)土:50~120 ;中細(xì)砂:800~1200 ;硅粉:
0.5~10 ;減水劑:1-6 ;改良劑:1-5 ;引氣劑:1-3 ;水:260~350。
[0010]衆(zhòng)液材料的重量配比按照kg/m3計(jì):還包括聚苯乙烯粉末:0-5。
[0011]漿液材料的重量配比按照kg/m3計(jì):四正丙基鋯酸酯0~5。
[0012]漿液材料的重量配比按照kg/m3計(jì):消石灰粉:35~70 ;粉煤灰:500-650 ;膨潤(rùn)土:60~100 ;中細(xì)砂:900~1100 ;聚苯乙烯粉末:1-3 ;硅粉:1-3 ;減水劑:2~4 ;改良劑:1.5~3 ；引氣劑:1-3 ;水:280~340。
[0013]漿液材料的重量配比按照kg/m3計(jì):
[0014]消石灰粉:40-60 ;粉煤灰:550~600 ;膨潤(rùn)土:70~90 ;中細(xì)砂:100(Tl050 ;聚苯乙烯粉末:1.5~2.5 ;四正丙基鋯酸酯:1-3 ;硅粉:2~3 ;減水劑:2.5^3 ;改良劑:2~2.5 ;引氣劑:2~2.5 ;水:300~320。
[0015]衆(zhòng)液材料的重量配比按照kg/m3計(jì):
[0016]消石灰粉:60 ;粉煤灰:600 ;膨潤(rùn)土:80 ;中細(xì)砂:1000 ;聚苯乙烯粉末:3 ;四正丙基鋯酸酯:2 ;硅粉:2 ;減水劑:3 ;改良劑:2 ;引氣劑:1 ;水:320。
[0017]所述減水劑減水率20~30%，所述改良劑為聚胺類(lèi)高分子聚合物和石膏。
[0018]所述消石灰粉為Ca(OH)2含量大于70%的消石灰粉，粉煤灰為II級(jí)粉煤灰，硅粉為微硅粉。
[0019]所述消石灰粉氫氧化鈣含量≥70%, 320目篩余量< 0.5%，鈣鎂含量≥70%。消石灰能增加漿液的粘稠度，提高保水性和抗水分散性，并有一定的固結(jié)作用。
[0020]所述粉煤灰為II級(jí)灰，細(xì)度(0.045mm方孔篩篩余)不大于20~45%，含水量≤5%。粉煤灰是作為提供漿液固結(jié)強(qiáng)度和調(diào)節(jié)漿液凝結(jié)時(shí)間的材料，同時(shí)改善漿液的和易性和流動(dòng)性，作為活性材料與消石灰發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
[0021]所述膨潤(rùn)土為鈉基，95%通過(guò)200目篩，膨脹率13~30ml/g，因其水解以后，能增大漿液的穩(wěn)定性，同時(shí)其特有的滑動(dòng)效應(yīng)，在一定程度上提高漿液的滑動(dòng)性能，增大可泵性。膨潤(rùn)土可以減緩漿液的材料分離，降低泌水率，還具有一定的防滲作用。
[0022]所述砂為中細(xì)砂，細(xì)度模數(shù)0.5~1.5，含泥量〈5%，使用前過(guò)5mm篩。砂在漿液中作為充填料。
[0023]所述的聚苯乙烯粉末是由苯乙烯單體經(jīng)自由基縮聚反應(yīng)合成的聚合物，非晶態(tài)密度1.04~1.06g/cm3，聚苯乙烯粉末的主要作用是調(diào)整漿液凝結(jié)后強(qiáng)度。
[0024]所述硅粉為微硅粉，也叫硅灰，其微球狀體可起到潤(rùn)滑作用，硅粉可與石灰、粉煤灰、石膏發(fā)生水化反應(yīng)，能改善漿液的保水性、抗水分散性和粘稠度。[0025]所述減水劑減水率20~30%，水化控制能力>20h，水解度〈30%。減水劑主要作用是減水，調(diào)節(jié)衆(zhòng)液凝結(jié)時(shí)間。
[0026]所述改良劑是石膏和聚胺類(lèi)高分子聚合物。改良劑主要指石膏和聚丙烯酰胺，或者聚丙烯酰胺與石膏比例為1:2-5的混合物；石膏可與石灰、粉煤灰、硅粉發(fā)生水化反應(yīng)，能改善漿液的保水性、抗水分散性和粘稠度；聚丙烯酰胺的主要作用是改善漿液粘稠度、流動(dòng)性及泌水性，使?jié){液的可泵送性好、保水性好。
[0027]所述的引氣劑是十二烷基苯磺酸鈉，能提高氣泡膜機(jī)械強(qiáng)度和韌性等作用，使攪拌過(guò)程帶入的空氣形成微小而穩(wěn)定的氣泡均勻分布于漿液中，提高漿液的抗?jié)B性以及抗侵蝕性。
[0028]所述水是自來(lái)水，PH=7，無(wú)異味。
[0029]常溫下各組分按重量配比混合攪拌均勻即成，投料順序?yàn)?先投干料即砂、石灰、膨潤(rùn)土、聚苯乙烯粉末，邊攪拌邊添加粉煤灰和硅粉，干料攪拌2min，拌勻后添加總用水量的50%，攪拌2min，再加入總水量的40%以及石膏攪拌2min，最后10%水作為調(diào)節(jié)用水，即根據(jù)拌出的漿液情況適當(dāng)添加，調(diào)節(jié)漿液坍落度至2r26cm之間。最后投放外加劑攪拌至滿(mǎn)足要求。拌漿的關(guān)鍵點(diǎn)是水要分3次加入，邊拌邊加。
