一种大比重低稠度抗水分散同步注浆材料制造技术

本发明专利技术公开了一种大比重低稠度抗水分散同步注浆材料，由下述重量份数的组份组成：粉煤灰100份，熟石灰10～30份，水泥5～20份，磷石膏10～50份，机制砂0～200份，盾构泥砂200～400份，减水剂0.1～0.5份，增稠剂0.05～0.2份，水80～120份。本发明专利技术将盾构泥砂取代传统注浆材料中的河砂和膨润土，采用盾构泥砂和机制砂作为细集料，解决天然砂资源紧张的问题；同时合理利用发电厂排放的粉煤灰与磷化工场产生的磷石膏，实现工业废弃物的资源化利用。所述注浆材料具有填充性好、可注时间长、比重大、稠度值低、抗水分散和防止管片上浮等特点，且环保性能突出、成本低，可广泛应用于盾构管片注浆等工程。

【技术实现步骤摘要】
一种大比重低稠度抗水分散同步注浆材料
本专利技术属于建筑材料领域，具体涉及一种大比重低稠度抗水分散同步注浆材料及其制备方法。
技术介绍
同步注浆是隧道盾构施工中的重要工艺，起到“控制隧道管片上浮、减少地面沉降、保证结构稳定”的作用，是隧道掘进中必不可少的环节。然而普通同步注浆材料存在不易均匀填充在管片周围，抗水分散性差，易在高压富水条件下离析、分层等问题，影响浆料的可注性、强度和耐久性，且容易流到管片底部造成管片拱顶虚填、上浮，不能有效控制地表沉降等问题。隧道盾构施工掘进过程中，开挖出大量泥沙(盾构掘削砂土)。这些盾构掘削砂土不仅占用施工场地、处理困难，而且能直接影响施工进度，已成为隧道施工和环境保护的一大负担。如何对盾构掘削砂土进行合理化资源化利用将成为未来隧道施工的重点。近年来，应各种基础设施的需求和建设规模日益扩大，混凝土、砂浆等需求量剧增，约占体积70％的砂石集料用量在持续增长，现有天然砂资源难以保证我国基础设施建设。不少地区的天然砂资源已近枯竭，还有很多地方已经开始禁采或限采天然砂，工程用砂供需矛盾日益突出，某些地区甚至无天然砂可用，直接影响工程进展。机制砂的出现不仅可以解决河砂匮乏的问题，降低工程造价，还能实现其机械化生产，将各项技术指标控制在理想范围内。因此，机制砂要比天然砂质量更易控制。为此机制砂取代河砂的研究与应用变得愈加重要。此外，我国每年排放的磷石膏、粉煤灰等工业废渣的数量居于世界第一，这些废渣不仅占用场地，处理困难，而且易造成对大气、地下水和土壤环境的污染，对这些工业废渣的处理一直是广大学者着力解决的重点问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种大比重低稠度抗水分散同步注浆材料，该浆料具有密度大、稠度值低、抗水分散和防止管片上浮等特点，且涉及的制备方法简单，可有效解决传统河砂资源紧张，以及粉煤灰、磷石膏等工业废渣的回收利用问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种大比重低稠度抗水分散同步注浆材料，由下述重量份数的组分组成：粉煤灰100份，磷石膏10～50份，水泥5～20份，熟石灰10～30份，盾构泥砂200～400份，机制砂0～200，减水剂0.1～0.5份，增稠剂0.05～0.2份，水80～120份。上述方案中，各组份重量份数为：粉煤灰100份，磷石膏20～40份，水泥5～10份，熟石灰15～30份，盾构泥砂200～400份，机制砂100～200份，减水剂0.1～0.3份，增稠剂0.1～0.2份，水90～120份。上述方案中，所述粉煤灰为II级灰，其勃氏比表面积大于350m2/kg。上述方案中，所述磷石膏为磷化工场排出的废渣，其纯度不小于95wt％，SO3含量为35～40wt％，P2O5含量小于2.14wt％，其勃氏比表面积大于350m2/kg。上述方案中，所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，其勃氏比表面积大于350m2/kg。上述方案中，所述勃氏比表面积的测定方法根据GB/T8074-2008《水泥比表面积测定方法勃氏法》进行。上述方案中，所述的熟石灰为工业级白色粉末，纯度大于98％。上述方案中，所述的盾构泥砂含泥量为5～20wt％，含砂量＞70wt％，其细度模数为1.6～2.3。上述方案中，所述的机制砂为河卵石破碎型，石粉含量小于4％，其细度模数为2.3～3.0，表观密度大于2650kg/m3。上述方案中，所述的减水剂为VIVID-500(C)抗泥型聚羧酸系高效减水剂，其减水率>20％。上述方案中，所述的增稠剂为羟乙基纤维素(HEC)或羟丙基甲基纤维素(HPMC)，其分子量不小于10万。上述一种大比重低稠度抗水分散同步注浆材料的制备方法，所述同步注浆材料由以下重量份数的组分组成：粉煤灰100份，磷石膏10～50份，水泥5～20份，熟石灰10～30份，盾构泥砂200～400份，机制砂0～200份，减水剂0.1～0.5份，增稠剂0.05～0.2份，水80～120份，其制备方法包括以下步骤：1)按各组分的重量配比称取原料；2)将称量好的熟石灰、粉煤灰、磷石膏、水泥、机制砂和增稠剂混合搅拌均匀，再加入盾构泥砂，一起干拌1～2分钟，得到干混料；3)将减水剂加入水中并搅拌均匀，然后加入到步骤(2)所得的干混料中，再混合搅拌2～3分钟，得到所述大比重低稠度抗水分散环保型同步注浆材料。上述方案中，盾构泥砂在使用前需先进行含水率的测试，然后烘干进行含泥量、含砂量的测定；制备过程中需根据泥砂的含水率的大小，调节配合比中的加水量。根据上述方案，制得的大比重低稠度抗水分散环保型同步注浆材料其坍落度＞20mm，流动度＞200mm，稠度＜11cm，泌水率＜0.5％，密度＞2.0g/cm3，7d抗压强度≥1MPa，28d强度≥1.5MPa，28d水陆强度比≥0.90，能够有效地抗水分散和防止管片上浮，满足盾构施工对浆料的性能要求。本专利技术的原理为：1)所述大比重低稠度抗水分散环保型同步注浆材料中胶凝材料的水化过程如下：水泥遇水后发生水化反应，生成C-S-H凝胶、Ca(OH)2等，水泥和熟石灰一起提供OH-；而磷石膏的主要成分是原状二水石膏，可以提供SO42-；在OH-与SO42-的激发下，粉煤灰中的活性氧化铝和氧化硅解体，Si-O键与Al-O键断裂，形成钙矾石和有活性的前驱体，其反应方程式为：CaO+Al2O3+3(CaSO4·2H2O)+2Ca(OH)2+24H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O3+Si-O-Si3++6OH-→2[SiO(OH)3]-3+Al-O-Al3++8OH-→2[Al(OH)4]-3+Si-O-Al3++7OH-→[SiO(OH)3]-+[Al(OH)4]-解构后的[SiO(OH)3]-与[Al(OH)4]-会不断增多，与浆液中的游离的Ca2+反应结合生成水化硅酸钙、水化铝酸钙和三维硅铝质结构的水化产物。胶凝材料中的水化产物不断交织连生聚合，最终形成紧密无序的网络结构。在所述网络结构形成过程中，会出现Al3+取代Si4+的现象，使铝离子的周围带负电荷，为了平衡负电荷，带正电荷的Na+、K+、Ca2+等碱性离子会充填在胶凝体的通道中，从而获得相对稳定的凝胶体结构，生成具有抗水溶蚀性好的类沸石物质(Na，Ca)-Si-Al-H；在钙矾石、类沸石结构的骨架作用与C-S-H、C-A-S-H等的胶粘填充作用下，最终形成结构致密的硬化浆体。2)采用盾构泥砂取代传统注浆材料中的河砂与膨润土的原理如下：盾构泥砂的主要成分为细砂和泥质粘土，实验所用泥砂的含泥量5～20wt％，含砂量大于70wt％，细度模数为1.6～2.3。盾构泥砂中的泥质组分含量越大，吸水溶胀性就越好，能够减少自由水的量、增大粘稠度、降低流动性。同时它具有柱状结构，表面含有大量的活性基团(“OH”和“Si-O”)，具有吸水性、触变性、膨胀性等，掺入以后，浆料的粘稠度增大，阻碍颗粒下沉，其水解后会形成卡屋结构，使大量的自由水转变为卡屋结构中的束缚水，进而提高粘聚性、保水性和稳定性，防止堵泵、堵管现象的出现。盾构泥砂中的砂质成分的细度模数在1.6～2.3，平均粒径大约在0.3mm左右，可以与机制砂中的细砂相比，非常适合做同步注浆材料中的细集料。由此可得，盾构泥砂中的泥质成分具有膨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大比重低稠度抗水分散同步注浆材料，由以下重量份数的组分组成：粉煤灰100份，磷石膏10～50份，水泥5～20份，熟石灰10～30份，盾构泥砂200～400份，机制砂0～200份，减水剂0.1～0.5份，增稠剂0.05～0.2份，水80～120份。

