CN110304880A - 钠基膨润土改性盾构抗水分散同步注浆浆液及配制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钠基膨润土改性盾构抗水分散同步注浆浆液及配制方法，按照质量分数计，包括以下组分：水泥11份‑16份，粉煤灰13份‑15份，砂32份‑52份，水21份‑35份，钠基膨润土2份‑4份；其中除水以外其余各材料均为粉状或颗粒状。本发明通过预先将水与钠基膨润土混合，并膨化后再加入其它材料混合的配制方法，以取代传统同步注浆浆液配制方法，有效的提高了传统同步注浆浆液的抗水分散性能，并兼顾了浆液良好的流动性、稳定性、可泵性及后期强度等性能要求，且环保、施工成本低，具有良好的经济效益及社会效益。

Description

钠基膨润土改性盾构抗水分散同步注浆浆液及配制方法

技术领域

本发明属于盾构隧道建筑材料领域，具体涉及一种钠基膨润土改性盾构抗水分散同步注浆浆液及配制方法。

背景技术

同步注浆作为控制地层沉降、填充盾尾间隙、保证管片结构稳定的重要手段，已成为盾构隧道掘进过程中至关重要的工序。但随着基础建设规模的不断加大，在建及未建的盾构隧道所处的地层条件越发复杂，而高渗透富水地层便是其中之一。丰富的地下水会对普通水泥基同步注浆材料造成不利影响，具体而言：①水泥浆与集料的分离，严重削弱注浆圈强度；②浆液注入盾尾间隙后水胶比差异大,局部形成水囊；③存在空洞,严重缺浆等现象,耐久性差；④附近水体及生物将遭到浆液扩散污染。

为解决传统的同步注浆浆液抗水分散性能差的问题，业内多采用水溶性纤维素醚类以及水溶性聚丙烯类材料，作为絮凝剂，通过增加浆液的粘稠度以抵抗地下水冲刷及稀释。但由于目前同步注浆用絮凝剂缺少统一的技术指标以及相应规范标准，因此市面上絮凝剂类型繁多、性能指标各异，且不同厂家间的产品参数也五花八门，这就给产品采购带来了极大的不便；同时絮凝剂的价格相对于同步注浆基础材料偏高，无形的增加了施工成本。

综上所述，如何合理利用现有的传统同步注浆材料，研制出适用于高渗透性富水地层的抗水分散同步注浆材料，就成为了广大学者着力解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种钠基膨润土改性盾构抗水分散同步注浆浆液及配制方法，该浆液具有稳定性好、泌水率低、抗水分散性能优良、适合长距离泵送、易于填充、适宜的初凝时间等特点。同时该发明所涉及的配制方法简单，可有效利用原有注浆材料，对浆液性能进行抗水分散性能优化。

本发明采用的技术方案如下：

一种钠基膨润土改性盾构抗水分散同步注浆浆液，按照质量份数计，包括以下组分：水泥11份-16份，粉煤灰13份-15份，砂32份-52份，水21份-35份和钠基膨润土2份-4份。

进一步地，按照质量份数计，包括以下组分：

水泥13份-15份，粉煤灰13份-14份，砂36份-44份，水25份-31份和钠基膨润土2份-4份。

进一步地，按照质量份数计，包括以下组分：

水泥14份，粉煤灰14份，砂40份，水28份和钠基膨润土3份。

进一步地，除水以外其余各材料均为粉状或颗粒状。

进一步地，粉煤灰为Ⅱ级灰，含水量≤5％，通过0.045mm方孔筛筛余的细度为20-45％。

进一步地，砂为细度模数2.2-2.8，粒径＜5mm的中细砂。

进一步地，钠基膨润土通过200目筛筛至细度为95％，膨胀率13-30ml/g。

上述的钠基膨润土改性盾构抗水分散同步注浆浆液的配制方法，包括以下步骤：

(1)将钠基膨润土分三次，缓慢加入水中，搅拌至溶解，得到钠基膨润土溶液；

(2)将步骤(1)得到的钠基膨润土溶液静置12-30h后，搅拌均匀，即得膨化后的钠基膨润土溶液；

(3)将水泥、粉煤灰、砂缓慢加入步骤(2)得到的膨化后的钠基膨润土溶液中，搅拌均匀，即得。

进一步地，步骤(2)和(3)中搅拌时间均为1-5min，优选为3min。

本发明的抗水分散机理如下：

膨润土颗粒在溶于水后能吸水膨胀形成大量絮状物，并相互搭接形成网状结构；同时，网状结构将大量自由水转换为自身结构的束缚水形成胶状体，使得溶液体系的粘度增加。另一方面，膨润土中的蒙脱石晶层阳离子自身具有交换性，能与胶凝材料颗粒进行离子互换，在吸附力及膨润土颗粒自身粘结力的作用下，细小的膨润土颗粒吸附在胶凝材料颗粒表面形成包裹层。在膨润土的溶胀性、离子交换性、粘结性一系列作用下，浆体的粘度得到了整体提升。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过对钠基膨润土溶液的抗分散机理进行研究，结合室内试验手段，选择出适宜制备同步注浆抗水分散浆液的膨润土膨化时间；并合理调节水、粉煤灰、水泥及中细砂的比例，以控制浆液初凝时间及后期强度；通过调节钠基膨润土的掺量，在确保浆液稳定性及可泵送性能稳定的前提下，大大增加浆液的塑性粘度及屈服剪切应力，以抵抗地下水对浆液的冲刷稀释作用。