[0030]本發(fā)明的有益效果在于:
[0031 ] 本發(fā)明中應(yīng)用的改良劑是石膏和聚胺類(lèi)高分子聚合物。改良劑主要指石膏和聚丙烯酰胺，石膏可與石灰、粉煤灰、硅粉發(fā)生水化反應(yīng)，能改善漿液的保水性、抗水分散性和粘稠度；聚丙烯酰胺的 主要作用是改善漿液粘稠度、流動(dòng)性及泌水性，使?jié){液的可泵送性好、保水性好。
[0032]本發(fā)明中應(yīng)用的引氣劑是十二烷基苯磺酸鈉，能提高氣泡膜機(jī)械強(qiáng)度和韌性等作用，使攪拌過(guò)程帶入的空氣形成微小而穩(wěn)定的氣泡均勻分布于漿液中，提高漿液的抗?jié)B性以及抗侵蝕性。
[0033]聚苯乙烯粉末的存在不但有利于改善漿液粘稠度、流動(dòng)性及泌水性，更有利于調(diào)節(jié)最終產(chǎn)品的熱脹冷縮系數(shù)，使得注漿在凝結(jié)后與同類(lèi)產(chǎn)品比較，更耐高溫和低溫等極端溫度，不易開(kāi)裂變形，并且更有彈性和韌性，使得最終產(chǎn)品的抗震性更好，不易碎裂。
[0034]本發(fā)明中應(yīng)用的四正丙基鋯酸酯進(jìn)一步了提高了抗水分散性和穩(wěn)定性，有利于各種原料分散得更均勻，并且增加了表面活性，在調(diào)配和灌注過(guò)程中不易產(chǎn)生聚結(jié)和凝塊，漿液的可泵送性和分散性能更好，并使得最終產(chǎn)品的抗?jié)B性以及抗侵蝕性更佳。
[0035]本發(fā)明中各個(gè)物質(zhì)都不是單獨(dú)作用的，各種原料相互配合，產(chǎn)生了極佳的效果，產(chǎn)品可泵送性好、保水性好，產(chǎn)品凝固后耐高溫低溫性能好，抗震性更好，不易碎裂。本發(fā)明產(chǎn)品抗水分散性好、保水性好、穩(wěn)定性好，不易離析、不易堵管，適宜推廣應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的描述，給出本發(fā)明盾構(gòu)同步注漿漿液原料組配比的幾個(gè)具體實(shí)施例。
[0036]實(shí)施例1
[0037]各原料組分的重量配比(kg/m3)為:
[0038]消石灰70 ;粉煤灰600 ;膨潤(rùn)土 60 ;砂900 ;聚苯乙烯粉末I ;硅粉2 ;減水劑4 ?’聚丙烯酰胺I ?’石膏4 ;水330。[0039]該漿液配比泌水率約3%，體積收縮率2%，凝結(jié)時(shí)間8~12小時(shí)、初始坍落度在24~26cm之間，3小時(shí)內(nèi)坍落度不小于23cm，8小時(shí)內(nèi)坍落度不小于19cm，6小時(shí)內(nèi)流動(dòng)度不小于230mm。
[0040]所述減水劑為市售萘系減水劑，所述引氣劑為十二烷基苯磺酸鈉。
[0041]實(shí)施例2
[0042]各原料組分的重量配比(kg/m3)為:
[0043]消石灰50 ;粉煤灰500 ;膨潤(rùn)土 100 ;砂1100 ;聚苯乙烯粉末3 ;娃粉I ;減水劑3 ；聚丙烯酰胺I ;石膏2 ;引氣劑I ;水310 ；
[0044]該漿液配比泌水率約4%，體積收縮率約4%，凝結(jié)時(shí)間10~14小時(shí)、初始坍落度在24~26cm之間,3小時(shí)內(nèi)坍落度不小于22cm, 6小時(shí)內(nèi)流動(dòng)度不小于220mm。
[0045]所述減水劑為市售萘系減水劑，所述引氣劑為十二烷基苯磺酸鈉。
[0046]實(shí)施例3
[0047]各原料組分的重量配比(kg/m3)為:
[0048]消石灰35 ;粉煤灰650 ;膨潤(rùn)土 70 ;砂800 ;硅粉I ;減水劑2 ;聚丙烯酰胺0.5 ;石膏I ;四正丙基鋯酸酯2 ;引氣劑2 ；7jC 290 ；
[0049]該漿液配比泌水率約5%，體積收縮率約3%，凝結(jié)時(shí)間12~14小時(shí)、初始坍落度在24~26cm之間，3小時(shí)內(nèi)坍落度不小于23cm, 6小時(shí)內(nèi)流動(dòng)度不小于230mm。
[0050]所述減水劑為市售萘系減水劑，所述引氣劑為十二烷基苯磺酸鈉。
[0051]實(shí)施例4
[0052]各原料組分的重量配比(kg/m3)為:
[0053]消石灰粉60 ;粉煤灰600 ;膨潤(rùn)土 80沖細(xì)砂1000 ;聚苯乙烯粉末4 ;四正丙基鋯酸酯3 ;娃粉2 ;減水劑3 ;聚丙烯酰胺2 ;引氣劑2 ；7jC 320 ；
