CN115583827B - 一种塑性早强型盾构隧道同步注浆材料及其制备方法 - Google Patents

一种塑性早强型盾构隧道同步注浆材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115583827B
CN115583827B CN202211272263.9A CN202211272263A CN115583827B CN 115583827 B CN115583827 B CN 115583827B CN 202211272263 A CN202211272263 A CN 202211272263A CN 115583827 B CN115583827 B CN 115583827B
Authority
CN
China
Prior art keywords
parts
early
strength
synchronous grouting
shield tunnel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202211272263.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115583827A (zh
Inventor
刘人太
朱志敬
苗世龙
邵长志
李术才
陈孟军
白继文
李琳
汪志恒
赵笃坤
张春雨
闫佳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University
Original Assignee
Shandong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN202211272263.9A priority Critical patent/CN115583827B/zh
Publication of CN115583827A publication Critical patent/CN115583827A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115583827B publication Critical patent/CN115583827B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/24—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing alkyl, ammonium or metal silicates; containing silica sols
    • C04B28/26—Silicates of the alkali metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/06—Combustion residues, e.g. purification products of smoke, fumes or exhaust gases
    • C04B18/08—Flue dust, i.e. fly ash
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/12—Waste materials; Refuse from quarries, mining or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/14—Waste materials; Refuse from metallurgical processes
    • C04B18/146—Silica fume
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0039—Premixtures of ingredients
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/70—Grouts, e.g. injection mixtures for cables for prestressed concrete
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/05—Materials having an early high strength, e.g. allowing fast demoulding or formless casting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Lining And Supports For Tunnels (AREA)

