CN115594788B - 一种隧道衬砌迎水面防水用注浆材料及其注浆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隧道防水材料领域，具体涉及一种隧道衬砌迎水面防水用注浆材料及其注浆方法，其技术要点如下：注浆材料由A溶液和B溶液组成；且注浆材料中还包含氧化还原引发体系，氧化还原引发体系由所述A溶液中的氧化剂和B溶液中的还原剂组成，其半衰期大于所述注浆材料的注浆时间；A溶液和B溶液还带有电荷，使A溶液和B溶液在受到电场力时产生定向移动。本发明提供的注浆材料由带电荷的A溶液和带电荷的B溶液组成，带电注浆液在注浆压力和电场力协同作用下，可有效迁移至混凝土衬砌内部的微缝和毛细孔道中并进行填充，同时在迎水面侧阴极周边区域聚集，从而在迎水面形成致密的防水层。
Description
技术领域
本发明涉及隧道防水材料领域，具体涉及一种隧道衬砌迎水面防水用注浆材料及其注浆方法。
背景技术
随着我国现代化建设的不断发展，对基础设施如公路桥梁、铁路隧道等的需求日益增大，这些工程在施工或运营期难免会面临渗水问题，混凝土结构的裂缝是造成渗水问题的原因之一，一旦裂缝发展，再加上迎水面有水源，水就会通过裂缝渗透进来，注浆是解决渗水问题的重要途径之一。
现有技术中，机械压力注浆是最常用的注浆方法，但是，单一压力注浆的注浆效果不易控制，注浆压力过大会造成反浆，导致注浆不均匀，严重地还会造成混凝土结构受力过大产生变形危及结构安全，过小则会使管路堵塞，而且无论注浆压力大小浆液都很难到达混凝土结构中的微缝和毛细孔道中去。
同时，当混凝土结构迎水面存在水源时，很难直接在迎水面进行防水修复，导致结构内含水量较高，注浆时浆液很容易被冲散。因此，如何在迎水面富水的施工条件下，用较小的注浆压力达到良好可控的注浆效果，同时，可以从混凝土内部加强迎水面，保证绝大多数墙体不被水体侵蚀是目前亟需解决的问题。
有鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明人基于从事此类材料多年丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发一种隧道衬砌迎水面防水用注浆材料及其注浆方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道衬砌迎水面防水用注浆材料，在电场力的附加作用下，注浆材料能够通过其所带的电荷产生定向移动，在低压注浆压力的协同作用下，在混凝土衬砌中微风和毛细孔中迁移，并将其填充，在迎水面最外层区域形成致密的防水层。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提供的一种隧道衬砌迎水面防水用注浆材料，由A溶液和B溶液组成；且注浆材料中还包含氧化还原引发体系，该氧化还原引发体系由A溶液中的氧化剂和B溶液中的还原剂组成，其半衰期大于注浆材料的注浆时间；
A溶液和B溶液还带有电荷，使A溶液和B溶液在受到电场力时产生定向移动。
在本发明中，A溶液和B溶液所带电荷可以是同种电荷也可以是不同种电荷，电荷种类主要取决于正负电极如何布置。当体系内通电后，产生了电场力，带电荷的A溶液和B溶液在电场力和注浆压力的共同作用下，到达混凝土衬砌的迎水面的微缝和毛细孔中，然后在氧还原引发体系作用下，发生聚合反应，从而在迎水面最外层形成致密的防水层。
进一步的，A溶液和B溶液的体积比为1:1。
进一步的，在本发明中，氧化还原引发体系的引发半衰期为40~120min，整个注浆时间为25~90min，选择合适的半衰期使其大于整个注浆的时间，可确保注浆材料在到达迎水面最外层区域前不发生聚合反应。
进一步的，按照重量份数计算，A溶液包括如下组分：单体a 40~50份、交联剂10~15份和氧化剂1~5份。