2、本发明所述的钠基膨润土改性抗水分散同步注浆浆液稳定性好，流动度值大：流动度＞27cm，泌水率＜3％，抗水分散性能优良：浊度＜100NTU，pH值小于10，各龄期的水陆强度比＞80％；后期强度高：3d水中抗压强度＞0.70MPa，7d水中抗压强度＞1.1MPa，28d水中抗压强度＞2.1MPa。

3、本发明所用的注浆浆液材料组成均为传统同步注浆浆液所用材料，且无需其他外加剂，即可满足高渗透富水地层的同步注浆浆液质量要求。材料与其他类型抗水分散浆液相比，本发明具有明显施工成本低廉的优势。同时，本发明所涉及的制备方法简单，环保性能突出，能够满足施工现场的要求，具有良好的经济效益及社会效益。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本发明较佳实施例提供的一种钠基膨润土改性盾构抗水分散同步注浆浆液，首先配制钠基膨润土改性抗水分散同步注浆浆液，先按照以下配合比称取各原料组分，单位体积用量(kg/m3)如下：水泥260，粉煤灰260，水520，砂743，钠基膨润土57.2，除水以外其他材料均为粉状或颗粒状。

其中，所用水泥四川兰丰水泥有限公司生产的标号为P.O 42.5的普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为产自四川省成都市的Ⅱ级灰，细度(0.045mm方孔筛筛余)20％-45％，含水量≤5％；所用砂为成都地区河砂，细度模数2.2-2.8，粒径＜5mm；所用水为成都普通生活用水，pH测试值为7.9；所用钠基膨润土95％通过200目筛，市售可得。

将上述原料根据配合比制得同步注浆材料，制备方法包括以下步骤：

(1)将水、水泥、粉煤灰、砂、钠基膨润土分别按照配合比称好备用；

(2)配制钠基膨润土溶液：将步骤(1)中称量好的钠基膨润土粉剂分三次，缓缓倒入步骤(1)中称量好的水中，并持续搅拌直至膨润土完全溶解；

(3)膨润土溶液的膨化：将已经配制好的钠基膨润土溶液静置24h后再次搅拌3min，即得膨化后的钠基膨润土溶液；

(4)将第(1)步中称量好的水泥、粉煤灰、砂缓缓倒入膨化后的钠基膨润土溶液中，并持续搅拌3min直至各材料完全溶于溶液中，并确保胶凝材料无结块、成团，即可得到抗水分散同步注浆浆液。

实施例2

本发明较佳实施例提供的一种钠基膨润土改性盾构抗水分散同步注浆浆液，首先配制钠基膨润土改性抗水分散同步注浆浆液，先按照以下配合比称取各原料组分，单位体积用量(kg/m3)如下：水泥280，粉煤灰280，水580，砂840，钠基膨润土63.4，除水以外其他材料均为粉状或颗粒状。

其中，所用水泥四川兰丰水泥有限公司生产的标号为P.O 42.5的普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为产自四川省成都市的Ⅱ级灰，细度(0.045mm方孔筛筛余)20％-45％，含水量≤5％；所用砂为成都地区河砂，细度模数2.2-2.8，粒径＜5mm；所用水为成都普通生活用水，pH测试值为7.9；所用钠基膨润土95％通过200目筛，市售可得。

将上述原料根据配合比制得同步注浆材料，制备方法包括以下步骤：

(1)将水、水泥、粉煤灰、砂、钠基膨润土分别按照配合比称好备用；

(2)配制钠基膨润土溶液：将步骤(1)中称量好的钠基膨润土粉剂分三次，缓缓倒入步骤(1)中称量好的水中，并持续搅拌直至膨润土完全溶解；

(3)膨润土溶液的膨化：将已经配制好的钠基膨润土溶液静置24h后再次搅拌3min，即得膨化后的钠基膨润土溶液；

(4)将第(1)步中称量好的水泥、粉煤灰、砂缓缓倒入膨化后的钠基膨润土溶液中，并持续搅拌3min直至各材料完全溶于溶液中，并确保胶凝材料无结块、成团，即可得到抗水分散同步注浆浆液。

实施例3

本发明较佳实施例提供的一种钠基膨润土改性盾构抗水分散同步注浆浆液，首先配制钠基膨润土改性抗水分散同步注浆浆液，先按照以下配合比称取各原料组分，单位体积用量(kg/m3)如下：水泥270，粉煤灰270，水560，砂810，钠基膨润土60.6，除水以外其他材料均为粉状或颗粒状。