Abstract

本发明涉及一种塑性早强型盾构隧道同步注浆材料及其制备方法。同步注浆材料，按重量份计，包括以下组分：基体材料260‑340份；早强稳定剂5.1‑8.2份；水150‑250份。基体材料，按重量份计，包括以下组分：普通硅酸盐水泥25‑50份，硫铝酸盐水泥20‑40份，矿粉50‑80份，硅灰10‑20份，粉煤灰100‑160份，机制砂50‑80份。早强稳定剂，包括以下组分：三乙醇胺、氯化钙、水玻璃和纤维素醚。本发明通过早强稳定剂赋予了基体材料早强特性，并提高了注浆材料的均匀性与稳定性，制备获得了塑性早强型盾构隧道同步注浆材料，材料用于城市地铁盾构隧道同步注浆工程中，可有效控制管片上浮，实现富水条件下盾构安全高效施工。

Description

一种塑性早强型盾构隧道同步注浆材料及其制备方法
技术领域
本发明属于盾构隧道同步注浆材料技术领域，特别涉及一种塑性早强型盾构隧道同步注浆材料及其制备方法。
背景技术
本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
盾构法在隧道建设中得到了广泛应用。同步注浆是将同步注浆浆液通过盾尾预留注浆孔注入盾尾间隙的施工方式，同步注浆技术能够及时的充填管片与地层间的环形间隙，并能够有效控制地层变形及稳定管片结构。
常用的盾构隧道同步注浆材料为惰性水泥基砂浆，该注浆材料存在早期强度低、凝结时间长的问题。而通常浆液对管片的浮力远大于管片自身重力，进而导致管片上浮、错台、破损及隧道姿态变化等一系列问题，降低隧道的整体结构强度、防水性能及使用寿命。此外，惰性砂浆的稳定性较差，静置后易分层离析、结石率低，通常需要进行补充注浆，影响施工效率与注浆效果。因此，研发高稳定性的早强型同步注浆材料对控制管片上浮、提高注浆效果与保证施工安全具有重要意义。
发明内容
为了解决上述背景技术的不足，进一步增强同步注浆材料的早期强度和稳定性，本发明提出了一种塑性早强型盾构隧道同步注浆材料及其制备方法。该注浆材料具有早期强度高、凝结时间短、稳定性好的特性，有利于控制管片上浮，实现富水条件下盾构安全高效施工。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种塑性早强型盾构隧道同步注浆材料，由如下重量份的原料组成：基体材料260-340份；早强稳定剂5.1-8.2份；水150-250 份；
所述基体材料由如下重量份的原料组成：普通硅酸盐水泥25-50份，硫铝酸盐水泥20-40份，矿粉50-80份，硅灰10-20份，粉煤灰100-160份，机制砂50-80份；
所述早强稳定剂包括：三乙醇胺、氯化钙、水玻璃和纤维素醚。
本发明的第二方面，提供了一种塑性早强型盾构隧道同步注浆材料的制备方法，包括：
按重量比例称取各种原料；
将三乙醇胺、氯化钙、水玻璃和纤维素醚搅拌均匀制备得到早强稳定剂；
将普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、矿粉、硅灰、粉煤灰和机制砂按比例搅拌均匀，制得基体材料；
将基体材料、早强稳定剂和水按比例搅拌均匀，制得塑性早强型盾构隧道同步注浆材料。
本发明研究了一种新型固废基同步注浆材料，应用于此类工程可实现浆液的快速硬化，避免管片的过量上浮。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明将大宗固体废弃资源高效回收利用，将其制备成盾构隧道同步注浆材料，用于地铁隧道壁后充填注浆，同时消纳大量固体废弃物，缓解环境污染问题。
(2)本发明针对传统盾构隧道同步注浆材料早期强度低、稳定性差的问题，提供了一种早强稳定剂。通过早强稳定剂赋予基体材料早强特性，并提高注浆材料的均匀性与稳定性。有利于控制管片上浮，实现富水条件下盾构安全高效施工。
(3)本发明的操作方法简单、具有经济性与普适性，易于规模化生产。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
本发明的第一方面，提供一种塑性早强型盾构隧道同步注浆材料，由如下重量份的原料组成：基体材料260-340份；早强稳定剂5.1-8.2份；水150-250 份；
所述基体材料由如下重量份的原料组成：普通硅酸盐水泥25-50份，硫铝酸盐水泥20-40份，矿粉50-80份，硅灰10-20份，粉煤灰100-160份，机制砂50-80份；
所述早强稳定剂包括：三乙醇胺、氯化钙、水玻璃和纤维素醚。
