本發(fā)明涉及一種嚴酷環(huán)境用盾構(gòu)注漿材料，特別涉及一種用于鹽漬土環(huán)境用盾構(gòu)注漿材料，屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

盾構(gòu)注漿材料是用于地鐵盾構(gòu)施工中洞體與管片圓環(huán)間建筑空隙填充的一種填充注漿材料，具有預(yù)防地表沉降、穩(wěn)固管片、防止管片偏移的作用。注漿材料的基本功能是填充空隙、穩(wěn)固管片，以防止地表沉降和管片偏移。傳統(tǒng)注漿材料只考慮其流動性、泌水率、凝結(jié)時間、固結(jié)收縮率和強度，對注漿材料的抗?jié)B性性能、耐腐蝕性能和抗水分散性能鮮有關(guān)注。我國地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜多樣，濱海及西北大部分地區(qū)為典型的鹽漬土區(qū)域，其淺層土壤及地表水中富含氯離子、硫酸根離子等對水泥基復(fù)合材料和鋼筋具有嚴重侵蝕作用的介質(zhì)。由于傳統(tǒng)注漿材料未考慮注漿材料的抗?jié)B性和耐腐蝕性能，鹽漬土環(huán)境下各類侵蝕介質(zhì)可輕易穿透傳統(tǒng)注漿材料，從而直接對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)照成侵害。

因此，開發(fā)鹽漬土環(huán)境下具有良好抗腐蝕、耐腐蝕性能的新型注漿材料勢在必行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種嚴酷環(huán)境用盾構(gòu)注漿材料，在保證盾構(gòu)注漿材料流動性好的基礎(chǔ)上，提高盾構(gòu)注漿材料的固結(jié)收縮率，降低泌水率，提高注漿材料的抗腐蝕、耐腐蝕性能和抗水分散性能，解決鹽漬土環(huán)境以及涌水、涌砂環(huán)境下傳統(tǒng)注漿材料常見的施工性能、填充性能及抗腐蝕、耐腐蝕性能問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種嚴酷環(huán)境用盾構(gòu)注漿材料，其由砂41-50％，普通硅酸鹽水泥20-25％，粉煤灰9-18％，硅微粉2-4％，功能型燒成超細粉體材料5-13％，抗水分散劑0.5-1.8％，復(fù)合型膨脹劑1.5-3％，防腐阻銹劑1.8-3％，高性能減水劑0.4-0.7％組成，所述百分數(shù)為重量百分數(shù)。

所述“砂”可分為河砂、海砂或山砂。砂的粗細按細度模數(shù)分為粗、中、細三種規(guī)格。本發(fā)明嚴酷環(huán)境用盾構(gòu)注漿材料用砂以細砂為宜，砂的細度模數(shù)不宜大于2.2，含泥量不宜大于3.0。

所述“普通硅酸鹽水泥”為P.O42.5普通硅酸鹽水泥或P.O52.5普通硅酸鹽水泥，是嚴酷環(huán)境用盾構(gòu)注漿材料早期強度的主要來源，優(yōu)選42.5普通硅酸鹽水泥。

所述“粉煤灰”是從火電廠燃煤燃燒后的煙氣中收集而成的二級粉煤灰，其固有的“滾珠效應(yīng)”可用于改善盾構(gòu)注漿材料和易性，其“火山灰效應(yīng)”可降低注漿材料水化熱，改善界面過渡區(qū)形貌，提高后期強度。

所述“硅微粉”是鐵合金在冶煉硅鐵和工業(yè)硅(金屬硅)時，礦熱電爐內(nèi)產(chǎn)生出大量揮發(fā)性很強的SiO₂和Si氣體經(jīng)空氣迅速氧化冷凝沉淀而成的工業(yè)副產(chǎn)物硅灰，“硅微粉”是納米級的超細顆粒，可增加注漿材料粉體顆粒的比表面積，吸附富裕的自由水，從而降低盾構(gòu)注漿材料泌水率，其超細顆粒的填充作用可降低注漿材料漿體孔隙率，提高注漿材料抗?jié)B性。