其中，所用水泥四川兰丰水泥有限公司生产的标号为P.O 42.5的普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为产自四川省成都市的Ⅱ级灰，细度(0.045mm方孔筛筛余)20％-45％，含水量≤5％；所用砂为成都地区河砂，细度模数2.2-2.8，粒径＜5mm；所用水为成都普通生活用水，pH测试值为7.9；所用钠基膨润土95％通过200目筛，市售可得。

将上述原料根据配合比制得同步注浆材料，制备方法包括以下步骤：

(1)将水、水泥、粉煤灰、砂、钠基膨润土分别按照配合比称好备用；

(2)配制钠基膨润土溶液：将步骤(1)中称量好的钠基膨润土粉剂分三次，缓缓倒入步骤(1)中称量好的水中，并持续搅拌直至膨润土完全溶解；

(3)膨润土溶液的膨化：将已经配制好的钠基膨润土溶液静置24h后再次搅拌3min，即得膨化后的钠基膨润土溶液；

(4)将第(1)步中称量好的水泥、粉煤灰、砂缓缓倒入膨化后的钠基膨润土溶液中，并持续搅拌3min直至各材料完全溶于溶液中，并确保胶凝材料无结块、成团，即可得到抗水分散同步注浆浆液。

实验例

对实施例1所得样品的性能参数进行测定，测试方法如下：

(1)流动度的测定：采用跳桌法进行测定。测试方法参照GBT2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》进行；

(2)泌水率的测定：将拌和均匀的水泥砂浆缓慢注入1000mL的量筒内至砂浆液面位于900mL，此时砂浆液面高度为h₁，并用塑料薄膜覆盖量筒口。待静置起30min后，观测砂浆浆体膨胀面高度h₂，然后按照以下公式计算泌水率：

泌水率取三个试样测值的平均值；

(3)初凝时间的测定：采用砂浆初凝时间测试仪进行，试验流程参照JGJ 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》中的方法进行；

(4)浊度、PH值的测定：采用自主研发的同步注浆抗水分散试验推进装置，并配合浊度计及PH计进行测定；

(5)水陆强度比的确定：将同一配合比的水泥基材料分别在水中和空气环境中入模成型后，在同一养护条件下至某一龄期后，分别测定两种不同入模条件下试件的抗压强度，水中强度与陆上强度之比即为水陆强度比；

(6)各龄期水中强度：参照DL/T5117-2000《水下不分散混凝土试验规程》进行水中试件的制作，试件的成型采用70.7mm×70.7mm×70.7mm的带底试模，水中试模制作完成后参照JGJ 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》进行养护及抗压强度的测定。

所得结果如下：流动度29.2cm，泌水率＜1％，初凝时间9h，浊度64.8NTU，PH值为9.82，水陆强度比＞80％，3d、7d、28d水中强度分别为0.75MPa、1.2MPa、2.2MPa。

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

Claims (9)

1.一种钠基膨润土改性盾构抗水分散同步注浆浆液，其特征在于，按照质量份数计，包括以下组分：

水泥11份-16份，粉煤灰13份-15份，砂32份-52份，水21份-35份和钠基膨润土2份-4份。

2.根据权利要求1所述的钠基膨润土改性盾构抗水分散同步注浆浆液，其特征在于，按照质量份数计，包括以下组分：

水泥13份-15份，粉煤灰13份-14份，砂36份-44份，水25份-31份和钠基膨润土2份-4份。

3.根据权利要求2所述的钠基膨润土改性盾构抗水分散同步注浆浆液，其特征在于，按照质量份数计，包括以下组分：

水泥14份，粉煤灰14份，砂40份，水28份和钠基膨润土3份。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的钠基膨润土改性盾构抗水分散同步注浆浆液，其特征在于：除水以外其余各材料均为粉状或颗粒状。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的钠基膨润土改性盾构抗水分散同步注浆浆液，其特征在于：所述粉煤灰为Ⅱ级灰，含水量≤5％，通过0.045mm方孔筛筛余的细度为20-45％。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的钠基膨润土改性盾构抗水分散同步注浆浆液，其特征在于：所述砂为细度模数2.2-2.8，粒径＜5mm的中细砂。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的钠基膨润土改性盾构抗水分散同步注浆浆液，其特征在于：所述钠基膨润土通过200目筛筛至细度为95％，膨胀率13-30ml/g。

8.权利要求1-7中任一项所述的钠基膨润土改性盾构抗水分散同步注浆浆液的配制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将钠基膨润土分三次，缓慢加入水中，搅拌至溶解，得到钠基膨润土溶液；

(2)将步骤(1)得到的钠基膨润土溶液静置12-30h后，搅拌均匀，即得膨化后的钠基膨润土溶液；

(3)将水泥、粉煤灰、砂缓慢加入步骤(2)得到的膨化后的钠基膨润土溶液中，搅拌均匀，即得。

9.根据权利要求8所述的钠基膨润土改性盾构抗水分散同步注浆浆液的配制方法，其特征在于：所述步骤(2)和(3)中搅拌时间均为1-5min。