CN102173699A - 一种盾构同步注浆浆液及其制备方法 - Google Patents

一种盾构同步注浆浆液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种盾构同步注浆浆液，采用包括火电厂烟气脱硫过程中所产生的脱硫石膏在内的材料制备而成，其干料组分重量配合比为：砂68％，粉煤灰20％，膨润土3％，石灰2％，脱硫石膏7％。本发明另外提供了一种所述盾构同步注浆浆液的制备方法，其配制工艺流程为，对组成干料的砂、粉煤灰、膨润土、石灰、脱硫石膏进行称量-干料混合搅拌均匀-加入适量水与外加剂-混合搅拌均匀-取样检测性能指标-成品准备注浆。本发明充分利用了火电厂的工业废弃物，达到了降低浆液成本、减少环境污染的有益效果，符合节能减排的发展方向，具有大比重、低稠度、高抗剪、流动填充性能好、提高浆液后期强度等优点，能够用作盾构同步注浆浆液。

Description

一种盾构同步注浆浆液及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种盾构隧道工程用同步注浆浆液材料，特别涉及一种采用工业废弃物制备的盾构同步注浆浆液及其制备方法。
背景技术：
在盾构法隧道施工过程中，同步注浆是充填土体与管片环间的建筑间隙和减少后期变形的主要手段，也是盾构推进施工中的一道重要工序。在目前盾构法隧道的施工中，普遍采用一种新型高抗剪可硬性单液浆(由中国专利申请200610147635.X公开)进行注浆施工，该浆液具有比重大、含砂率高、抗剪屈服强度高、后期结实体收缩率小的优点，在目前国内软土地层中的盾构法隧道施工中，起到了良好的施工效果，能够有效地控制周围土体的变形以及隧道的稳定。该种新型高抗剪可硬性单液浆(中国专利申请CN200610147635.X)材料主要由砂、粉煤灰、膨润土以及石灰组成，施工中将各组分材料混合后加入适量液态外加剂与水，充分搅拌均匀后进行使用，其组分配合比见下列表-1。组分中砂作为主要的填充料，起到骨料的作用；粉煤灰作为胶凝材料，增加浆液的和易性，起到包裹砂与各组分的作用，同时与Ca(OH)2或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物，是一种增加强度和耐久性的材料；膨润土具有一定的保水、增稠作用，增加了同步注浆浆液在施工过程中的泵送性；石灰中Ca(OH)2可与粉煤灰中的活性SiO2(玻璃体SiO2)和活性Al2O3(玻璃体Al2O3)在一定条件下发生水化反应，起到提高浆液体后期结实体强度的作用。虽然上述同步注浆浆液能够满足盾构机隧道施工的需要，但是由于所采用制备的材料均为原始的新材料，因此导致该同步注浆浆液成本较高、经济性较差。
我国大气污染的防治已成为当前环境保护的一个突出问题，而煤炭是当今我国电力生产的主要燃料，我国的火电厂燃煤每年向大气中排放的SO2占我国SO2排放总量的50％，因此对SO2排放污染的控制成为火电厂的首要任务。目前我国大部分地区已逐步完善了火电厂烟气脱硫的技术改造，在已采取的烟气脱硫措施中，石灰-石灰石/石膏湿法烟气脱硫装置占90％以上，已成为我国各大火电厂烟气脱硫的主流技术。但该技术存在的问题是：烟气脱硫所产生的副产物是脱硫石膏，其储量大且不好处理。传统的脱硫石膏处理方法是进行填埋和堆放，但这容易造成土壤、地下水及大气的二次污染，因此，脱硫石膏的处理问题，已成为世界性的老大难问题。
但是另一方面，火电厂所产生的脱硫石膏与天然石膏成分十分相似，其化学组分，如下列表-2所示，主要为CaSO4.2H2O，并且纯度较高，是一种十分良好的建筑材料，表-3列出了它的性能。
表-1
  砂   粉煤灰   石灰   膨润土   脱硫石膏   水
  73％   19％   5％   3％   0％   适量
表-2
  名称   SiO2   Al2O3   Fe2O3   CaO   MgO   SO3   烧失量   结晶水
  脱硫石膏   2.13   31.56   0.36   31.38   0.86   47.70   8.77   16.02
  天然石膏   1.8   1.75   0.40   30.99   0.80   41.76   15.50   15.50
表-3
  测试项目   脱硫石膏
  PH   6.5±1
  表面水   6～10％
  CaSO4.2H2O   ＞90％
  CaCO3   ＜1％
  CaSO3.1/2H2O   ＜0.01％
  Cl-   ＜0.01％
  F-   ＜0.01％
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是克服现有盾构施工同步注浆用浆液材料成本高的缺点，同时解决火电厂的副产物脱硫石膏处理困难的问题，提供一种新型的盾构同步注浆浆液，其采用脱硫石膏作为制备材料，既充分利用火电厂的工业废弃物，又不降低目前盾构隧道施工同步注浆的效果，从而达到节能减排、降低材料成本的目的。本发明还提供一种所述盾构同步注浆浆液的制备方法。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案如下：
一种盾构同步注浆浆液，其采用包括火电厂烟气脱硫过程中所产生的脱硫石膏在内的材料制备而成。
本发明所述的盾构同步注浆浆液，其干料组分重量配合比为：砂68％，粉煤灰20％，膨润土3％，石灰2％，脱硫石膏7％。
一种所述盾构同步注浆浆液的制备方法，其配制工艺流程为，对组成干料的砂、粉煤灰、膨润土、石灰、脱硫石膏进行称量——干料混合搅拌均匀——加入适量水与外加剂——混合搅拌均匀——取样检测性能指标——成品准备注浆。
本发明所述的盾构同步注浆浆液的制备方法，其配制工艺流程的具体操作步骤如下：
(1)对干料进行称重，其中的砂、粉煤灰及膨润土采用自动上料称量，脱硫石膏、石灰采用人工加料方式；
(2)将称重后的各干料组分送入自动搅拌机并加以搅拌；
(3)干料组分搅拌均匀后，在搅拌状态下按比例加入外加剂与水，其中外加剂占干料的0.2％，水的加入量视浆液稠度值而定；
(4)充分混合搅拌，搅拌时间不少于1分钟；
(5)对搅拌后的浆液进行取样检测；
(6)将达到性能指标要求的浆液成品送入储浆槽或运浆车内储存待用。
与现有技术相比较，本发明所述的盾构同步注浆浆液采用火电厂生产中烟气脱硫过程所产生的工业废弃物——脱硫石膏制备而成，从而充分发挥了脱硫石膏的利用价值，减少了传统掩埋处理方法中废弃的脱硫石膏对土壤、地下水以及大气造成的二次污染，避免了对生态环境产生的不良影响；同时，与现有同步注浆浆液比较，本发明不仅降低了注浆浆液的材料成本，达到了变废为宝的目的，而且充分发挥了脱硫石膏的特性，在具备目前浆液大比重、低稠度、高抗剪、良好流动填充的同样性能，满足了盾构法施工对浆液材料的要求的同时，明显地提高了其后期强度，施工效果良好。
因此，本发明大胆地采用本技术领域之外的非建筑材料，属火电工业废弃物的脱硫石膏作为原料来制备盾构同步注浆浆液，在技术上是非显而易见的，并且达到了降低浆液成本、减少环境污染的有益效果，具有十分明显的施工与经济效益以及技术创新性。
附图说明：
图1是本发明的制备方法工艺流程图。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。本发明以某超大直径土压平衡盾构隧道工程为例，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不局限于下述的实施例。
本实施例中采用了一种新型的盾构同步注浆浆液，其组分不同于传统的盾构同步注浆材料，它是采用包括火电厂燃煤发电生产中烟气脱硫过程所产生的工业废弃物——脱硫石膏在内的材料制备而成的。该脱硫石膏材料在进场时所作检测的报告如下列表-4：
表-4
  测试项目   脱硫石膏
  PH   6.42
  表面水   8.56％
  CaSO4.2H2O   95.32％
  CaCO3   0.25％
  CaSO3.1/2H2O   0.0003％
  CL-   0.0060％
  F-   0.0068％
所述盾构同步注浆浆液的干料组分重量配合比为：砂68％，粉煤灰20％，膨润土3％，石灰2％，脱硫石膏7％，用以制备浆液的材料配合比如下列表-5所示：
表-5
Figure BSA00000398638300061
配合比中各原材料的检验指标如下列表-6：
表-6
根据超大直径盾构施工对同步注浆材料性能的要求，在保证工程质量、安全及施工效率的前提下，所述盾构同步注浆浆液的性能指标需控制在下列表-7的要求范围内：
表-7
  比重   初始坍落度   8H坍落度   2H泌水性   初始屈服值   8H屈服值
  ≥1.9g/cm3   9～14cm   ≥5.0cm   ≤3％   ≥300Pa   ≥800Pa
本发明所述的盾构同步注浆浆液组分中包含了火电厂发电产生的二级废弃产物脱硫石膏，充分发挥了工业废弃物的利用价值，减少了工业废弃物对环境的影响，解决了火电厂的副产物脱硫石膏处理难的问题，起到了节能环保的作用；同时，本发明采用废弃的脱硫石膏作为原材料，变废为宝，取得了降低同步注浆材料成本的有益效果；此外，由表-7可以看出，本发明在保持以往盾构同步注浆大比重、低稠度、高抗剪、流动填充性能好等优点的同时，利用脱硫石膏的材料特性，充分发挥了其作用机理，明显提高了浆液后期强度，保证了所述浆液各项性能指标能够符合施工的要求，工程应用实践证明，该浆液满足了盾构法施工对浆液材料的要求，取得了良好的施工效果。
本发明所述的盾构同步注浆浆液的制备方法工艺流程请参阅图1，其配制工艺流程为对组成干料的砂、粉煤灰、膨润土、石灰、脱硫石膏进行称量——干料混合搅拌均匀——加入适量水与外加剂——混合搅拌均匀——取样检测性能指标——成品准备注浆。制备过程采用半自动称量加料***进行操作，其具体操作步骤如下：
(1)对干料进行称重，其中的砂、粉煤灰及膨润土采用自动计量上料装置进行自动称量，脱硫石膏与石灰采用人工加料计量称量方式；
(2)将称重后的各干料组分送入自动搅拌机中混合并加以搅拌30秒钟；
(3)待干料组分搅拌混合均匀后，在搅拌状态下按比例加入适量外加剂与水，其中外加剂占干料重量的0.2％，其为自动称量，水的加入量视浆液稠度值而定；
(4)充分混合搅拌，搅拌时间不少于1分钟；
(5)对搅拌后的浆液进行取样检测，按照表-7所列指标判断该浆液质量是否达到要求。其中对首次拌浆需对所有指标进行检测，若不合格则将浆液废弃，待查明原因后再次进行拌浆操作；若浆液合格且原材料品质及含水率均无明显变化，则后续的拌浆可根据经验只目测浆液坍落度值，以节约检测时间，提高施工效率；此后每100m3再进行一次浆液取样，全面检测性能指标的稳定性。
(6)将达到性能指标要求的浆液成品送入储浆槽或运浆车内储存待用，接到井下盾构施工的指令后，再运输至盾构工作面现场进行使用。
以上制备流程是根据工程实际情况进行的实例操作，正常工况条件下能够满足盾构施工要求。若遇极端高温(工作面温度＞50℃)状况，则需要加快从拌制到使用的时间间隔，以防止高温引起水化反应速率加快所导致的泵送堵管现象。
与现有盾构同步注浆材料相比，本发明所述的盾构同步注浆浆液采用工业废弃物脱硫石膏进行配置，该浆液的制备、运输与泵送施工容易操作和控制，施工效果良好，完全符合盾构施工对同步注浆施工质量的要求。此外，所述浆液能够消耗大量的脱硫石膏，且浆液后期强度有明显的提高，28天抗压强度高于现有浆液材料2倍以上。在达到同样设计性能指标要求的前提下，本发明所述的盾构同步注浆浆液成本降低了5％以上，具有良好的环保性与经济性。
总之，本发明采用工业废弃物脱硫石膏制备而成，充分发挥了脱硫石膏的利用价值，减少了废弃脱硫石膏对环境的影响，并且降低了注浆浆液的材料成本，与现有浆液比较，达到了降低浆液成本、减少环境污染的有益效果，符合节能减排的发展方向，本发明具有大比重、低稠度、高抗剪、流动填充性能好、提高浆液后期强度、制备运输及泵送容易控制等优点，施工效果良好，能够广泛用作盾构同步注浆浆液。

Claims (4)

1.一种盾构同步注浆浆液，其特征在于：所述浆液采用包括火电厂烟气脱硫过程中所产生的脱硫石膏在内的材料制备而成。
2.根据权利要求1所述的盾构同步注浆浆液，其特征在于：所述浆液的干料组分重量配合比为：砂68％，粉煤灰20％，膨润土3％，石灰2％，脱硫石膏7％。
3.一种制备权利要求2所述盾构同步注浆浆液的方法，其特征在于：配制工艺流程为，对组成干料的砂、粉煤灰、膨润土、石灰、脱硫石膏进行称量——干料混合搅拌均匀——加入适量水与外加剂——混合搅拌均匀——取样检测性能指标——成品准备注浆。
4.根据权利要求3所述的盾构同步注浆浆液制备方法，其特征在于：所述配制工艺流程的具体操作步骤如下：
(1)对干料进行称重，其中的砂、粉煤灰及膨润土采用自动上料称量，脱硫石膏、石灰采用人工加料方式；
(2)将称重后的各干料组分送入自动搅拌机并加以搅拌；
(3)干料组分搅拌均匀后，在搅拌状态下按比例加入外加剂与水，其中外加剂占干料的0.2％，水的加入量视浆液稠度值而定；
(4)充分混合搅拌，搅拌时间不少于1分钟；
(5)对搅拌后的浆液进行取样检测；
(6)将达到性能指标要求的浆液成品送入储浆槽或运浆车内储存待用。
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