进一步的，按照重量份数计算，B溶液包括如下组分：水80~100份、单体b 30~40份、荧光示踪剂5份和还原剂1~5份。荧光示踪剂可以便利地观测注浆浆液在混凝土结构中的渗透距离和均匀性。
进一步的，单体a是丙烯酸钠、丙烯酸钙或丙烯酸美中的任意一种。
进一步的，单体b是丙烯酰胺、丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯或甲基丙烯酸乙氧基乙酯中的任意一种。单体b可以与单体a聚合形成支链，能提升注浆材料的柔韧性和拉伸强度。
进一步的，交联剂是N-N’亚甲基双丙烯酰胺、乙烯基三甲氧基硅烷、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸-2-羟基乙酯或乙二醇丙烯酸酯中的一种或多种的混合物。本发明选择的交联剂能使线型分子交联成三维网状结构，从而提升凝胶体的强度和弹性。
进一步的，氧化剂是过硫酸盐、过氧化氢或异丙苯过氧化氢中的任意一种。
进一步的，还原剂是亚硫酸钠或亚铁盐中的任意一种。
本发明中，A溶液和B溶液在混合后，在氧化还原体系下发生自由基聚合反应，形成凝胶体，将混凝土衬砌中微缝和毛细孔填充，并在迎水面最外层预埋电极区域形成致密的防水层。
进一步的，电场力是由施加在混凝土表面的电极板和隧道混凝土衬砌中预埋电极间的电势梯度形成的，电势梯度是50V/m~333V/m。
本发明的第二个目的是提供一种隧道衬砌迎水面防水用注浆材料的注浆方法，通过电场力与注浆压力的协同作用，在采用较低的注浆压力的情况下，仍然能够使注浆材料到达隧道混凝土衬砌迎水面的微缝和毛孔中后再发生聚合反应，在迎水面形成一层致密的防水层。
本发明的上述技术目的是由以下技术方案实现的：
本发明提供的一种隧道衬砌迎水面防水用注浆材料的注浆方法，包括如下操作步骤：在混凝土衬砌的背水面布置电极板1；在混凝土衬砌的迎水面预埋电极板2；电极板1接电源负极，电极板2接电源正极，通电；切换电极板1和电极板2的正负电源；将A溶液和B溶液交替注入混凝土衬砌中直到注浆完成。
进一步的，A溶液和B溶液交替注入的间隔时间是5~10s。
进一步的，本发明提供的注浆方法，具体操作如下：
步骤1、在隧道混凝土衬砌背水面布置电极板1，电极板接直流电源负极作为阴极，迎水面处预埋电极2接电源正极作为阳极；
步骤2、开启直流电源给电极板和预留电极通电，混凝土衬砌内的水汇集到阴极区域，再通过衬砌背水面的裂隙排出；
步骤3、此时阴阳极调换位置，电极板1接直流电源正极作为阳极，预埋的电极2接电源负极作为阴极。
步骤4、清理混凝土衬砌表面排出的水渍，并在混凝土衬砌背水面避开电极2钻孔作为注浆孔，设置完成后，注浆和电渗同步进行；
步骤5、将A溶液和B溶液分为若干份，在注浆压力和电场力的共同作用下，将若干份A溶液和B溶液交替注入，使它们分别先后到达混凝土衬砌中的裂缝中，在A溶液或B溶液注浆5~10s后，再使另一种溶液渗入；
步骤6、全部注浆完成后，A溶液和B溶液在目标区域混合，在40~120min半衰期的氧化还原引发体系下发生自由基聚合反应，形成凝胶体，均匀地填充混凝土衬砌结构中的微缝和毛细孔道，形成初步的注浆防水；
步骤7、初步的注浆防水形成时，A溶液和B溶液在电场力的作用下在迎水面最外层预埋电极区域混合反应，在该区域形成致密的防水层。
本发明中，按照部分A溶液—部分B溶液—部分A溶液—部分B溶液的顺序或者部分B溶液—部分A溶液—部分B溶液—部分A溶液，这样的顺序；是由于微缝和毛孔较小，这样的顺序一方面能够避免A溶液和B溶液在微缝或毛孔中混合不均匀，影响聚合反应的发生，另一方面是为了确保A溶液和B溶液顺利在拟定半衰期下顺利反应。
进一步的，注浆压力为0.05~0.1MPa。
进一步的，电极板1和电极2之间的电势梯度为50V/m~333V/m。
在本发明中，电势梯度是电压与电极距的商值，此处电势梯度之所以这样选取，是根据一般工程的混凝土衬砌厚度、毛细孔情况、裂缝情况、材料的半衰期以及液体在电场力作用下的迁移速度，计算出所需的注浆速度，再根据注浆速度计算出所需电势梯度范围。
注浆浆液先是在注浆压力和电场力的作用下到达混凝土较大的裂缝中，在遇到微缝和毛细孔道时，注浆压力不起作用，主要由电场力推动浆液迁移至指定位置。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1. 本发明提供的注浆材料由带电荷的A溶液和带电荷的B溶液组成，带电注浆液在注浆压力和电场力协同作用下，可有效迁移至混凝土衬砌内部的微缝和毛细孔道中并进行填充，同时在迎水面侧阴极周边区域聚集，从而在迎水面形成致密的防水层。
2. 本发明中的A溶液和B溶液在电场力和注浆压力的作用下按一定频率交替渗入目标注浆区域，通过40~120min半衰期的氧化还原体系的引入，整个注浆时间为25~90min，选择合适的半衰期使其大于整个注浆的时间，确保注浆材料到达目标区域后再发生反应。
3. 在注浆之前先通电，通过电场力作用，不断地将混凝土衬砌结构内的水迁移至阴极区域，结构内的水被排出，减少水对注浆材料的冲刷稀释，并为后续注浆提供注浆通道。
4. 在电场力和低压注浆压力协同作用下，带电荷的注浆材料可有效到达目标区域，同时可根据混凝土衬砌的厚度、毛细孔情况、裂缝情况等调整电势梯度的大小，改变电场力，从而控制注浆速率，保证注浆质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或有益效果，下面将对实施例或有益效果描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明记载中的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为电场力和机械注浆压力协同作用下注浆效果示意图；
图2为单一机械注浆压力下注浆效果示意图。
附图标记：1、水源；2、迎水面；3、电极2；4、电场线；5、电极板1；6、机械注浆压力；7、防水层；8、带电注浆液。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的一种隧道衬砌迎水面防水用注浆材料及其注浆方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1：一种隧道衬砌迎水面防水用注浆材料及其注浆方法
本实施例提供的隧道衬砌迎水面防水用注浆材料，包括A溶液和B溶液；其中，按照重量份数计算，A溶液包括：100份水、40份丙烯酸镁、10份N-N’亚甲基双丙烯酰胺和5份过硫酸盐；B溶液包括：100份水、40份甲基丙烯酸-2-羟乙酯、5份亚硫酸钠和5份荧光示踪剂。
本实施例提供的注浆材料的材料特性见表1。
表1.实施例1注浆材料的材料特性
如图1所示，本实施例提供的上述注浆材料的注浆方法如下：
步骤1、制备混凝土试件，一面作为背水面，另一面作为迎水面；迎水面处预埋电极并浸水1h模拟迎水面富水情况；背水面布置电极板1，电极板1接直流电源负极作为阴极，迎水面处预埋的电极2接电源正极作为阳极；
步骤2、开启直流电源给电极板1和预留的电极2通电，混凝土内的水汇集到阴极区域，从背水面裂隙排出；
步骤3、此时阴阳极调换位置，电极板1接直流电源正极作为阳极，预留的电极2接电源负极作为阴极；
步骤4、清理混凝土表面排出的水渍，在混凝土背水面钻孔作为注浆孔，电势梯度设为50V/m，注浆压力设置为0.05Mpa，注浆和电渗同步进行；
步骤5、先注入部分A溶液，间隔5s后，再注入部分B溶液，间隔5s后再注入部分A溶液，如此循环，在注浆压力和电场力的联合作用下，使每一部分A溶液和B溶液都能够先后渗入混凝土衬砌的微缝和毛细孔道中；
步骤6、重复步骤5直至全部注浆完成后，A溶液和B溶液在目标区域混合，在70min半衰期的氧化还原引发体系下发生自由基聚合反应，并最终在阴极区域，靠近混凝土衬砌迎水面处形成一层致密的防水层。
步骤1~6完成后，测试混凝土试件的渗水系数、渗气系数和注浆液渗透距离等，并记录，测试结果见表2。
表2. 实施例1混凝土试件性能检测结果
实施例2：一种隧道衬砌迎水面防水用注浆材料及其注浆方法
本实施例提供的隧道衬砌迎水面防水用注浆材料，包括A溶液和B溶液；其中，按照重量份数计算，A溶液包括：100份水、40份丙烯酸镁、10份N-N’亚甲基双丙烯酰胺和1份过硫酸盐；B溶液包括100份水、40份甲基丙烯酸-2-羟乙酯、1份亚硫酸钠和5份荧光示踪剂。
本实施例提供的注浆材料的材料特性见表3。
表3.实施例2注浆材料的材料特性
如图1所示，本实施例提供的上述注浆材料的注浆方法如下：
步骤1、制备混凝土试件，一面作为背水面，另一面作为迎水面；迎水面处预埋2电极并浸水1h模拟迎水面富水情况；背水面布置电极板，电极板1接直流电源负极作为阴极，迎水面处预埋的电极2接电源正极作为阳极；
步骤2、开启直流电源给电极板1和预留的电极2通电，混凝土内的水汇集到阴极区域，从背水面裂隙排出；
步骤3、此时将阴阳极调换位置，电极板1接直流电源正极作为阳极，预留的电极2接电源负极作为阴极；
步骤4、清理混凝土表面排出的水渍，在混凝土背水面钻孔作为注浆孔，电势梯度设为50V/m，注浆压力设置为0.05Mpa，注浆和电渗同步进行；
步骤5、先注入部分B溶液，间隔5s后，再注入部分A溶液，间隔5s后再注入部分B溶液，如此循环，在注浆压力和电场力的联合作用下，使每一部分A溶液和B溶液都能够先后渗入混凝土衬砌的微缝和毛细孔道中；
步骤6、重复步骤5，全部注浆完成后，A溶液和B溶液在目标区域混合，在120min半衰期的氧化还原引发体系下发生自由基聚合反应，并最终在阴极区域，靠近混凝土衬砌迎水面处形成一层致密的防水层。
步骤1~6完成后，测试混凝土试件的渗水系数、渗气系数和注浆液渗透距离等，并记录，测试结果见表4。
表4. 实施例2混凝土试件性能检测结果
实施例3：一种隧道衬砌迎水面防水用注浆材料及其注浆方法
本实施例提供的隧道衬砌迎水面防水用注浆材料，包括A溶液和B溶液；其中，按照重量份数计算，A溶液包括：80份水、40份丙烯酸镁、10份N-N’亚甲基双丙烯酰胺和5份过硫酸盐；B溶液包括：80份水、40份甲基丙烯酸-2-羟乙酯、5份亚硫酸钠和5份荧光示踪剂。
本实施例提供的注浆材料的材料特性见表5。
表5.实施例3注浆材料的材料特性
如图1所示，本实施例提供的上述注浆材料的注浆方法如下：
步骤1、制备混凝土试件，一面作为背水面，另一面作为迎水面；迎水面处预埋电极2并浸水1h模拟迎水面富水情况；背水面布置电极板，电极板1接直流电源负极作为阴极，迎水面处预埋的电极2接电源正极作为阳极；
步骤2、开启直流电源给电极板1和预留的电极2通电，混凝土内的水汇集到阴极区域，从背水面裂隙排出；
步骤3、此时阴阳极调换位置，电极板1接直流电源正极作为阳极，预留的电极2接电源负极作为阴极；
步骤4、清理混凝土表面排出的水渍，在混凝土背水面钻孔作为注浆孔，电势梯度设为50V/m，注浆压力设置为0.05Mpa，注浆和电渗同步进行；
步骤5、先注入部分A溶液，间隔5s后，再注入部分B溶液，间隔5s后再注入部分A溶液，如此循环，在注浆压力和电场力的联合作用下，使每一部分A溶液和B溶液都能够先后渗入混凝土衬砌的微缝和毛细孔道中；
步骤6、重复步骤5直至全部注浆完成后，A溶液和B溶液在目标区域混合，在70min半衰期的氧化还原引发体系下发生自由基聚合反应，并最终在阴极区域，靠近混凝土衬砌迎水面处形成一层致密的防水层。
步骤1~6完成后，测试混凝土试件的渗水系数、渗气系数和注浆液渗透距离等，并记录，测试结果见表6。
表6. 实施例3混凝土试件性能检测结果
实施例4：一种隧道衬砌迎水面防水用注浆材料及其注浆方法
本实施例提供的隧道衬砌迎水面防水用注浆材料，包括A溶液和B溶液；其中，按照重量份数计算，A溶液包括：100份水、40份丙烯酸镁、10份N-N’亚甲基双丙烯酰胺和5份过硫酸盐；B溶液包括：100份水、30份甲基丙烯酸-2-羟乙酯、5份亚硫酸钠和5份荧光示踪剂。
本实施例提供的注浆材料的材料特性见表7。
表7.实施例4注浆材料的材料特性
如图1所示，本实施例提供的上述注浆材料的注浆方法如下：
步骤1、制备混凝土试件，一面作为背水面，另一面作为迎水面；迎水面处预埋电极2并浸水1h模拟迎水面富水情况；背水面布置电极板1，电极板1接直流电源负极作为阴极，迎水面处预埋的电极2接电源正极作为阳极；
步骤2、开启直流电源给电极板1和预留的电极2通电，混凝土内的水汇集到阴极区域，从背水面裂隙排出；
步骤3、此时阴阳极调换位置，电极板1接直流电源正极作为阳极，预留的电极2接电源负极作为阴极；
步骤4、清理混凝土表面排出的水渍，在混凝土背水面钻孔作为注浆孔，电势梯度设为50V/m，注浆压力设置为0.05Mpa，注浆和电渗同步进行；
步骤5、先注入部分A溶液，间隔5s后，再注入部分B溶液，间隔5s后再注入部分A溶液，如此循环，在注浆压力和电场力的联合作用下，使每一部分A溶液和B溶液都能够先后渗入混凝土衬砌的微缝和毛细孔道中；
步骤6、重复步骤5直至全部注浆完成后，A溶液和B溶液在目标区域混合，在40min半衰期的氧化还原引发体系下发生自由基聚合反应，并最终在阴极区域，靠近混凝土衬砌迎水面处形成一层致密的防水层。
步骤1~6完成后，测试混凝土试件的渗水系数、渗气系数和注浆液渗透距离等，并记录，测试结果见表8。
表8. 实施例4混凝土试件性能检测结果
实施例5：一种隧道衬砌迎水面防水用注浆材料及其注浆方法
本实施例提供的隧道衬砌迎水面防水用注浆材料，包括A溶液和B溶液；其中，按照重量份数计算，A溶液包括：100份水、50份丙烯酸镁、10份N-N’亚甲基双丙烯酰胺和5份过硫酸盐；B溶液包括：100份水、30份甲基丙烯酸-2-羟乙酯、5份亚硫酸钠和5份荧光示踪剂。
本实施例提供的注浆材料的材料特性见表9。
表9.实施例5注浆材料的材料特性
如图1所示，本实施例提供的上述注浆材料的注浆方法如下：
步骤1、制备混凝土试件，一面作为背水面，另一面作为迎水面；迎水面处预埋电极2并浸水1h模拟迎水面富水情况；背水面布置电极板1，电极板1接直流电源负极作为阴极，迎水面处预埋的电极2接电源正极作为阳极；
步骤2、开启直流电源给电极板1和预留的电极2通电，混凝土内的水汇集到阴极区域，从背水面裂隙排出；
步骤3、此时阴阳极调换位置，电极板1接直流电源正极作为阳极，预留的电极2接电源负极作为阴极；
步骤4、清理混凝土表面排出的水渍，在混凝土背水面钻孔作为注浆孔，电势梯度设为50V/m，注浆压力设置为0.05Mpa，注浆和电渗同步进行；
步骤5、先注入部分A溶液，间隔5s后，再注入部分B溶液，间隔5s后再注入部分A溶液，如此循环，在注浆压力和电场力的联合作用下，使每一部分A溶液和B溶液都能够先后渗入混凝土衬砌的微缝和毛细孔道中；
步骤6、重复步骤5直至全部注浆完成后，A溶液和B溶液在目标区域混合，在90min半衰期的氧化还原引发体系下发生自由基聚合反应，并最终在阴极区域，靠近混凝土衬砌迎水面处形成一层致密的防水层。
步骤1~6完成后，测试混凝土试件的渗水系数、渗气系数和注浆液渗透距离等，并记录，测试结果见表10。
表10. 实施例5混凝土试件性能检测结果
实施例6：一种隧道衬砌迎水面防水用注浆材料及其注浆方法
本实施例提供的隧道衬砌迎水面防水用注浆材料，包括A溶液和B溶液；其中，按照重量份数计算，A溶液包括：100份水、50份丙烯酸镁、10份N-N’亚甲基双丙烯酰胺和5份过硫酸盐；B溶液包括：100份水、40份甲基丙烯酸-2-羟乙酯、5份亚硫酸钠和5份荧光示踪剂。
本实施例提供的注浆材料的材料特性见表11。
表11.实施例6注浆材料的材料特性
如图1所示，本实施例提供的上述注浆材料的注浆方法如下：
步骤1、制备混凝土试件，一面作为背水面，另一面作为迎水面；迎水面处预埋电极2并浸水1h模拟迎水面富水情况；背水面布置电极板1，电极板1接直流电源负极作为阴极，迎水面处预埋的电极2接电源正极作为阳极；
步骤2、开启直流电源给电极板1和预留的电极2通电，混凝土内的水汇集到阴极区域，从背水面裂隙排出；
步骤3、此时阴阳极调换位置，电极板1接直流电源正极作为阳极，预留的电极2接电源负极作为阴极；
步骤4、清理混凝土表面排出的水渍，在混凝土背水面钻孔作为注浆孔，电势梯度设为50V/m，注浆压力设置为0.05Mpa，注浆和电渗同步进行；
步骤5、先注入部分A溶液，间隔5s后，再注入部分B溶液，间隔5s后再注入部分A溶液，如此循环，在注浆压力和电场力的联合作用下，使每一部分A溶液和B溶液都能够先后渗入混凝土衬砌的微缝和毛细孔道中；
步骤6、重复步骤5直至全部注浆完成后，A溶液和B溶液在目标区域混合，在110min半衰期的氧化还原引发体系下发生自由基聚合反应，并最终在阴极区域，靠近混凝土衬砌迎水面处形成一层致密的防水层。
步骤1~6完成后，测试混凝土试件的渗水系数、渗气系数和注浆液渗透距离等，并记录，测试结果见表12。
表12. 实施例6混凝土试件性能检测结果
实施例7：一种隧道衬砌迎水面防水用注浆材料及其注浆方法
本实施例提供的隧道衬砌迎水面防水用注浆材料，包括A溶液和B溶液；其中，按照重量份数计算，A溶液包括：100份水、40份丙烯酸镁、10份N-N’亚甲基双丙烯酰胺和5份过硫酸盐；B溶液包括：100份水、40份甲基丙烯酸-2-羟乙酯、5份亚硫酸钠和5份荧光示踪剂。
本实施例提供的注浆材料的材料特性见表13。
表13.实施例7注浆材料的材料特性
如图1所示，本实施例提供的上述注浆材料的注浆方法如下：
步骤1、制备混凝土试件，一面作为背水面，另一面作为迎水面；迎水面处预埋电极2并浸水1h模拟迎水面富水情况；背水面布置电极板1，电极板1接直流电源负极作为阴极，迎水面处预埋的电极2接电源正极作为阳极；
步骤2、开启直流电源给电极板1和预留的电极2通电，混凝土内的水汇集到阴极区域，从背水面裂隙排出；
步骤3、此时阴阳极调换位置，电极板1接直流电源正极作为阳极，预留的电极2接电源负极作为阴极；
步骤4、清理混凝土表面排出的水渍，在混凝土背水面钻孔作为注浆孔，电势梯度设为50V/m，注浆压力设置为0.1Mpa，注浆和电渗同步进行；
步骤5、先注入部分A溶液，间隔5s后，再注入部分B溶液，间隔5s后再注入部分A溶液，如此循环，在注浆压力和电场力的联合作用下，使每一部分A溶液和B溶液都能够先后渗入混凝土衬砌的微缝和毛细孔道中；
步骤6、重复步骤5直至全部注浆完成后，A溶液和B溶液在目标区域混合，在70min半衰期的氧化还原引发体系下发生自由基聚合反应，并最终在阴极区域，靠近混凝土衬砌迎水面处形成一层致密的防水层。
步骤1~6完成后，测试混凝土试件的渗水系数、渗气系数和注浆液渗透距离等，并记录，测试结果见表14。
表14. 实施例7混凝土试件性能检测结果
实施例8：一种隧道衬砌迎水面防水用注浆材料及其注浆方法
本实施例提供的隧道衬砌迎水面防水用注浆材料，包括A溶液和B溶液；其中，按照重量份数计算，A溶液包括：100份水、40份丙烯酸镁、10份N-N’亚甲基双丙烯酰胺和5份过硫酸盐；B溶液包括：100份水、40份甲基丙烯酸-2-羟乙酯、5份亚硫酸钠和5份荧光示踪剂。
本实施例提供的注浆材料的材料特性见表15。
表15.实施例8注浆材料的材料特性
如图1所示，本实施例提供的上述注浆材料的注浆方法如下：
步骤1、制备混凝土试件，一面作为背水面，另一面作为迎水面；迎水面处预埋电极2并浸水1h模拟迎水面富水情况；背水面布置电极板1，电极板1接直流电源负极作为阴极，迎水面处预埋的电极2接电源正极作为阳极；
