CN112194432B - 一种高分散高粘附性盾构注浆材料 - Google Patents

一种高分散高粘附性盾构注浆材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高分散高粘附性盾构注浆材料，各组分及其所占重量份数包括：水泥50～120份，粉煤灰250～400份，盾构泥沙400～1200份，盾构注浆固体外加剂0.5～2份，增稠剂0.5～2份，水450～800份。本发明将氨基改性聚硅氧烷通过自由基共聚接枝到聚羧酸主链上，以氨基在水泥颗粒表面的吸附作用、支链的空间位阻效应为主作用大幅度提高聚羧酸减水剂的分散性；同时其侧链含有的端羟基可提高聚羧酸减水剂在泥土、石料表面的吸附量和吸附能力，提高注浆材料的粘附力和分散力，有效降低盾构注浆对优质砂石资源的依赖，具有重要的经济和环境效益。

Description

一种高分散高粘附性盾构注浆材料
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种用于盾构施工的同步注浆料，具体涉及一种高分散、高粘附性注浆材料。
背景技术
当前在隧道、地铁的施工中通常会用到盾构施工工艺，盾构机在掘进过程中，管片和周围土体之间会有一定的空隙，需要用注浆浆料进行填充。目前，同步注浆料一般由水泥、其它填充料、外加剂和水组成，主要发挥及时填充盾尾建筑空隙、支撑管片周围岩体、控制地表沉降的作用，以确保盾构隧道的稳定。
同步注浆的质量是保证盾构隧道安全、耐久的关键，浆液的质量直接决定着注浆的效果。为达到可泵送、易注浆的要求，盾构注浆需要浆料具备流动性，同时还要求具有稳定性、抗渗性、抗压强度和适合的凝结时间。添加合适的外加剂是改善注浆料质量的重要方法，但是传统的高效减水剂在增加浆料流动性的同时会在一定程度上降低浆料稳定性，出现离析现象，不能满足注浆在稳定性等方面的要求。除此以外，盾构注浆高分散、不泌水、不黏稠易压力泵送的性质要求砂具有较好的性能指标；在优质砂石资源日益减少的现状下，劣质的砂级配差、含泥量高会导致注浆易泌水、粘度大难泵送，其对优质砂石资源的依赖严重制约了盾构工程的质量。
本发明旨在采用盾构泥砂和一种自制高性能改性聚羧酸外加剂，制备一种分散性好、稳定性强、不离析、不沉淀的盾构注浆材料，采用施工产生的盾构泥沙作为原材料，满足资源节约、重复利用的绿色施工要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有地铁盾构注浆料的抗水分散及稳定性不足，且依赖优质砂石等问题，提供一种新型盾构注浆料，它以盾构泥砂为原砂石原料，在保证具有较好泵送性能的基础上，可兼具高保水、抗水分散等性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高分散高粘附性盾构注浆材料，各组分及其所占重量份数包括：水泥50～120份，粉煤灰250～400份，盾构泥沙400～1200份，盾构注浆固体外加剂0.5～2份，增稠剂0.5～2份，水450～800份。
上述方案中，所述高分散高粘附性盾构注浆材料通过将各组分加入混料机，混合5～10min后出料。
上述方案中，所述水泥为42.5普通硅酸盐水泥。
上述方案中，所述粉煤灰为二级灰。
上述方案中，所述盾构泥砂细度模数2.4～2.8，含泥量为5～20wt％，含砂量大于65wt％。
上述方案中，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚、黄原胶中一种或几种。
上述方案中，所述盾构注浆固体外加剂利用异戊烯醇聚氧乙烯醚、不饱和羧酸和氨基改性聚硅氧烷进行自由基聚合反应而成，其制备方法包括如下步骤：在80～100℃条件下，将聚醚大单体熔融，然后向其中滴加不饱和羧酸、氨基改性聚硅氧烷、引发剂，搅拌反应1～5h，冷却后切片或粉磨得盾构注浆固体外加剂。
上述方案中，所述不饱和羧酸为丙烯酸或甲基丙烯酸。
上述方案中，所述氨基改性聚硅氧烷的所结构式如式I所示：
Figure BDA0002718021670000021
式中，a为1～50，b为1～50。
上述方案中，所述引发剂为BPO或过硫酸钾，其用量为异戊烯醇聚氧乙烯醚质量的0.2～5％。
上述方案中，所述异戊烯醇聚氧乙烯醚、不饱和羧酸和氨基改性聚硅氧烷的摩尔比为1:(2～4.7):(0.2～1)。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)利用氨基改性聚硅氧烷改性聚羧酸减水剂，聚硅氧烷侧链具有更大的空间位阻作用，同时氨基在水泥颗粒表面的吸附形式由物理吸附变成化学吸附，从而防止聚羧酸减水剂在硫酸盐的影响下解吸，大幅度增加本聚羧酸减水剂的减水率，使其具有更好的分散性。
2)将氨基改性聚硅氧烷接枝到聚羧酸主链上，其含有硅氧烷基团的侧链上的端羟基(硅醇键)与泥土中的氧化硅、石料中的二氧化硅发生化学交联，同时亦能吸附在水泥颗粒表面，可有效提高聚羧酸减水剂在泥土、石料、水泥表面的吸附量和吸附能力，大幅度增加注浆材料与介质的粘附性、减少离析分层。
3)本发明所得外加剂可有效降低盾构泥砂对外加剂掺量的负面影响，同时利用有机硅氧烷的空间位阻作用降低盾构泥砂对盾构注浆的增粘作用，可有效降低盾构注浆对优质砂石资源的依赖，显著降低盾构注浆料的生产成本，具有重要的经济和环境效益。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中，采用的为42.5普通硅酸盐水泥；粉煤灰为二级灰。
采用的氨基改性聚硅氧烷由腾田化学科技有限公司提供。
实施例1
一种高分散高稳定性盾构注浆材料，各组分及其所占重量份数为：水泥120份，粉煤灰250份，盾构泥沙400份，盾构注浆固体外加剂0.5份，增稠剂0.5份，水450份；通过将称取的各组分加入混料机中混合5min而成。
其中，本实施例采用的盾构泥砂细度模数2.4，含泥量为5％，含砂量大于65％；增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚。
盾构注浆固体外加剂的制备过程如下：在80℃条件下，将180g异戊烯醇聚氧乙烯醚熔融，然后向其中滴加丙烯酸25g、氨基改性聚硅氧烷50g、BPO 0.38g，搅拌反应2小时，冷却后切片或粉磨得盾构注浆固体外加剂；
氨基改性聚硅氧烷的分子结构为：
Figure BDA0002718021670000031
其中a为5，b为5
实施例2
一种高分散高稳定性盾构注浆材料，各组分及其所占重量份数为：水泥50份，粉煤灰400份，盾构泥沙1200份，盾构注浆外加剂2份，增稠剂2份，水800份，通过将称取的各组分加入混料机中混合5min而成。
其中，本实施例采用的盾构泥砂细度模数2.8，含泥量为20％，含砂量大于65％；增稠剂为羟乙基甲基纤维素醚。
盾构注浆固体外加剂的制备过程如下：在80℃条件下，将180g异戊烯醇聚氧乙烯醚熔融，然后向其中滴加丙烯酸12g、氨基改性聚硅氧烷95g、BPO 0.9g，搅拌反应2小时，冷却后切片或粉磨得盾构注浆固体外加剂；
氨基改性聚硅氧烷的分子结构为：
Figure BDA0002718021670000041
其中a为10，b为10
实施例3
一种高分散高稳定性盾构注浆材料，各组分及其所占重量份数为：水泥100份，粉煤灰300份，盾构泥沙800份，盾构注浆外加剂1份，增稠剂1份，水600份，通过将称取的各组分加入混料机中混合8min而成。
其中，本实施例采用的盾构泥砂细度模数2.6，含泥量为10％，含砂量大于65％；增稠剂为黄原胶。
盾构注浆固体外加剂的制备过程如下：在80℃条件下，将180g异戊烯醇聚氧乙烯醚熔融，然后向其中滴加甲基丙烯酸20g、氨基改性聚硅氧烷150g、过硫酸铵1.25g，搅拌反应2小时，冷却后切片或粉磨得盾构注浆固体外加剂；
氨基改性聚硅氧烷的分子结构为：
Figure BDA0002718021670000042
其中a为5，b为20
对比例1
为了突出本发明的效果，根据实施例1的配方采用本领域已公布的硅烷改性聚羧酸减水剂替换本发明所述盾构注浆固体外加剂，注浆材料各组分及其所占重量份数为：水泥120份，粉煤灰250份，盾构泥沙400份，盾构注浆外加剂0.5份，增稠剂0.5份，水450份；通过将称取的各组分加入混料机中混合5min而成。