传统的盾构隧道同步注浆材料在实际工程应用中存在早期强度低、凝结时间长、稳定性差等问题，不利于实际工程应用。而本发明中的材料早强稳定剂可以很好的解决上述问题：三乙醇胺对水泥基体材料的早强性提升效果明显，低含量的三乙醇胺可作为催化剂加快铝酸三钙的水化作用，促进铝酸盐与石膏的反应，同时降低了混合液中的Ca2+浓度，进一步加快水化反应速度；CaCl2的掺杂可以增加水泥矿物的溶解度，同时与铝酸三钙反应，CaCl2又能与水化产物Ca(OH)2反应，进一步促进水化反应的进行，加速水泥浆体结构的形成，有利于水泥早期强度的发展；水玻璃溶液与Ca(OH)2反应生成C-S-H凝胶，随着其消耗促使硅酸三钙继续水化产生更多的凝胶，致使黏度迅速上升，C-S-H 凝胶的增多使浆液失去流动性，进而凝结成稳定固体，提高了基体材料的早强性；纤维素醚在水中溶解并均匀分散，进而导致浆液的黏度增大，浆体颗粒的沉积受阻，因此浆液的稳定性得到了提高。综上所述，该早强稳定剂能够使注浆材料早期强度显著提高、凝结时间缩短、稳定性提高，实现富水条件下盾构高效安全施工。
普通硅酸盐水泥由普通硅酸盐水泥熟料、5％-20％的混合材料及适量石膏磨细制成，其具有强度高、抗冻性好、干缩小、耐磨性较好的特性。普通硅酸盐水泥的主要的化学成分是CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3，与水发生水化反应形成致密的空间网状结构，增强结构的抵抗强度。
硫铝酸盐水泥具有早强高强、高抗冻性、耐蚀性、高抗渗性、膨胀性能、低碱性等特点，其主要的化学成分是Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3和SO3。硫铝酸盐水泥熟料具有早强性和高强性的显著优势，与普通硅酸盐水泥复配使用可发挥协同水化作用，提高材料体系的早期强度，对于盾构隧道的同步注浆来说有重大意义。
矿粉作为应用最普遍的矿物掺合料，含有大量活性SiO2和Al2O3。活性SiO2和Al2O3在CaO的激发作用下具有水硬性，在碱性环境激发下产生强烈的水化作用，提高体系结构的强度。同时矿粉中存在大量球形玻璃状颗粒，这些颗粒改善了拌和物的和易性，进一步使结构各成分相互耦合。
硅灰是工业电炉在高温熔炼工业硅及硅铁的过程中，随废气逸出的烟尘经特殊的捕集装置收集处理而成的一种物质。其颗粒级配合理，使用时能减少和消除沉淀、分层现象；同时可使固化物的抗拉、抗压强度增强，耐磨性能提高；此外，硅灰作为填充料，不但提高了固化物的各项性能，同时也降低了产品成本。
粉煤灰是煤粉燃烧后的剩余产物，属于工业废弃物。主要的化学组成为硅铝化合物，能够在碱性环境激发下发生火山灰反应，生成具有胶凝性能的水化硅酸钙和水化铝酸钙。同时粉煤灰的粒度比水泥颗粒的小，能够填充于水泥颗粒的空隙，构成最密堆积结构,有利于强度的发展，进而提高材料的性能。
机制砂是通过制砂机和其它附属设备加工而成的砂子，与河砂相比，机制砂对水泥拌合物的性能影响不大，在水泥基材料与混凝土中使用不存在耐久性问题。同时，机制砂还具有节能减排、污染小、制造成本低等一系列优势，因此在该体系中使用机制砂作为骨料较好。
在一些实施例中，三乙醇胺、氯化钙、水玻璃和纤维素醚的质量比为： 0.4:4:3.6:0.2。
进一步的，三乙醇胺、氯化钙、水玻璃和纤维素醚的质量比为：0.2:2:2.4:0.6。
进一步的，三乙醇胺、氯化钙、水玻璃和纤维素醚的质量比为：0.1:1:3.6:0.4。
进一步的，三乙醇胺、氯化钙、水玻璃和纤维素醚的质量比为：0.05:4:1.2:0.2。
进一步的，三乙醇胺、氯化钙、水玻璃和纤维素醚的质量比为：0.05:3:2.4:0.4。
在一些实施例中，早强稳定剂中的三乙醇胺在同步注浆材料中的质量百分数为0.02％-0.1％。
研究表明，三乙醇胺能够在一定程度上提高水泥基体材料的早期强度，三乙醇胺起类似于催化剂的作用。而三乙醇胺的掺量对基体材料的强度有显著影响，关于水泥基体材料的后期强度问题，高掺量的三乙醇胺过度地促进C3A的水化凝结，大量钙矾石的生成不利于C3S的后期水化，导致水泥基体材料后期强度降低。而研究发现在0.02％-0.1％范围内的三乙醇胺掺量对C3S水化的促进作用强于对C3A水化的促进作用，三乙醇胺对C3A水化的促进作用不会影响其对C3S水化原有的促进作用，从而也不会影响基体材料的后期强度，因此，早强稳定剂中的三乙醇胺在同步注浆材料中的质量百分数为0.02％-0.1％比较合理。
在一些实施例中，早强稳定剂中的氯化钙在同步注浆材料中的质量百分数为0.2％-1％。
氯化钙应用于早强稳定剂中效果显著，可促进硅酸盐水泥熟料矿物的溶解速度，加快水化反应进程，进而提高水泥的早期强度。然而，过高的氯化钙掺量易导致水泥速凝，影响注浆施工且加大注浆成本。氯化钙掺量在0.2％-1％范围内，水泥基材料强度在3d、7d情况下均显著提高。因此早强稳定剂中的氯化钙在同步注浆材料中的质量百分数为0.2％-1％较为合理。