步骤2、开启直流电源给电极板1和预留的电极2通电，混凝土内的水汇集到阴极区域，从背水面裂隙排出；
步骤3、此时阴阳极调换位置，电极板1接直流电源正极作为阳极，预留的电极2接电源负极作为阴极；
步骤4、清理混凝土表面排出的水渍，在混凝土背水面钻孔作为注浆孔，电势梯度设为330V/m，注浆压力设置为0.05Mpa，注浆和电渗同步进行；
步骤5、先注入部分A溶液，间隔5s后，再注入部分B溶液，间隔5s后再注入部分A溶液，如此循环，在注浆压力和电场力的联合作用下，使每一部分A溶液和B溶液都能够先后渗入混凝土衬砌的微缝和毛细孔道中；
步骤6、重复步骤5直至全部注浆完成后，A溶液和B溶液在目标区域混合，在70min半衰期的氧化还原引发体系下发生自由基聚合反应，并最终在阴极区域，靠近混凝土衬砌迎水面处形成一层致密的防水层。
步骤1~6完成后，测试混凝土试件的渗水系数、渗气系数和注浆液渗透距离等，并记录，测试结果见表16。
表16. 实施例8混凝土试件性能检测结果
对比实施例1
本对比例中提供的带电注浆材料由A溶液和B溶液组成，按照重量份数计算，A溶液包括100份水、40份丙烯酸镁、10份N-N’亚甲基双丙烯酰胺和5份过硫酸盐；B溶液包括100份水、40份甲基丙烯酸-2-羟乙酯、5份亚硫酸钠和5份荧光示踪剂。
材料特性：
表17.对比例1中带电注浆材料特性
如图2所示，单一机械压力注浆方法如下：
步骤1、制备混凝土试件；
步骤2、在混凝土表面的钻孔作为注浆孔，注浆压力设置为0.05Mpa，进行注浆；
步骤3、先注入部分A溶液，间隔5s后，再注入部分B溶液，间隔5s后再注入部分A溶液，如此循环；
步骤4、重复步骤3，全部注浆完成后，A溶液和B溶液在目标区域混合，在70min半衰期的氧化还原引发体系下发生自由基聚合反应；
步骤5、步骤1~4完成后，测试混凝土试件的渗水系数、渗气系数和注浆液渗透距离，并记录，见表18。
表18.对比例1中电场力联合机械压力注浆方法后混凝土性能的检测结果
与实施例1相比，对比例1是在较小的单一机械注浆压力进行注浆，在没有电场力的协同作用下，浆液在孔道中渗透速度缓慢，导致孔道堵塞，浆液无法填满孔隙，混凝土的渗水系数和渗气系数高达40.0×10-10cm/s和88.4×10-11cm/s，渗透距离仅为5.1cm，导致注浆效果不佳。
对比实施例2
本对比例中提供的带电注浆材料由A溶液和B溶液组成，按照重量份数计算，A溶液包括100份水、40份丙烯酸镁、10份N-N’亚甲基双丙烯酰胺和5份过硫酸盐；B溶液包括100份水、40份甲基丙烯酸-2-羟乙酯、5份亚硫酸钠和5份荧光示踪剂。
材料特性：
表19.对比例2中带电注浆材料特性
如图2所示，单一机械压力注浆方法如下：
步骤1、制备混凝土试件；
步骤2、在混凝土表面的钻孔作为注浆孔，注浆压力设置为0.7Mpa，进行注浆；
步骤3、A溶液在注浆压力作用下，先渗入混凝土衬砌的微缝和毛细孔道中，A溶液注浆5s后，B溶液渗入；
步骤4、重复步骤3，全部注浆完成后，A溶液和B溶液在目标区域混合，在70min半衰期的氧化还原引发体系下发生自由基聚合反应；
步骤5、步骤1~4完成后，测试混凝土试件的渗水系数、渗气系数和注浆液渗透距离，并记录，见表20。
表20.对比例2混凝土试件性能的检测结果
与实施例1和对比例1相比，对比例2是在较大的单一机械注浆压力进行注浆，在没有电场力的协同作用下，注浆压力过大会引起反浆，浆液也无法渗透到混凝土的微缝和毛细孔道中，混凝土的渗水系数和渗气系数高达37.9×10-10cm/s和90.7×10-11cm/s，渗透距离仅为7.4cm，导致注浆效果不佳。
通过以上实验结果表明，在较小的机械注浆压力和电场力的协同作用下，应对混凝土迎水面富水的不利条件时，可以取得良好可控的注浆防水效果。在相同条件下，注浆压力从0.05Mpa提升到0.7Mpa时，混凝土试件的渗水系数、渗气系数和渗透距离变化不大，可见单一的注浆压力提升，对注浆效果没有质的改变。