【技术特征摘要】
1.一种大比重低稠度抗水分散同步注浆材料，由以下重量份数的组分组成：粉煤灰100份，磷石膏10～50份，水泥5～20份，熟石灰10～30份，盾构泥砂200～400份，机制砂0～200份，减水剂0.1～0.5份，增稠剂0.05～0.2份，水80～120份；所述的盾构泥砂含泥量为5～20wt％，含砂量＞70wt％，细度模数为1.6～2.3；所述的机制砂为河卵石破碎型，石粉含量小于4％，其细度模数为2.3～3.0，表观密度大于2650kg/m3；所述的减水剂为抗泥型聚羧酸系高效减水剂，其减水率>20％。2.根据权利要求1所述的同步注浆材料，其特征在于，所述粉煤灰为II级灰，其勃氏比表面积大于350m2/kg。3.根据权利要求1所述的同步注浆材料，其特征在于，所述磷石膏为磷化工场排出的废渣，SO3含量为35～40wt％，P2O5含量小于2.14wt％，其勃氏比表面积大于350m2/kg。4.根据权利要求1所述的同步注浆材料，其特征在于，所述水泥为...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁庆军，邓利明，何良玉，肖铭钊，梁远博，蔡兵华，王发洲，李扬，胡曙光，余望芝，
申请(专利权)人：武汉市市政建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42