CN106082886A - 隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料，由下述组分的原料按重量配比制成：普通硅酸盐水泥90‑120份；高铝水泥25‑35份；重质碳酸钙15‑25份；硫酸铝10‑20份；发泡剂8‑15份；稳泡剂2‑3份；增稠剂0.5‑1.5份；水80‑100份。本发明的泡沫水泥固化时间、固化密度可控，固化密度可维持在0.8g～1.4g/m³之间，固化后强度较普通泡沫水泥高，对工程的适用性好，发泡性能好，固化后气泡孔均匀，壁厚大，保证了一定的抗压强度，发泡效率对环境的敏感性低，可满足各种环境中的泡沫水泥注浆，发泡效率有保障。

Description

隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料

技术领域

本发明涉及地下工程填充注浆材料领域，具体涉及一种隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料。

背景技术

泡沫水泥是通过在水泥浆中充入气体的目的来降低水泥浆的密度，1978年，美国人S.Yamada等试验并第一次成功的制造出泡沫水泥，八十年代，泡沫水泥的填充技术有了较大的发展，研究人员改进了泡沫发生器，并通过对泡沫水泥的配方进行改进，制造出性能优良的泡沫水泥浆。

泡沫水泥比重低，结构粘度高，属于弹性和粘弹性介质，在岩层裂隙、孔隙中流动时阻力很大，有堵塞通道的作用。考虑到这个特性，将泡沫水泥注入施工过程中遇到的空洞区域既可以满足工程对于围岩环境的要求，又可以大大降低工程造价，因此在地下工程填充领域泡沫水泥具有极好的应用前景，但目前专门用于地下工程填充的泡沫注浆材料的研发正处于起步阶段，材料性能参差不齐。

目前的泡沫水泥，应用于隧道壁后空洞填充时，主要存在以下缺点：

1.水泥固化时间不可控，导致无法高效保质的进行隧道施工：由于隧道支护具有时间效应，当水泥固化时间过长时，水泥无法在设定时间内满足相应的强度要求，会造成施工的安全隐患；当水泥固化时间过短时，一方面过快固化的水泥会阻碍后续水泥的填充，另一方面不利于填充空洞介质的整体性；此外，由于每个隧道壁后的空洞规模、地质条件以及赋水情况的不同，针对每个隧道空洞需要使用水泥固化时间与空洞情况相匹配的泡沫水泥。但是目前，泡沫水泥的固化时间固定，不能满足上述需求。

2.对于地质条件较差的情况，空洞需要密度较高的泡沫水泥填充；而对于地质条件较好的情况，空洞需要密度较小的泡沫水泥填充。根据不同的隧道空洞情况需要采用相匹配的泡沫水泥密度，可以达到经济性和安全性的最优。但是目前的泡沫水泥的密度均为定值，无法满足上述需求。

3.隧道施工地质条件非常复杂，有时还需要填充介质具备较高的力学性能。而一般的泡沫水泥一方面对环境的敏感性较高，无法适用于各种环境下的隧道后壁空洞填充；另一方面力学性能不能保证满足相应要求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料，该泡沫水泥强度增长较快、密度可控、绿色环保，具有发泡高效稳定、施工环境适应性较佳的特点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料，由下述组分的原料按重量配比制成：

本发明的泡沫水泥注浆材料采用重质碳酸钙作为填料，重质碳酸钙是由天然碳酸盐矿物如方解石、大理石、石灰石磨碎而成，是一种无机填料，具有化学纯度高、惰性大、不易化学反应、热稳定性好、在400℃以下不会分解、白度高、吸油率低、折光率低、质软、干燥、不含结晶水、硬度低、磨耗值小、无毒、无味、无臭、分散性好等优点。

重质碳酸钙在空气中稳定，几乎不溶于水，不溶于醇，因其稳定的特性，添加至泡沫水泥中不会与其他的物质发生反应，重质碳酸钙在低硬度的前提下同时具有磨耗值小的特点，利于注浆的操作，利于空洞的完全填充，固化之后耐磨性能好，寿命长。重质碳酸钙不含结晶水，分散性好，可在泡沫水泥中均匀分散并且不会影响泡沫水泥的含水量。

本发明同时添加普通硅酸盐水泥和高铝水泥，在普通硅酸盐水泥的基础上添加高铝水泥可以有效增加本材料中铝离子的浓度，铝离子与水泥中的主要矿物成分进行反应，加速其水化、硬化，从而达到速凝的目的，加快本材料凝结速度，通过调节高铝水泥的组分含量来调节凝结速度。

进一步的技术方案为：所述高铝水泥选用CA50-6型高铝水泥，其比表面积不小于300m²或0.045mm筛余不大于20％，三氧化二铝含量在50％～60％之间。高铝水泥的细度小，溶解度好，三氧化二铝含量高，提高产品中铝离子的浓度，便于控制产品的凝结速度。

