一種大比重低稠度抗水分散同步注漿材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種大比重低稠度抗水分散同步注漿材料及 其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 同步注漿是隧道盾構(gòu)施工中的重要工藝，起到"控制隧道管片上浮、減少地面沉 降、保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定"的作用，是隧道掘進(jìn)中必不可少的環(huán)節(jié)。然而普通同步注漿材料存在不 易均勻填充在管片周圍，抗水分散性差，易在高壓富水條件下離析、分層等問題，影響漿料 的可注性、強(qiáng)度和耐久性，且容易流到管片底部造成管片拱頂虛填、上浮，不能有效控制地 表沉降等問題。
[0003] 隧道盾構(gòu)施工掘進(jìn)過程中，開挖出大量泥沙（盾構(gòu)掘削砂土）。這些盾構(gòu)掘削砂土 不僅占用施工場地、處理困難，而且能直接影響施工進(jìn)度，已成為隧道施工和環(huán)境保護(hù)的一 大負(fù)擔(dān)。如何對(duì)盾構(gòu)掘削砂土進(jìn)行合理化資源化利用將成為未來隧道施工的重點(diǎn)。近年來， 應(yīng)各種基礎(chǔ)設(shè)施的需求和建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大，混凝土、砂漿等需求量劇增，約占體積70%的 砂石集料用量在持續(xù)增長，現(xiàn)有天然砂資源難以保證我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。不少地區(qū)的天然 砂資源已近枯竭，還有很多地方已經(jīng)開始禁采或限采天然砂，工程用砂供需矛盾日益突出， 某些地區(qū)甚至無天然砂可用，直接影響工程進(jìn)展。機(jī)制砂的出現(xiàn)不僅可以解決河砂匱乏的 問題，降低工程造價(jià)，還能實(shí)現(xiàn)其機(jī)械化生產(chǎn)，將各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)控制在理想范圍內(nèi)。因此，機(jī) 制砂要比天然砂質(zhì)量更易控制。為此機(jī)制砂取代河砂的研宄與應(yīng)用變得愈加重要。
[0004] 此外，我國每年排放的磷石膏、粉煤灰等工業(yè)廢渣的數(shù)量居于世界第一，這些廢渣 不僅占用場地，處理困難，而且易造成對(duì)大氣、地下水和土壤環(huán)境的污染，對(duì)這些工業(yè)廢渣 的處理一直是廣大學(xué)者著力解決的重點(diǎn)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種大比重低稠度抗水分散同步注漿材料，該漿料具有密度 大、稠度值低、抗水分散和防止管片上浮等特點(diǎn)，且涉及的制備方法簡單，可有效解決傳統(tǒng) 河砂資源緊張，以及粉煤灰、磷石膏等工業(yè)廢渣的回收利用問題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] -種大比重低稠度抗水分散同步注漿材料，由下述重量份數(shù)的組分組成：粉煤灰 100份，磷石霄10?50份，水泥5?20份，熟石灰10?30份，盾構(gòu)泥砂200?400份，機(jī) 制砂0?200,減水劑0. 1?0. 5份，增稠劑0. 05?0. 2份，水80?120份。
[0008] 上述方案中，各組份重量份數(shù)為：粉煤灰100份，磷石膏20?40份，水泥5?10 份，熟石灰15?30份，盾構(gòu)泥砂200?400份，機(jī)制砂100?200份，減水劑(λ 1?0· 3 份，增稠劑〇. 1?〇. 2份，水90?120份。
[0009] 上述方案中，所述粉煤灰為II級(jí)灰，其勃氏比表面積大于350m2/kg。
[0010] 上述方案中，所述磷石膏為磷化工場排出的廢渣，其純度不小于95wt%，503含量 為35?40wt %，P2O5含量小于2. 14wt %，其勃氏比表面積大于350m 2/kg。
[0011] 上述方案中，所述水泥為P. 042. 5普通硅酸鹽水泥，其勃氏比表面積大于350m2/ kg 〇
[0012] 上述方案中，所述勃氏比表面積的測(cè)定方法根據(jù)GB/T 8074-2008《水泥比表面積 測(cè)定方法勃氏法》進(jìn)行。
[0013] 上述方案中，所述的熟石灰為工業(yè)級(jí)白色粉末，純度大于98%。
[0014] 上述方案中，所述的盾構(gòu)泥砂含泥量為5?20wt%，含砂量> 70wt%，其細(xì)度模數(shù) 為 1. 6 ?2. 3〇
[0015] 上述方案中，所述的機(jī)制砂為河卵石破碎型，石粉含量小于4%，其細(xì)度模數(shù)為 2. 3?3. 0,表觀密度大于2650kg/m3。
