CN112239344A - 一种新型注浆加固材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型注浆加固材料及其制备方法和应用，该注浆加固材料由以下质量份数的各原料混匀后与水拌和而成：普通硅酸盐水泥450～480份，微膨胀水泥40～45份，硅灰25～33份，粉煤灰90～110份，复合钢矿粉90～130份，钢渣砂150～180份；减水剂25～35份，膨胀剂0.1～0.3份、纤维素醚0.05～0.08份、消泡剂0.1～0.2份和碳酸锂1～2.5份；其中，拌和的水与混合后的粉体材料的质量比为0.16～0.21。

Description

一种新型注浆加固材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于市政工程材料技术领域，具体涉及一种新型注浆加固材料及其制备方法和应用。
背景技术
我国城市交通基础设施在繁重的运营荷载和苛刻的自然环境作用下，结构性能随着服役年龄的增加不断退化，其安全性值得担忧和关注。而随着城市地面交通拥堵日趋严重，地下空间开发建设活动越来越多。在临近地铁隧道等已有基础设施进行地下空间开发时，容易诱发临近隧道的结构变形、沉降、上浮和开裂等风险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中注浆材料容重低、微收缩等技术问题，提供一种能够提高土体的容重并具有微膨胀的特性的新型注浆加固材料。
其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。
一种新型注浆加固材料，其特点为，由以下质量份数的各原料混匀后与水拌和而成：
普通硅酸盐水泥450～480份，微膨胀水泥40～45份，硅灰25～33份，粉煤灰90～110份，复合钢矿粉90～130份，钢渣砂150～180份；
减水剂25～35份，膨胀剂0.1～0.3份、纤维素醚0.05～0.08份、消泡剂0.1～0.2份和碳酸锂1～2.5份；
还包括拌合水；其中，所述新型注浆加固材料的水胶比为0.16～0.21，优选为0.17～0.19。
其中，所述普通硅酸盐水泥优选为42.5等级的普通硅酸盐水泥。在某些实施方案中，所述微膨胀水泥为具有微膨胀性能的水泥，包括硫铝酸盐水泥、高铝水泥中的一种或两种；传统普通硅酸盐水泥在硬化过程中会产生干缩，采用微膨胀水泥或普通水泥与微膨胀水泥双掺可有效改善水泥的收缩。
在某些实施方案中，所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，所述钢矿粉为S95矿粉和钢渣复合而成的复合胶凝材料；由于粉煤灰、矿粉、钢渣等均为固体废弃物，可以降低生产成本，另外Ⅰ级粉煤灰需水量比小于95％，可改善体系流动度。复合钢矿粉中钢渣和矿粉的质量比例为2：8，其比表面积不小于450kg/m3。
在某些实施方案中，所述减水剂为粉状高效减水剂，所述粉状高效减水剂为高效聚羧酸减水剂(减水率不小于27％)，可在保持相同水胶比的情况下提升体系流动度。
进一步，所述的膨胀剂为塑性膨胀剂；所述的纤维素醚为低黏度纤维素醚。
优选的，所述纤维素醚的黏度为400mpa.s。
在某些实施方案中，所述钢渣砂为连续级配的砂粉料；连续级配的细骨料一方面有助于流动度的提高，另一方面基于骨料紧密堆积理论有利于强度的提升。在某些优选的方式中，所述钢渣砂级配为0.15mm～0.3mm(不包括0.3mm)钢渣砂5％～26％、0.3mm～0.6mm(不包括0.6mm)钢渣砂16％～43％和0.6mm～1.18mm钢渣砂33％～74％。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种上述注浆加固材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
将所述质量份数的普通硅酸盐水泥、微膨胀水泥、硅灰、粉煤灰、复合钢矿粉、减水剂、膨胀剂、纤维素醚、消泡剂和碳酸锂的粉料加水慢速搅拌20～30S，加入钢渣砂再慢搅20～30S后快速搅拌60～120S，得到配重注浆材料。
采用上述技术方案得到的新型注浆加固材料具有以下特征：
(1)体系中粉煤灰等可改善流动度，注浆材料的流动度不大于17S，30min损失不大于30S；
(2)体系中碳酸锂的加入，可有效提高注浆材料的早期强度，缩短水泥基材料的养生期。
(3)该修补材料除水泥外，还添加粉煤灰、矿粉、钢渣粉等固体废弃物，在保持体系基本力学性能不变的前提下，一方面可提升体系的流动度，另一方面实现了废弃物的资源化利用。
与现有技术相比，本发明的新型注浆加固材料实现了原材料的废弃物化，并具有流动度好、抗压强度高、配重提高、微膨胀、养生周期短等特点。
本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种上述注浆加固材料在底下空间施工中基坑加固中的应用方法。
上述高配重比的微膨胀注浆材料及其制备方法，采用该注浆材料能够提高土体的容重并具有微膨胀的特性，提高地下空间的安全性。该注浆加固材料，配重、膨胀率均有所增加，尤其适用于城市隧道紧凑开挖。