[0054]該漿液配比泌水率約4%，體積收縮率約2%，凝結(jié)時(shí)間12~15小時(shí)、初始坍落度在25~27cm之間，3小時(shí)內(nèi)坍落度不小于23cm, 6小時(shí)內(nèi)流動(dòng)度不小于240mm。
[0055]實(shí)施例5衆(zhòng)液材料的重量配比按照kg/m3計(jì):
[0056]消石灰粉:60kg/m3;粉煤灰:600kg/m3 ;膨潤(rùn)土:80kg/m3 ;中細(xì)砂:1000kg/m3 ;聚苯乙烯粉末:3kg/m3 ;四正丙基鋯酸酯:2kg/m3 ;硅粉:2kg/m3 ;減水劑:市售高濃度型萘系減水劑3kg/m3 ;改良劑:聚丙烯酰胺lkg/m3 ;石膏2kg/m3 ;引氣劑十二烷基苯磺酸鈉:lkg/m3 ；水:320kg/m3。
[0057]實(shí)施例6-15
[0058]配比按照如下表格，減水劑:市售萘系減水劑；改良劑:聚丙烯酰胺:石膏1:2 ;弓丨
氣劑十二烷基苯磺酸鈉。
[0059]
【權(quán)利要求】
1.一種適用于富水砂層的盾構(gòu)隧道同步注漿漿液，其特征在于，漿液材料的重量配比按照kg/m3計(jì): 消石灰粉:30~80 ;粉煤灰:250~700 ；膨潤(rùn)土:50~120 ;中細(xì)砂:800~1200 ;硅粉:0.5~10 ;減水劑:1~6 ;改良劑:1~5 ;引氣劑:1~3 ;水:260~350。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于富水砂層的盾構(gòu)隧道同步注漿漿液，其特征在于，漿液材料的重量配比按照kg/m3計(jì):還包括聚苯乙烯粉末:0-5。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于富水砂層的盾構(gòu)隧道同步注漿漿液，其特征在于，漿液材料的重量配比按照kg/m3計(jì):四正丙基鋯酸酯0~5。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于富水砂層的盾構(gòu)隧道同步注漿漿液，其特征在于，漿液材料的重量配比按照kg/m3計(jì):消石灰粉:35~70 ;粉煤灰:500~650 ;膨潤(rùn)土:60~100 ；中細(xì)砂:900~1100 ;聚苯乙烯粉末:1~3 ;硅粉:1~3 ;減水劑:2~4 ;改良劑:1.5~3 ;引氣劑:1~3 ;水:280~340。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的適用于富水砂層的盾構(gòu)隧道同步注漿漿液，其特征在于，消石灰粉:40~60 ;粉煤灰:550~600 ；膨潤(rùn)土:70~90 ;中細(xì)砂:1000^1050 ;聚苯乙烯粉末:1.5~2.5 ;四正丙基鋯酸酯:1~3 ;硅粉:2~3 ;減水劑:2.5^3 ;改良劑:2~2.5 ;引氣劑:2~2.5 ;水:300~320。
6.根據(jù)權(quán) 利要求3所述的適用于富水砂層的盾構(gòu)隧道同步注漿漿液，其特征在于，漿液材料的重量配比按照kg/m3計(jì): 消石灰粉:60 ;粉煤灰:600 ;膨潤(rùn)土:80 ;中細(xì)砂:1000 ;聚苯乙烯粉末:3 ;四正丙基鋯酸酯:2 ;硅粉:2 ;減水劑:3 ;改良劑:2 ;引氣劑:1 ;水:320。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的適用于富水砂層的盾構(gòu)隧道同步注漿漿液，其特征在于:所述減水劑為萘系減水劑，所述改良劑為聚丙烯酰胺或石膏或者聚丙烯酰胺與石膏比例為1:2-5的混合物，所述引氣劑為十二烷基苯磺酸鈉。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的適用于富水砂層的盾構(gòu)隧道同步注漿漿液，其特征在于:所述消石灰粉為Ca(OH)2含量大于70%的消石灰粉，粉煤灰為II級(jí)粉煤灰，硅粉為微硅粉。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的適用于富水砂層的盾構(gòu)隧道同步注漿漿液，其特征在于:所述膨潤(rùn)土為膨脹率13~30ml/g的鈉基膨潤(rùn)土。
【文檔編號(hào)】C04B28/10GK103964796SQ201310027380
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月24日
【發(fā)明者】袁大軍, 喬國(guó)剛, 董朝文 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)