进一步的技术方案为：所述重质碳酸钙为325目重质碳酸钙。325目重质碳酸钙最适合应用于建筑行业中，重质碳酸钙填充在泡沫水泥中，可以增加其制品的体积，节省其中价格昂贵的水泥原料，从而大大降低生产成本；此外，重质碳酸钙填充在泡沫水泥中，可以增加产品的韧性和强度

进一步的技术方案为：所述硫酸铝为300目白色粉末状硫酸铝。硫酸铝纯度高、细度小、易溶解，可提高硫酸铝在反应时的溶解度，减少杂质对产品的影响。

进一步的技术方案为：所述发泡剂由α-烯基磺酸钠(AOS)和烷基多苷(APG)混合而成。该发泡剂为复配发泡剂，主要由环境友好型表面活性剂组成，不含有毒物质如苯、甲醛等，不会产生异味，不含难降解物质，产品在环境中能完全降解(无不可降解成分，降解率为100％)，对环境无任何影响，属环境友好型发泡剂，达到绿色环保的效果。

进一步的技术方案为：所述α-烯基磺酸钠采用AOS含量不低于92％的粉末状α-烯基磺酸钠，所述烷基多苷为粉末状固体，呈类白色或微黄色，α-烯基磺酸钠和烷基多苷的掺量比为4:1。该掺量比可以保证α-烯基磺酸钠为主发泡剂，烷基多苷起到辅助发泡的作用，α-烯基磺酸钠的发泡性能要优于烷基多苷，使发泡剂具有优越的发泡性能。

进一步的技术方案为：所述稳泡剂采用颗粒状的聚氧化乙烯(PEO350)。颗粒状的聚氧化乙烯在产品中的分散性好，通过增稠来实现稳泡效果。

进一步的技术方案为：所述增稠剂采用粉末状甜菜碱。本发明的产品最终形态为粉末状，采用粉末状的甜菜碱作为增稠剂，分散到产品中的均匀度更好，提升其效果。

本发明具有以下有益效果：

1、本泡沫水泥在普通硅酸盐水泥中添加了高铝水泥和硫酸铝，增加了普通硅酸盐水泥中铝离子的含量，铝离子与水泥中的主要矿物成分进行反应，加速其水化、硬化，可以有效的调节普通硅酸盐水泥的凝结速度，通过调节普通硅酸盐水泥中高铝水泥和硫酸铝的含量实现固化时间可控，可根据不同工程的需要通过调节缓凝剂的方式调整固化时间，固化后强度较一般泡沫水泥高。

2、通过调节发泡剂的含量，同时配合改变施工时的加气量，可以改变发泡倍率，从而实现密度可控，可实现0.8g～1.4g/m³的固化密度，对工程的适用性好，可针对不同工程进行调节；

3、本泡沫水泥发泡性能好，添加有稳泡剂，经过大量实验发现，通过增加稳泡剂的含量，可以使气泡孔变小、变均匀，增加气泡孔的壁厚，从而使固化后气泡孔均匀，壁厚大，在实现轻质的同时，保证了一定的抗压强度；

4、本发明的发泡剂由α-烯基磺酸钠(AOS)和烷基多苷(APG)混合而成，该发泡剂对硬水的适应性好，在硬水中的发泡性能几乎不受影响，发泡效率对环境的敏感性低，可满足各种环境中的泡沫水泥注浆，发泡效率有保障；

5、本发明的发泡剂为复配发泡剂，发泡材料属绿色环保材料，主要由环境友好型表面活性剂组成，不含有毒物质如苯、甲醛等，不会产生异味，不含难降解物质，可在发泡完成后迅速降解，对环境的影响性极低。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

实施例1

一种隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料，由下述组分的原料按重量配比制成：

实施例2

一种隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料，由下述组分的原料按重量配比制成：

实施例3

一种隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料，由下述组分的原料按重量配比制成：

实施例4

一种隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料，由下述组分的原料按重量配比制成：

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不是本发明的全部实施例，不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术，为了突出本发明的创新特点，上述技术特征在此不再赘述。

Claims (8)

1.一种隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料，其特征是，由下述组分的原料按重量配比制成：

2.根据权利要求1所述的隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料，其特征是，所述高铝水泥选用CA50-6型高铝水泥，其比表面积不小于300m²或0.045mm筛余不大于20％，三氧化二铝含量在50％～60％之间。

3.根据权利要求1所述的隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料，其特征是，所述重质碳酸钙为325目重质碳酸钙。

4.根据权利要求1所述的隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料，其特征是，所述硫酸铝为300目白色粉末状硫酸铝。

5.根据权利要求1所述的隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料，其特征是，所述发泡剂由α-烯基磺酸钠和烷基多苷混合而成。

6.根据权利要求5所述的隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料，其特征是，所述α-烯基磺酸钠采用AOS含量不低于92％的粉末状α-烯基磺酸钠，所述烷基多苷为粉末状固体，呈类白色或微黄色，α-烯基磺酸钠和烷基多苷的掺量比为4:1。

7.根据权利要求1所述的隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料，其特征是，所述稳泡剂采用颗粒状的聚氧化乙烯。

8.根据权利要求1所述的隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料，其特征是，所述增稠剂采用粉末状甜菜碱。