在一些实施例中，早强稳定剂中的水玻璃在同步注浆材料中的质量百分数为0.2-0.9％。
水玻璃溶液与Ca(OH)2反应生成C-S-H凝胶，促使C3S继续水化产生更多的C-S-H凝胶，致使粘聚性增强，提高水泥基体材料的早强性。前期研究结果表明，当水玻璃的含量高于0.2％时，水玻璃的掺量对水泥水化的促进作用影响显著，而当水玻璃的含量大于0.9％时，会导致溶液中的C-S-H凝胶快速增加，浆液中的C3S会被包裹，从而延缓水泥的水化。因此，早强稳定剂中的水玻璃在同步注浆材料中的质量百分数为0.2％-0.9％更能满足工程的需求。
在一些实施例中，早强稳定剂中的纤维素醚在同步注浆材料中的质量百分数为0.05％-0.15％。
羟丙基甲基纤维素醚在水泥基材料体系中可以起到多种作用，包括保水分散、增稠增粘、引气润滑和缓凝作用。前期研究结果表明，纤维素醚在掺量大于0.15％时会显著增大材料体系的稠度，并降低材料的力学性能。而低掺量的纤维素醚可以很好地分散悬浊液中的颗粒，提高材料的稳定性。前期研究表明，早强稳定剂中的纤维素醚在同步注浆材料中的质量百分数为0.05％-0.15％较为合理。
在一些实施例中，所述塑性早强型盾构隧道同步注浆材料，按重量份计，包括以下组分：基体材料260份，三乙醇胺0.4份，氯化钙4份，水玻璃3.6 份，纤维素醚0.2份，水150份。
在一些实施例中，所述塑性早强型盾构隧道同步注浆材料，按重量份计，包括以下组分：基体材料260份，三乙醇胺0.2份，氯化钙2份，水玻璃2.4 份，纤维素醚0.6份，水250份。
在一些实施例中，所述塑性早强型盾构隧道同步注浆材料，按重量份计，包括以下组分：基体材料300份，三乙醇胺0.1份，氯化钙1份，水玻璃3.6 份，纤维素醚0.4份，水200份。
在一些实施例中，所述塑性早强型盾构隧道同步注浆材料，按重量份计，包括以下组分：基体材料340份，三乙醇胺0.05份，氯化钙4份，水玻璃1.2 份，纤维素醚0.2份，水200份。
在一些实施例中，所述塑性早强型盾构隧道同步注浆材料，按重量份计，包括以下组分：基体材料340份，三乙醇胺0.05份，氯化钙3份，水玻璃2.4 份，纤维素醚0.4份，水250份。
本发明的第二方面，提供了一种塑性早强型盾构隧道同步注浆材料的制备方法，包括：
按重量比例称取各种原料；
将三乙醇胺、氯化钙、水玻璃和纤维素醚搅拌均匀制备得到早强稳定剂；
将普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、矿粉、硅灰、粉煤灰和机制砂按比例搅拌均匀，制得基体材料；
将基体材料、早强稳定剂和水按比例搅拌均匀，制得塑性早强型盾构隧道同步注浆材料。
在一些实施例中，搅拌转速为600-800rpm/min，搅拌时间为3-5min。
在一些实施例中，基体材料的粒径小于37μm，硅灰的平均粒径为0.1-0.15 μm，三乙醇胺及氯化钙的纯度大于85％，水玻璃的模数3.3，波美度为38，纤维素醚的黏度为10-15万。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
以下实施例中，三乙醇胺购买自潍坊鑫茂源化工有限公司。
氯化钙购买自潍坊海之源化工有限公司。
水玻璃购买自济南千奇化工有限公司。
纤维素醚购买自济南硕鼎商贸有限公司。
实施例1
一种塑性早强型盾构隧道同步注浆材料及制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将基体材料使用行星式球磨机研磨至细度小于37μm，再用筛分机筛分后实验备用；
步骤二：按质量分数计称取原材料，包括基体材料260份，三乙醇胺0.4 份，氯化钙4份，水玻璃3.6份，纤维素醚0.2份，水150份。
基体材料，按重量份计，包括以下组分：普通硅酸盐水泥25份，硫铝酸盐水泥30份，矿粉80份，硅灰10份，粉煤灰130份，机制砂65份。
步骤三：将上述称取的原材料置于搅拌机中在600rpm/min下充分搅拌5 分钟。
步骤四：将搅拌之后的材料浇筑于对应模具中，置于90％湿度、25℃环境下养护28d。
对本实施例制备的塑性早强型盾构隧道同步注浆材料进行新拌浆液析水率测试、初凝时间测试和结石体力学性能测试，测试结果如表1-1、1-2所示：
表1-1塑性早强型盾构隧道同步注浆材料的析水率和初凝时间
浆液析水率反映了注浆材料的分散特性和稳定性，浆液的析水率越高，其在衬砌壁后析出的水就越多，对管片上浮和隧道抗渗性的不良影响越大；浆液初凝时间表明了材料从搅拌均匀到开始具有强度所经历的时间，材料初凝后即可对管片提供稳定的支撑，起到预防管片上浮的作用。对于富水盾构同步注浆工程来说，以浆液的析水率＜2％，凝结时间＜1小时为宜。实验结果表明，由于添加了硫铝酸盐水泥、大量矿物掺合料和早强稳定剂，该材料的析水率和凝结时间较常规水泥基材料大幅减小。