所述“功能型燒成超細粉體材料”選自通過自然燒成工藝燒制而成的粉煤灰、沸石粉與高嶺土按比例(6/2/2)復(fù)合而成的功能型超細粉體材料，超細粉體材料的微填充作用和水化作用堵塞漿體內(nèi)有害大孔或在大孔內(nèi)形成凝膠體，從而細化注漿材料漿體孔結(jié)構(gòu)，表面粗糙、多孔的超細粉體可固化、吸附氯離子、硫酸根離子等侵蝕性環(huán)境介質(zhì)。

所述“抗水分散劑”是選自聚氨酯類抗水分散劑、羥甲基丙烯酰胺類抗水分散劑或聚羧酸銨鹽類抗水分散劑，抗水分散劑遇水后通過絡(luò)合作用或與氫鍵的締合作用等使水溶液中水泥、砂等顆粒處于良好的分散、絮凝狀態(tài)，當水中絮凝顆粒達到一定濃度時，水分子的遷移速度下降，水相黏度相應(yīng)的提高，從而降低了涌水環(huán)境中水泥等膠凝材料的流失。

所述“復(fù)合膨脹劑中氧化鈣、硫鋁酸鈣與硫鋁酸鎂類膨脹劑”在盾構(gòu)注漿材料中分別提供早期、中期和后期的膨脹，通過與注漿材料中的水泥、水發(fā)生水化反應(yīng)來產(chǎn)生體積變大的產(chǎn)物，從而引起盾構(gòu)注漿材料漿體的體積膨脹，以抵消水泥自身水化時發(fā)生的化學(xué)收縮以及自由水散失產(chǎn)生干縮，從而使盾構(gòu)注漿材料填充更充分、固結(jié)收縮率更高。

所述“塑性膨脹劑”是一種新型膨脹劑，在盾構(gòu)注漿材料塑性階段產(chǎn)生膨脹，膨脹原理包括與水泥水化產(chǎn)物反應(yīng)均勻釋放氣體、與水反應(yīng)產(chǎn)生膨脹等，盾構(gòu)注漿材料由于沒有粗骨料，其在塑性階段的收縮很大，盾構(gòu)注漿材料漿體與水混合后很短的時間內(nèi)就產(chǎn)生收縮，為避免這種現(xiàn)象，本發(fā)明加入塑性膨脹劑。

所述“防腐阻銹劑”是一種有機無機復(fù)合材料，其阻銹組分對金屬構(gòu)件有鈍化作用，可有效地抑制引起鋼筋銹蝕的電化學(xué)反應(yīng)，阻止氯離子穿透，降低鐵離子的游離速度，緩解鋼筋混凝土中有害離子對鋼筋的腐蝕，達到防腐阻銹的目的，從而延長盾構(gòu)注漿材料周圍鋼筋網(wǎng)、金屬錨固件等金屬構(gòu)件的使用壽命。其防腐組分與水泥中的Ca(OH)₂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成穩(wěn)定的水化產(chǎn)物，并填充到C-S-H凝膠形成骨架的空隙中，使注漿材料更加密實，減少裂縫，從而達到很好的防腐阻銹效果。

所述“高性能減水劑”是一種聚羧酸系高性能減水劑，具有減水率高、分散性好、保塑時間長的特點，可顯著改善盾構(gòu)注漿材料的流動性、流動性經(jīng)時保持性能和施工性能。

在本發(fā)明的某些具體實施方案中，本發(fā)明所述砂選自河砂、海砂或山砂；優(yōu)選河砂；更優(yōu)選河砂中的細砂；其含量優(yōu)選為41-50％。

在本發(fā)明的某些具體實施方案中，本發(fā)明所述普通硅酸鹽水泥選自P.O42.5普通硅酸鹽水泥或P.O52.5普通硅酸鹽水泥，優(yōu)選P.O42.5普通硅酸鹽水泥；其含量優(yōu)選為20-25％。

在本發(fā)明的某些具體實施方案中，本發(fā)明所述粉煤灰選自符合標準要求的I級或II級粉煤灰；優(yōu)選I級粉煤灰；其含量優(yōu)選為9-18％。

在本發(fā)明的某些具體實施方案中，本發(fā)明所述硅微粉選擇符合標準要求硅灰；優(yōu)選SiO₂含量不小于90％的硅灰；其含量優(yōu)選為2-4％。

在本發(fā)明的某些具體實施方案中，本發(fā)明所述功能型燒成超細粉體材料選自通過自然燒成工藝燒制而成的粉煤灰、沸石粉、高嶺土按比例復(fù)合而成；其含量優(yōu)選為5-13％。