因此，针对城市大型交通基础设施运维安全，采用高卸荷比基坑新型高比重加固材料进行基坑加固，能够有效缓解既有地下交通设施保护与地下空间开发最大化间的矛盾。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施例作进一步详细描述。为进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方式进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特性和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
按照以下的原料质量配比称取各组分：普通硅酸盐水泥470份、微膨胀水泥40份、硅灰30份、Ⅰ级粉煤灰110份、复合钢矿粉120份、钢渣砂170份(钢渣砂级配为0.15mm～0.3mm钢渣砂10％、0.3mm～0.6mm钢渣砂35％和0.6mm～1.18mm钢渣砂55％)、减水剂30份、膨胀剂0.15份、纤维素醚0.05份、消泡剂0.1份、碳酸锂1.5份、水135份。现将粉料加水慢搅30S后再加入钢渣砂慢搅30S，最后快速搅拌60～120S，得到配重注浆材料。测试注浆材料性能，具体性能情况如下表1所示。
表1注浆材料性能
Figure BDA0002733749500000041
注浆材料的初始流动度不大于17S，可注性好；30min流动度不大于30S，仍能满足压力注浆的条件，可操作时间长，具有一定的竞争优势；1d抗压强度大于20.1MPa，28d抗压强度大于50MPa，满足上海市地方标准对快凝早强型水泥基注浆材料的要求。更值得一提的是，本注浆材料采用钢渣砂替代细砂，注浆材料的容重有较大提高，尤其适用于城市隧道紧凑开挖。
实施例2
按照以下的原料配比称取各组分：普通硅酸盐水泥475份、微膨胀水泥45份、硅灰25份、粉煤灰95份、复合钢矿粉95份、钢渣砂180份(钢渣砂级配为0.15mm～0.3mm钢渣砂5％、0.3mm～0.6mm钢渣砂30％和0.6mm～1.18mm钢渣砂65％)、减水剂34份、膨胀剂0.13份、纤维素醚0.07份、消泡剂0.12份、碳酸锂1.2份、水150份。现将粉料加水慢搅30S后再加入钢渣砂慢搅30S，最后快速搅拌60～120S，得到配重注浆材料。测试注浆材料性能，并按照12％的掺量对原土进行固化。具体性能情况如下表2、表3所示。
表2注浆材料性能
Figure BDA0002733749500000042
表3固化土性能
Figure BDA0002733749500000043
实施例2的注浆材料同实施例1一样，可注性能、操作时间和强度均满足上海市相关地方标准对快硬早强型注浆材料的要求。不同的是，实施例2中，水泥掺量增加，硅灰和粉煤灰等掺合料掺量相应减少，强度在一定程度有所提高，钢渣砂掺量略增加，注浆材料容重进一步增加。采用本注浆材料加固土体，其加固土强度满足相关标准要求。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种新型注浆加固材料，其特征在于，由以下质量份数的各原料混匀后与水拌和而成：
普通硅酸盐水泥450～480份，微膨胀水泥40～45份，硅灰25～33份，粉煤灰90～110份，复合钢矿粉90～130份，钢渣砂150～180份；
减水剂25～35份，膨胀剂0.1～0.3份、纤维素醚0.05～0.08份、消泡剂0.1～0.2份和碳酸锂1～2.5份。
2.根据权利要求1所述的新型注浆加固材料，其特征在于，拌和的水与混合后的粉体材料的质量比为0.16～0.21。
3.根据权利要求1所述的新型注浆加固材料，其特征在于，所述普通硅酸盐水泥为42.5等级的普通硅酸盐水泥；所述的微膨胀水泥为硫铝酸盐水泥和高铝水泥中的一种或两种的混合物。
4.根据权利要求1所述的新型注浆加固材料，其特征在于，所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；所述Ⅰ级粉煤灰的需水量比小于95％。
5.根据权利要求1所述的新型注浆加固材料，其特征在于，所述的复合钢矿粉为S95矿粉和钢渣复合而成的复合胶凝材料，复合钢矿粉中钢渣和矿粉的质量比例为2：8，其比表面积不小于450kg/m3。
6.根据权利要求1所述的新型注浆加固材料，其特征在于，所述的减水剂为减水率不小于27％的聚羧酸高性能减水剂；所述的膨胀剂为塑性膨胀剂；所述的纤维素醚为低黏度纤维素醚。
7.根据权利要求6所述的新型注浆加固材料，其特征在于，所述纤维素醚的黏度为400mpa.s。
8.根据权利要求1所述的新型注浆加固材料，其特征在于，所述的钢渣砂颗粒级配和质量百分比如下：0.15mm～0.3mm钢渣砂5％～26％、0.3mm～0.6mm钢渣砂16％～43％和0.6mm～1.18mm钢渣砂33％～74％。
9.一种权利要求1-9中任一权利要求所述新型注浆加固材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述质量份数的普通硅酸盐水泥、微膨胀水泥、硅灰、粉煤灰、复合钢矿粉、减水剂、膨胀剂、纤维素醚、消泡剂和碳酸锂的粉料加全部水慢速搅拌20～30S，加入钢渣砂再慢搅20～30S后快速搅拌60～120S，得到配重注浆材料。
10.一种权利要求1-9中任一权利要求所述新型注浆加固材料在地下空间施工中基坑加固中的应用。
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