表1-2塑性早强型盾构隧道同步注浆材料的结石体力学性能
抗压强度表明结石体抵抗压力的能力，在衬砌壁后的结石体需具有较高的抗压强度。结果表明，由于早强稳定剂的添加，材料在3d即具有较高的抗压强度，材料3d抗压强度/28d抗压强度达0.43；由于体系的水量较少，材料的 28d抗压强度达13.86MPa，远高于《盾构法隧道同步注浆材料应用技术规程》中要求的2.5MPa。
实施例2
一种塑性早强型盾构隧道同步注浆材料及制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将基体材料使用行星式球磨机研磨至细度小于37μm，再用筛分机筛分后实验备用；
步骤二：按质量分数计称取原材料，包括基体材料260份，三乙醇胺0.2 份，氯化钙2份，水玻璃2.4份，纤维素醚0.6份，水250份。
基体材料，按重量份计，包括以下组分：普通硅酸盐水泥50份，硫铝酸盐水泥20份，矿粉65份，硅灰15份，粉煤灰100份，机制砂80份。
步骤三：将上述称取的原材料置于搅拌机中在600rpm/min下充分搅拌5 分钟。
步骤四：将搅拌之后的材料浇筑于对应模具中，置于90％湿度、25℃环境下养护28d。
对本实施例制备的塑性早强型盾构隧道同步注浆材料进行新拌浆液析水率测试、初凝时间测试和结石体力学性能测试，测试结果如表2-1、2-2所示：
表2-1塑性早强型盾构隧道同步注浆材料的析水率和初凝时间
与实施例1相比，实施例2材料早强稳定剂的添加量有所减少，材料的初凝时间缩短，即高掺量的早强稳定剂也会对材料的凝结产生不利影响；而纤维素醚含量的增大提高了浆液的保水性和稳定性，材料的析水率降低。
表2-2塑性早强型盾构隧道同步注浆材料的结石体力学性能
试验结果表明，由于早强稳定剂的添加量有所减少，材料的早强特性有所提高，3d抗压强度/28d抗压强度达0.5；然而，由于实施例2的水固比较大，且硫铝酸盐水泥掺量较低，无法与普通硅酸盐水泥形成良好的协同水化作用，材料28d抗压强度较低，仅为7.73MPa。
实施例3
一种塑性早强型盾构隧道同步注浆材料及制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将基体材料使用行星式球磨机研磨至细度小于37μm，再用筛分机筛分后实验备用；
步骤二：按质量分数计称取原材料，包括基体材料300份，三乙醇胺0.1 份，氯化钙1份，水玻璃3.6份，纤维素醚0.4份，水200份。
基体材料，按重量份计，包括以下组分：普通硅酸盐水泥35份，硫铝酸盐水泥40份，矿粉80份，硅灰15份，粉煤灰160份，机制砂80份。
步骤三：将上述称取的原材料置于搅拌机中在600rpm/min下充分搅拌5 分钟。
步骤四：将搅拌之后的材料浇筑于对应模具中，置于90％湿度、25℃环境下养护28d。
对本实施例制备的塑性早强型盾构隧道同步注浆材料进行新拌浆液析水率测试、初凝时间测试和结石体力学性能测试，测试结果如表3-1、3-2所示：
表3-1塑性早强型盾构隧道同步注浆材料的析水率和初凝时间
实验结果表明，由于基体材料中两种水泥的含量较高，且早强稳定剂的掺量较小，实施例3材料的初凝时间仅为45min；由于基体材料中具有保水作用的粉煤灰及硅灰含量较高，且纤维素醚含量较实施例1有所增加，材料的析水率仅为0.7％；另一方面，材料的速凝特性也提高了其保水性和稳定性，材料在大量自由水还未脱离悬浊液时就已经凝结，因此材料的析水率较低。
表3-2塑性早强型盾构隧道同步注浆材料的结石体力学性能
结果表明，与实施例2相比，由于三乙醇胺和氯化钙的添加量有所减少，水玻璃的添加量有所增加，材料的早强特性提高显著，3d抗压强度/28d抗压强度达0.61；且由于实施例3的水固比较小，普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥的配比较好，可以发挥良好的协同水化作用，材料28d抗压强度较高，达 12.65MPa。
实施例4
一种塑性早强型盾构隧道同步注浆材料及制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将基体材料使用行星式球磨机研磨至细度小于37μm，再用筛分机筛分后实验备用；
步骤二：按质量分数计称取原材料，包括基体材料340份，三乙醇胺0.05 份，氯化钙4份，水玻璃1.2份，纤维素醚0.2份，水200份。
基体材料，按重量份计，包括以下组分：普通硅酸盐水泥50份，硫铝酸盐水泥40份，矿粉50份，硅灰20份，粉煤灰160份，机制砂65份。
步骤三：将上述称取的原材料置于搅拌机中在600rpm/min下充分搅拌5 分钟。
步骤四：将搅拌之后的材料浇筑于对应模具中，置于90％湿度、25℃环境下养护28d。