其中，本实施例采用的盾构泥砂细度模数2.4，含泥量为5％，含砂量大于65％；增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚。
所述已公布硅烷改性聚羧酸减水剂通过丙烯酸(AA)、异戊烯基聚氧乙烯醚(TPEG，分子量2400)和甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(KH-570)的水溶液自由基共聚合成，n(AA)∶n(TPEG)＝5.5∶1.0，链转移剂、双氧水和抗坏血酸的用量分别为单体总物质的量的3％、4％、1％，聚合温度为45℃。
对比例2
为了突出本发明的效果，根据实施例1的配方采用本领域已公布的有机硅氧烷产品替换本发明所述自制氨基改性聚硅氧烷组分，注浆材料各组分及其所占重量份数为：水泥120份，粉煤灰250份，盾构泥沙400份，盾构注浆外加剂0.5份，增稠剂0.5份，水450份；通过将称取的各组分加入混料机中混合5min而成。
其中，本实施例采用的盾构泥砂细度模数2.4，含泥量为5％，含砂量大于65％；增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚。
盾构注浆固体外加剂的制备过程如下：在80℃条件下，将180g异戊烯醇聚氧乙烯醚熔融，然后向其中滴加丙烯酸25g、乙烯基三乙氧基硅烷50g、BPO 0.35g，搅拌反应2小时，冷却后切片或粉磨得盾构注浆固体外加剂。
实施效果
将实施例1-3及对比例1-2所得盾构注浆材料分别进行分散性能、抗沁水性能及粘结性能测试，结果如表1所示。
表1盾构注浆材料的分散性、抗泌水及粘结强度测试结果
Figure BDA0002718021670000051
上述结果表明：针对相同配比条件下，本发明所述的盾构注浆材料对水泥的分散效果更好，注浆材料的稳定性显著改善，砂浆不容易离析分层，且与泥土及石料的粘结性能更好。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高分散高粘附性盾构注浆材料，其特征在于，各组分及其所占重量份数包括：水泥50～120份，粉煤灰250～400份，盾构泥沙400～1200份，盾构注浆固体外加剂0.5～2份，增稠剂0.5～2份，水450～800份；
所述盾构注浆固体外加剂利用异戊烯醇聚氧乙烯醚、不饱和羧酸和氨基改性聚硅氧烷进行自由基聚合反应而成；
所述氨基改性聚硅氧烷的结构式如式I所示：
Figure FDA0003585437050000011
式中，a为1～50，b为1～50。
2.根据权利要求1所述的高分散高粘附性盾构注浆材料，其特征在于，所述盾构泥砂的细度模数2.4～2.8，含泥量为5～20wt％，含砂量大于65wt％。
3.根据权利要求1所述的高分散高粘附性盾构注浆材料，其特征在于，所述水泥为42.5普通硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的高分散高粘附性盾构注浆材料，其特征在于，所述粉煤灰为二级灰。
5.根据权利要求1所述的高分散高粘附性盾构注浆材料，其特征在于，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚、黄原胶中一种或几种。
6.根据权利要求1所述的高分散高粘附性盾构注浆材料，其特征在于，所述盾构注浆固体外加剂的制备方法包括如下步骤：在80～100℃的温度条件下，将聚醚大单体熔融，然后向其中滴加不饱和羧酸、氨基改性聚硅氧烷和引发剂，搅拌反应1～5h，冷却后切片或粉磨得盾构注浆固体外加剂。
7.根据权利要求6所述的高分散高粘附性盾构注浆材料，其特征在于，所述引发剂为BPO或过硫酸钾，其用量为异戊烯醇聚氧乙烯醚质量的0.2～5％。
8.根据权利要求1所述的高分散高粘附性盾构注浆材料，其特征在于，所述异戊烯醇聚氧乙烯醚、不饱和羧酸和氨基改性聚硅氧烷的摩尔比为1:(2～4.7):(0.2～1)。
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