在本發(fā)明的某些具體實施方案中，本發(fā)明所述抗水分散劑選自聚氨酯類抗水分散劑、羥甲基丙烯酰胺類抗水分散劑或聚羧酸銨鹽類抗水分散劑，優(yōu)選聚羧酸銨鹽類抗水分散劑；其含量優(yōu)選為0.5-1.8％。

在本發(fā)明的某些具體實施方案中，本發(fā)明所述復(fù)合型膨脹劑為氧化鈣-硫鋁酸鈣復(fù)合膨脹劑、塑性膨脹劑與氧化鈣及硫鋁酸鎂復(fù)合膨脹劑或塑性膨脹劑與氧化鈣及硫鋁酸鈣復(fù)合膨脹劑；優(yōu)選塑性膨脹劑與氧化鈣及硫鋁酸鈣復(fù)合膨脹劑；其含量優(yōu)選為1.5-3％。

在本發(fā)明的某些具體實施方案中，本發(fā)明所述防腐阻銹劑為亞硝酸鹽、硼酸鹽類無機防腐阻銹劑或復(fù)合氨基醇類與亞硝酸鹽無機防腐阻銹劑組成的復(fù)合防腐阻銹劑；優(yōu)選復(fù)合氨基醇類與亞硝酸鹽無機防腐阻銹劑組成的復(fù)合防腐阻銹劑；其含量優(yōu)選為1.8-3％。

在本發(fā)明的某些具體實施方案中，本發(fā)明所述高性能減水劑應(yīng)符合相應(yīng)國家及行業(yè)標準要求；優(yōu)選聚羧酸系高性能減水劑；其含量優(yōu)選為0.4-0.7％。

有益效果：

本發(fā)明的新型嚴酷環(huán)境用盾構(gòu)注漿材料是專門針對鹽漬土環(huán)境開發(fā)出的一類新型盾構(gòu)注漿材料，通過選用具有漿體孔結(jié)構(gòu)細化作用和離子固化作用的功能性燒成超細粉體材料，具有良好絮凝作用的抗水分散劑，具有良好早期和后期膨脹性能的復(fù)合型膨脹劑，以及具有防腐阻銹功能的防腐阻銹劑，并優(yōu)選減水率高、保塑性好的高性能減水劑，改善傳統(tǒng)注漿材料的流動性、固結(jié)收縮率、泌水率，同時使注漿材料擁有良好的抗水分散性、抗腐蝕及耐腐蝕性能。嚴酷環(huán)境用盾構(gòu)注漿材料可為鋼筋混凝土管片提供一層良好的防護層，大大提高鹽漬土環(huán)境下盾構(gòu)管片的耐久性，且新型注漿材料泌水率更低，固結(jié)收縮率更高，減少了傳統(tǒng)注漿材料固結(jié)收縮率低引起的滲漏、地陷等問題，也避免了因同步注漿固結(jié)收縮率低、壁后空隙填充不良而產(chǎn)生的二次注漿施工。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體實施方式做進一步描述。本發(fā)明可以根據(jù)盾構(gòu)注漿區(qū)域地質(zhì)、水文環(huán)境及盾構(gòu)注漿施工時間適當調(diào)整配方，按照以下實施例所述的方法進行操作，配制出滿足性能要求的嚴酷環(huán)境用盾構(gòu)注漿材料。

主要原料及設(shè)備

河砂：山東泰安大汶口產(chǎn)河砂

42.5普通硅酸鹽水泥：北京金隅水泥廠

粉煤灰：天津大港發(fā)電廠

硅微粉：中國建筑科學(xué)研究院

功能型燒成超細粉體材料：中國建筑科學(xué)研究院

抗水分散劑：中國建筑科學(xué)研究院

復(fù)合型膨脹劑：建研昆侖科技有限公司

防腐阻銹劑：中國建筑科學(xué)研究院

高性能減水劑：中國建筑科學(xué)研究院

砂漿攪拌機：北京天宇祥瑞商貿(mào)中心

膠砂試驗機：北京天宇祥瑞商貿(mào)中心

1000ml量筒：北京天宇祥瑞商貿(mào)中心

砂漿抗?jié)B試驗機：中國建筑科學(xué)研究院

混凝土電通量多功能測試定儀：中國建筑科學(xué)研究院

測試方法

按照《水泥膠砂強度檢測方法(ISO法)》(GB/T 17671)測試盾構(gòu)注漿材料的強度，參照《預(yù)應(yīng)力孔道灌漿劑》(GB/T 25182-2010)測試盾構(gòu)注漿材料的泌水率,參照《預(yù)應(yīng)力孔道灌漿劑》(GB/T 25182-2010)中膨脹率試驗方法測試盾構(gòu)注漿材料的固結(jié)收縮率，參照《建筑砂漿基本性能試驗方法》(JGJ/T70-2009)測試盾構(gòu)注漿材料的抗?jié)B壓力和稠度，參照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》(GB/T 50082-2009)測試盾構(gòu)注漿材料的電通量，參照《水下不分散混凝土試驗規(guī)程》(DL/T5117-2000)測試盾構(gòu)注漿材料的抗水分散性能指標水陸強度比。

空白例

將1200g的河砂、400g的P.O42.5普通硅酸鹽水泥，600g二級粉煤灰投入砂漿攪拌機攪拌120秒，使物料均勻混合，然后加入800g的水再進行攪拌120秒，制得成品料L_空白。

實施例1

將1235g的河砂、600g的P.O42.5普通硅酸鹽水泥，547g二級粉煤灰，67g硅灰(中國建筑科學(xué)研究院銷售的CABR-SF101)，383g功能型燒成超細粉體材料(中國建筑科學(xué)研究院銷售的CABR-SP206)，16g抗水分散劑(中國建筑科學(xué)研究院銷售的聚氨酯類抗水分散劑CABR-RA106)，88g復(fù)合膨脹劑(建研昆侖科技有限公司銷售的塑性膨脹劑與氧化鈣及硫鋁酸鎂復(fù)合膨脹劑KL-E105)，53g防腐阻銹劑(中國建筑科學(xué)研究院銷售的亞硝酸鹽CABR-AP02)，11g高性能減水劑(中國建筑科學(xué)研究院銷售的CABR-J1)，投入砂漿攪拌機攪拌120秒，使物料均勻混合。然后加入877g的水再進行攪拌120秒，制得成品料L₁。

實施例2

將1500g的河砂、750g的P.O42.5普通硅酸鹽水泥，270g二級粉煤灰，120g硅灰(中國建筑科學(xué)研究院銷售的CABR-SF101)，150g功能型燒成超細粉體材料(中國建筑科學(xué)研究院銷售的CABR-SP206)，54g抗水分散劑(中國建筑科學(xué)研究院銷售的聚氨酯類抗水分散劑CABR-RA106)，45g復(fù)合膨脹劑(建研昆侖科技有限公司銷售的塑性膨脹劑與氧化鈣及硫鋁酸鎂復(fù)合膨脹劑KL-E105)，90g防腐阻銹劑(中國建筑科學(xué)研究院銷售的硼酸鹽類無機防腐阻銹劑CABR-AP07)，21g高性能減水劑(中國建筑科學(xué)研究院銷售的CABR-J1)，投入砂漿攪拌機攪拌120秒，使物料均勻混合。然后加入750g的水再進行攪拌120秒，制得成品料L₂。

實施例3

將1235g的河砂、705g的P.O42.5普通硅酸鹽水泥，300g二級粉煤灰，125g硅灰(中國建筑科學(xué)研究院銷售的CABR-SF101)，370g功能型燒成超細粉體材料(中國建筑科學(xué)研究院銷售的CABR-SP206)，55g抗水分散劑(中國建筑科學(xué)研究院銷售的羥甲基丙烯酰胺類抗水分散劑CABR-RA201)，88g復(fù)合膨脹劑(建研昆侖科技有限公司銷售的氧化鈣-硫鋁酸鈣復(fù)合膨脹劑KL-E203)，105g防腐阻銹劑(中國建筑科學(xué)研究院銷售的亞硝酸鹽有機無機復(fù)合防腐阻銹劑的CABR-AP09)，18g高性能減水劑(中國建筑科學(xué)研究院銷售的CABR-J1)，投入砂漿攪拌機攪拌120秒，使物料均勻混合。然后加入780g的水再進行攪拌120秒，制得成品料L₃。

實施例4

將1235g的河砂、705g的P.O42.5普通硅酸鹽水泥，300g二級粉煤灰，125g硅灰(中國建筑科學(xué)研究院銷售的CABR-SF101)，370g功能型燒成超細粉體材料(中國建筑科學(xué)研究院銷售的CABR-SP206)，55g抗水分散劑(中國建筑科學(xué)研究院銷售的羥甲基丙烯酰胺類抗水分散劑CABR-RA201)，88g復(fù)合膨脹劑(建研昆侖科技有限公司銷售的塑性膨脹劑與氧化鈣及硫鋁酸鈣復(fù)合膨脹劑KL-E101)，105g防腐阻銹劑(中國建筑科學(xué)研究院銷售的亞硝酸鹽有機無機復(fù)合防腐阻銹劑的CABR-AP09)，23g高性能減水劑(中國建筑科學(xué)研究院銷售的CABR-J1)，投入砂漿攪拌機攪拌120秒，使物料均勻混合。然后加入780g的水再進行攪拌120秒，制得成品料L₄。

實施例5

將1235g的河砂、705g的P.O42.5普通硅酸鹽水泥，300g二級粉煤灰，125g硅灰(中國建筑科學(xué)研究院銷售的CABR-SF101)，370g功能型燒成超細粉體材料(中國建筑科學(xué)研究院銷售的CABR-SP206)，55g抗水分散劑(中國建筑科學(xué)研究院銷售的羥甲基丙烯酰胺類抗水分散劑CABR-RA201)，88g復(fù)合膨脹劑(建研昆侖科技有限公司銷售的塑性膨脹劑與氧化鈣及硫鋁酸鈣復(fù)合膨脹劑KL-E101)，105g防腐阻銹劑(中國建筑科學(xué)研究院銷售的亞硝酸鹽有機無機復(fù)合防腐阻銹劑的CABR-AP09)，20g高性能減水劑(中國建筑科學(xué)研究院銷售的CABR-J1)，投入砂漿攪拌機攪拌120秒，使物料均勻混合。然后加入780g的水再進行攪拌120秒，制得成品料L₅。

實施例6

將1235g的河砂、705g的P.O42.5普通硅酸鹽水泥，300g二級粉煤灰，125g硅灰(中國建筑科學(xué)研究院銷售的CABR-SF101)，370g功能型燒成超細粉體材料(中國建筑科學(xué)研究院銷售的CABR-SP206)，55g抗水分散劑(中國建筑科學(xué)研究院銷售的聚羧酸銨鹽類抗水分散CABR-RA102)，88g復(fù)合膨脹劑(建研昆侖科技有限公司銷售的塑性膨脹劑與氧化鈣及硫鋁酸鈣復(fù)合膨脹劑KL-E101)，105g防腐阻銹劑(中國建筑科學(xué)研究院銷售的亞硝酸鹽有機無機復(fù)合防腐阻銹劑的CABR-AP09)，20g高性能減水劑(中國建筑科學(xué)研究院銷售的CABR-J1)，投入砂漿攪拌機攪拌120秒，使物料均勻混合。然后加入780g的水再進行攪拌120秒，制得成品料L₆。

通過測試成型后注漿材料漿體試塊稠度、28天抗壓強度、泌水率、固結(jié)收縮率、抗?jié)B壓力、電通量和水陸強度比對L₁-L₆的漿體工作性、和易性、填充性、抗腐蝕性能和抗水分散性能進行表征，如表1所示：

表1成品料L_空白和L₁-L₆的實驗數(shù)據(jù)

本發(fā)明與工程現(xiàn)場普遍使用的盾構(gòu)注漿材料相比，通過選用具有漿體孔結(jié)構(gòu)細化作用和離子固化作用的功能性燒成超細粉體材料提高注漿材料密實度、強度和抗侵蝕性能；通過優(yōu)選具有良好絮凝作用的抗水分散劑，解決涌水、涌砂環(huán)境下注漿材料的抗沖刷、凝結(jié)性能；通過優(yōu)選具有良好早期和后期膨脹性能的復(fù)合型膨脹劑，提高盾構(gòu)注漿材料填充性能；通過優(yōu)選具有防腐阻銹功能的復(fù)合防腐阻銹劑提高定注漿材料的防腐蝕性能；通過優(yōu)選減水率高、保塑性好的高性能減水劑改善注漿材料的和易性和流動性。

最后所應(yīng)說明的是，以上具體實施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。