对本实施例制备的塑性早强型盾构隧道同步注浆材料进行新拌浆液析水率测试、初凝时间测试和结石体力学性能测试，测试结果如表4-1、4-2所示：
表4-1塑性早强型盾构隧道同步注浆材料的析水率和初凝时间
结果表明，与实施例1相比，由于基体材料中硫铝酸盐水泥的含量增大，三乙醇胺和氯化钙的掺量减小，材料的凝结时间减小，即过高含量的早强稳定剂会对材料的凝结产生不良影响；由于基体材料中具有保水作用的粉煤灰及硅灰掺量较高，材料的析水率略有降低，为1.9％；另一方面，材料的速凝特性也提高了材料的保水性和稳定性，因此材料的析水率较低。然而，实施例4的稳定性和速凝特性仍难以满足富水盾构同步注浆工程的要求。
表4-2塑性早强型盾构隧道同步注浆材料的结石体力学性能
结果表明，与实施例3相比，由于三乙醇胺和水玻璃的添加量有所减少，氯化钙的添加量大量增加，材料的早强特性有所降低，3d抗压强度/28d抗压强度达0.49；且由于实施例4的矿粉含量较小，材料后期强度增长速率减慢， 28d抗压强度仅为10.91MPa。
实施例5
一种塑性早强型盾构隧道同步注浆材料及制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将基体材料使用行星式球磨机研磨至细度小于37μm，再用筛分机筛分后实验备用；
步骤二：按质量分数计称取原材料，包括基体材料340份，三乙醇胺0.05 份，氯化钙3份，水玻璃2.4份，纤维素醚0.4份，水250份。
基体材料，按重量份计，包括以下组分：普通硅酸盐水泥35份，硫铝酸盐水泥30份，矿粉65份，硅灰10份，粉煤灰130份，机制砂50份。
步骤三：将上述称取的原材料置于搅拌机中在600rpm/min下充分搅拌5 分钟。
步骤四：将搅拌之后的材料浇筑于对应模具中，置于90％湿度、25℃环境下养护28d。
对本实施例制备的塑性早强型盾构隧道同步注浆材料进行新拌浆液析水率测试、初凝时间测试和结石体力学性能测试，测试结果如表5-1、5-2所示：
表5-1塑性早强型盾构隧道同步注浆材料的析水率和初凝时间
结果表明，与实施例4相比，由于体系的水固比增大，且基体材料中两种水泥的含量降低，材料的初凝时间和析水率均有所增大。
表5-2塑性早强型盾构隧道同步注浆材料的结石体力学性能
结果表明，对比实施例4，由于体系的水玻璃含量增大，氯化钙含量减小，材料的早强特性有所提高，3d抗压强度/28d抗压强度达0.52；由于体系的水固比增大，且基体材料中两种水泥的含量降低，材料的28d抗压强度有所降低。
由实施例1-5可知，质量百分数为1％-1.2％的早强稳定剂可以显著缩短新拌浆液的初凝时间，并降低浆液的析水率，而过高含量的早强稳定剂会对材料的凝结产生不良影响。水泥掺量、各矿物掺合料掺量、早强稳定剂掺量与水灰比都是影响材料结石体力学性能的重要因素。综上所述，本发明的注浆材料具有较好的早期强度与稳定性，可以作为富水盾构同步注浆材料。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (3)

1.一种塑性早强型盾构隧道同步注浆材料，其特征在于，由如下重量份的原料组成：基体材料300份，三乙醇胺0.1份，氯化钙1份，水玻璃3.6份，纤维素醚0.4份，水200份；
所述基体材料由如下重量份的原料组成：普通硅酸盐水泥35份，硫铝酸盐水泥40份，矿粉80份，硅灰15份，粉煤灰160份，机制砂80份；
基体材料的粒径小于37μm，硅灰的平均粒径为0.1-0.15μm，三乙醇胺及氯化钙的纯度大于85%，水玻璃的模数3.3，波美度为38，纤维素醚的黏度为10-15万；
所述塑性早强型盾构隧道同步注浆材料的析水率为0.7%，初凝时间为45min。
2.一种上述权利要求1所述塑性早强型盾构隧道同步注浆材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按重量比例称取各种原料；
将三乙醇胺、氯化钙、水玻璃和纤维素醚搅拌均匀制备得到早强稳定剂；
将普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、矿粉、硅灰、粉煤灰和机制砂按比例搅拌均匀，制得基体材料；
将基体材料、早强稳定剂和水按比例搅拌均匀，制得塑性早强型盾构隧道同步注浆材料。
3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，搅拌转速为600-800rpm/min，搅拌时间为3-5min。