同时，通过图1和图2的对比可知，相较于单一的机械注浆压力，在机械注浆压力和电场力的协同作用下，有效注浆范围更广，浆液分布更均匀，注浆效果更加，且能在迎水面最外层预埋电极区域形成致密的防水层，能有效地解决在迎水面富水的不利条件下隧道混凝土衬砌的防水问题。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例展示如上，但并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种隧道衬砌迎水面防水用注浆材料的注浆方法，其特征在于，所述注浆材料由A溶液和B溶液组成；且所述注浆材料中还包含氧化还原引发体系，所述氧化还原引发体系由所述A溶液中的氧化剂和B溶液中的还原剂组成，其半衰期大于所述注浆材料的注浆时间；
所述A溶液和B溶液还带有电荷，使A溶液和B溶液在受到电场力时产生定向移动；
按照重量份数计算，所述A溶液包括如下组分：单体a 40~50份、交联剂10~15份和氧化剂1~5份；
按照重量份数计算，所述B溶液包括如下组分：水80~100份、单体b 30~40份、荧光示踪剂5份和还原剂1~5份；
所述单体a是丙烯酸钠、丙烯酸钙或丙烯酸镁中的任意一种；
所述单体b是丙烯酸-2-羟乙酯或甲基丙烯酸-2-羟乙酯；
所述注浆材料的注浆方法，包括如下操作步骤：
步骤1、在隧道混凝土衬砌背水面布置电极板1，电极板接直流电源负极作为阴极，迎水面处预埋电极2接电源正极作为阳极；
步骤2、开启直流电源给电极板和预留电极通电，混凝土衬砌内的水汇集到阴极区域，再通过衬砌背水面的裂隙排出；
步骤3、此时阴阳极调换位置，电极板1接直流电源正极作为阳极，预埋的电极2接电源负极作为阴极；
步骤4、清理混凝土衬砌表面排出的水渍，并在混凝土衬砌背水面避开电极2钻孔作为注浆孔，设置完成后，注浆和电渗同步进行；
步骤5、将A溶液和B溶液分为若干份，在注浆压力和电场力的共同作用下，将若干份A溶液和B溶液交替注入，使它们分别先后到达混凝土衬砌中的裂缝中，在A溶液或B溶液注浆5~10s后，再使另一种溶液渗入；
步骤6、全部注浆完成后，A溶液和B溶液在目标区域混合，在40~120min半衰期的氧化还原引发体系下发生自由基聚合反应，形成凝胶体，均匀地填充混凝土衬砌结构中的微缝和毛细孔道，形成初步的注浆防水；
步骤7、初步的注浆防水形成时，A溶液和B溶液在电场力的作用下在迎水面最外层预埋电极区域混合反应，在该区域形成致密的防水层。
2.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌迎水面防水用注浆材料的注浆方法，其特征在于，所述交联剂是N-N’亚甲基双丙烯酰胺、乙烯基三甲氧基硅烷、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸-2-羟基乙酯或乙二醇丙烯酸酯中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌迎水面防水用注浆材料的注浆方法，其特征在于，所述氧化剂是过硫酸盐、过氧化氢或异丙苯过氧化氢中的任意一种；所述还原剂是亚硫酸钠或亚铁盐中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌迎水面防水用注浆材料的注浆方法，其特征在于，所述电场力是由施加在混凝土表面的电极板和隧道混凝土衬砌中预埋电极间的电势梯度形成的，所述电势梯度是50V/m~333V/m。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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