[0016] 上述方案中，所述的減水劑為VIVID_500(C)抗泥型聚羧酸系高效減水劑，其減水 率 >20%〇
[0017] 上述方案中，所述的增稠劑為羥乙基纖維素（HEC)或羥丙基甲基纖維素（HPMC)， 其分子量不小于10萬。
[0018] 上述一種大比重低稠度抗水分散同步注漿材料的制備方法，所述同步注漿材料由 以下重量份數(shù)的組分組成：粉煤灰100份，磷石膏10?50份，水泥5?20份，熟石灰10? 30份，盾構(gòu)泥砂200?400份，機(jī)制砂0?200份，減水劑0. 1?0. 5份，增稠劑0. 05?0. 2 份，水80?120份，其制備方法包括以下步驟：
[0019] 1)按各組分的重量配比稱取原料；
[0020] 2)將稱量好的熟石灰、粉煤灰、磷石膏、水泥、機(jī)制砂和增稠劑混合攪拌均勻，再加 入盾構(gòu)泥砂，一起干拌1?2分鐘，得到干混料；
[0021] 3)將減水劑加入水中并攪拌均勻，然后加入到步驟（2)所得的干混料中，再混合 攪拌2?3分鐘，得到所述大比重低稠度抗水分散環(huán)保型同步注漿材料。
[0022] 上述方案中，盾構(gòu)泥砂在使用前需先進(jìn)行含水率的測(cè)試，然后烘干進(jìn)行含泥量、含 砂量的測(cè)定；制備過程中需根據(jù)泥砂的含水率的大小，調(diào)節(jié)配合比中的加水量。
[0023] 根據(jù)上述方案，制得的大比重低稠度抗水分散環(huán)保型同步注漿材料其坍落度> 20mm，流動(dòng)度> 200mm，稠度< 11cm，泌水率< 0· 5%，密度> 2. 0g/cm3,7d抗壓強(qiáng)度彡IMPa， 28d強(qiáng)度彡1.5MPa，28d水陸強(qiáng)度比彡0.90,能夠有效地抗水分散和防止管片上浮，滿足盾 構(gòu)施工對(duì)漿料的性能要求。
[0024] 本發(fā)明的原理為：
[0025] 1)所述大比重低稠度抗水分散環(huán)保型同步注漿材料中膠凝材料的水化過程如下： 水泥遇水后發(fā)生水化反應(yīng)，生成C-S-H凝膠、Ca (OH) 2等，水泥和熟石灰一起提供0!Γ;而磷 石膏的主要成分是原狀二水石膏，可以提供304%在0!Γ與SO廣的激發(fā)下，粉煤灰中的活性 氧化鋁和氧化硅解體，Si-O鍵與Al-O鍵斷裂，形成鈣礬石和有活性的前驅(qū)體，其反應(yīng)方程 式為：
[0026] Ca0+Al203+3 (CaSO4 · 2H20) +2Ca (OH) 2+24Η20 -
[0027] 3Ca0 · Al2O3 · 3CaS04 · 32Η20
[0028] 3+Si-0-Si3++60!T-2 [SiO(OH) 3Γ
[0029] 3+Α1-0-Α13++80!Γ- 2 [Al (OH) 4Γ
[0030] 3+Si-0-Al3++70!T- [SiO (OH) 3Γ+ [Al (OH) 4Γ
[0031] 解構(gòu)后的[SiO(OH)Jg [Al(OH) 4Γ會(huì)不斷增多，與漿液中的游離的Ca2+反應(yīng)結(jié) 合生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣和三維硅鋁質(zhì)結(jié)構(gòu)的水化產(chǎn)物。膠凝材料中的水化產(chǎn)物不 斷交織連生聚合，最終形成緊密無序的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在所述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成過程中，會(huì)出現(xiàn)Al 3+ 取代Si4+的現(xiàn)象，使鋁離子的周圍帶負(fù)電荷，為了平衡負(fù)電荷，帶正電荷的Na+、K+、Ca 2+等堿 性離子會(huì)充填在膠凝體的通道中，從而獲得相對(duì)穩(wěn)定的凝膠體結(jié)構(gòu)，生成具有抗水溶蝕性 好的類沸石物質(zhì)（Na，Ca)-Si-Al-H ;在鈣礬石、類沸石結(jié)構(gòu)的骨架作用與C-S-HX-A-S-H等 的膠粘填充作用下，最終形成結(jié)構(gòu)致密的硬化漿體。
[0032] 2)采用盾構(gòu)泥砂取代傳統(tǒng)注漿材料中的河砂與膨潤土的原理如下：
[0033] 盾構(gòu)泥砂的主要成分為細(xì)砂和泥質(zhì)粘土，實(shí)驗(yàn)所用泥砂的含泥量5?20wt%，含 砂量大于70wt%，細(xì)度模數(shù)為1. 6?2. 3。盾構(gòu)泥砂中的泥質(zhì)組分含量越大，吸水溶脹性就 越好，能夠減少自由水的量、增大粘稠度、降低流動(dòng)性。同時(shí)它具有柱狀結(jié)構(gòu)，表面含有大量 的活性基團(tuán)（"0H"和"Si-Ο"），具有吸水性、觸變性、膨脹性等，摻入以后，漿料的粘稠度 增大，阻礙顆粒下沉，其水解