CN202211272263.9A 2022-10-18 2022-10-18 一种塑性早强型盾构隧道同步注浆材料及其制备方法 Active CN115583827B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211272263.9A CN115583827B (zh) 2022-10-18 2022-10-18 一种塑性早强型盾构隧道同步注浆材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211272263.9A CN115583827B (zh) 2022-10-18 2022-10-18 一种塑性早强型盾构隧道同步注浆材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115583827A CN115583827A (zh) 2023-01-10
CN115583827B true CN115583827B (zh) 2023-09-05

Family

ID=84780754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211272263.9A Active CN115583827B (zh) 2022-10-18 2022-10-18 一种塑性早强型盾构隧道同步注浆材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115583827B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112759336A (zh) * 2021-02-05 2021-05-07 山东大学 性能优化剂、基体材料、固废注浆材料及其制备方法与应用

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112759336A (zh) * 2021-02-05 2021-05-07 山东大学 性能优化剂、基体材料、固废注浆材料及其制备方法与应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
翁家杰主编."井巷特殊施工".煤炭工业出版社,1991,(第1版),第95-96页. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115583827A (zh) 2023-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111792902B (zh) 一种高强耐水型磷石膏复合胶凝材料及其制备方法
CN109896770B (zh) 一种混凝土增强剂
CN112537920B (zh) 用于硫酸钠和碳酸钠碱激发胶凝材料的纳米增强剂及其制备方法和应用
CN112441760A (zh) 喷射混凝土用复合掺和料及其制备方法与应用
CN114605121B (zh) 一种钨尾矿蒸压加气混凝土及其制备方法
CN109553361A (zh) 一种c60p12地铁混凝土及其制备方法
CN109553355A (zh) 一种c40p12地铁混凝土及其制备方法
CN112194419A (zh) 碱激发自密实混凝土及其制备方法
CN111592321A (zh) 一种叶腊石增强水泥砂浆强度的方法
CN115583827B (zh) 一种塑性早强型盾构隧道同步注浆材料及其制备方法
CN110759681A (zh) 一种自密实轻骨料混凝土及其制备方法和应用
CN113135698B (zh) 一种改性磷渣粉作为掺合料制备的混凝土及其制备方法
CN109437769A (zh) 一种c30p10地铁混凝土及其制备方法
CN113248201A (zh) 一种早强微膨胀超高性能混凝土及其制备方法和应用
CN109503084A (zh) 一种c45p6地铁混凝土及其制备方法
CN109553358A (zh) 一种c45p8地铁混凝土及其制备方法
CN109456009A (zh) 一种c60p10地铁混凝土及其制备方法
CN109503083A (zh) 一种c50p8地铁混凝土及其制备方法
CN109608132A (zh) 一种c45p10地铁混凝土及其制备方法
CN109485369A (zh) 一种c60p8地铁混凝土及其制备方法
CN116409947B (zh) 一种高性能自流平水泥及其制备方法
CN115849800B (zh) 一种贝利特硅酸盐水泥绿色超高性能混凝土及其制备方法
CN115259709B (zh) 改性玻璃微珠及其制备方法、促凝早强剂及其制备方法
CN117819894A (zh) 一种抗裂抗渗防水型混凝土的制备方法和应用
CN109485348A (zh) 一种c25p6地铁混凝土及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant