用于隧道工程的高抗渗水泥基修复材料及其配制方法技术

本发明专利技术属于建筑材料技术领域，具体涉及一种用于隧道工程的高抗渗水泥基修复材料，由硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、钢渣粉、岩石粉、尾矿砂、石英砂、凹凸棒土、丙烯酸酯乳液、纤维素醚、聚丙烯酰胺、PVA纤维、PET纤维、聚羧酸系减水剂和消泡剂组成。本发明专利技术具有易施工、工作性好，保水性好、抗压强度高、抗渗等级高、高韧性和粘结性以及耐久性优良等特点；本发明专利技术产品可适用于隧道工程中衬砌混凝土的施工初期防护或工程后期维护修复。

High impermeability cement-based repair material and its preparation method for Tunnel Engineering

【技术实现步骤摘要】
用于隧道工程的高抗渗水泥基修复材料及其配制方法
本专利技术属于建筑材料
，具体涉及一种用于隧道工程的高抗渗水泥基修复材料及其配制方法。
技术介绍
目前，我国各地经济发展不平衡，中西部基础设施建设滞后，严重制约当地的经济发展和人民生活水平的提高；我国地形复杂，三分之二以上的国土为丘陵和山区。近几年来，国家不断大力推动中西部地区公路、铁路发展，以逐步缩小东中西发展差距，我国一些山岭重丘区高速公路、铁路建设的规模越来越大，数量越来越多；桥隧占山岭重丘区公路、铁路的很大比例，隧道工程的建设呈现出规模空前的建设。由于干湿交替、日光曝晒、冻融及潮湿空气等腐蚀作用，使得隧道混凝土表面逐渐形成多孔的腐蚀面，腐蚀介质通过混凝土表面的细微缝隙进一步渗入混凝土内部，造成钢筋混凝土结构内部的钢筋锈蚀，进而导致隧道衬砌的开裂、渗漏水。根据不完全统计，我国目前约5000余座的运营铁路隧道中，占总数65.7%的隧道存在着各种病害，如渗漏水、衬砌裂损等。其中，渗漏水是隧道最为常见的病害之一，且危害更为严重，在寒冷地区，常对结构混凝土造成反复的冻融破坏，危及隧道的结构安全；在腐蚀地区，则使钢轨锈蚀、衬砌混凝土侵蚀劣化，造成电化铁路漏电、断电事故；在公路隧道中，渗漏水还会使路面湿滑、威胁行车安全，增加洞内湿度，降低风机和灯具的工作效率，从而恶化隧道的运营环境。因此，衬砌渗漏水是隧道工程质量安全的重大隐患，是当前迫切需要解决的问题。隧道衬砌混凝土及防水板是隧道工程的主要两道防水措施。通常所用的防水板常存在柔性不足、空鼓、施工时无可修复的破裂以及老化等问题，从而极容易出现防水失效现象。因此，隧道衬砌混凝土的防水性能更为关键，而衬砌混凝土的自防水能力不足是当前隧道工程渗漏水的根源所在。申请号为CN201210239850.8，专利技术名称为一种改善孔结构提高强度的复合轻质混凝土及其制备方法公开了一种将硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣粉、钢渣粉、脱硫石膏、十二烷基磺酸钠、聚羧酸系减水剂、页岩陶砂、淤泥陶粒、石英砂、松香族引气剂、三乙醇胺和水，但其抗压强度较低，防水效果差强人意。因此，水泥基防护修复材料的防水性能差、抗压强度不理想、抗渗压力低，韧性差、易开裂破坏等是当前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于隧道工程的高抗渗水泥基修复材料及其配制方法，以解决现有技术中防护修复衬砌防水性能差、抗渗压力低、抗压及抗拉强度不理想、韧性不足的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：设计一种用于隧道工程的高抗渗水泥基修复材料，由如下重量份的原料组成：硅酸盐水泥100份、粉煤灰10～40份、硅灰5～20份、钢渣粉5～30份、岩石粉5～20份、尾矿砂20～50份、石英砂50～300份、凹凸棒土2～10份、丙烯酸酯乳液10～80份、纤维素醚0.1～1.0份、聚丙烯酰胺0.1～1.0份、PVA纤维0.5～3.0份、PET纤维0.6～2.8份、聚羧酸系减水剂1.0～2.5份、消泡剂0.8～2.8份、水25～50份。优选的，由如下重量份的原料组成：硅酸盐水泥100份、粉煤灰15～30份、硅灰8～15份、钢渣粉6～12份、岩石粉5～15份、尾矿砂25～40份、石英砂100～250份、凹凸棒土2～8份、丙烯酸酯乳液10～70份、纤维素醚0.1～0.6份、聚丙烯酰胺0.2～0.8份、PVA纤维0.5～2.5份、PET纤维0.6～2.5份、聚羧酸系减水剂1.2～2.5份、消泡剂1.0～2.5份、水25～40份。优选的，所述硅酸盐水泥为52.5级普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为I级高钙粉煤灰，其游离氧化钙含量不大于3.0%，烧失量不大于%；所述硅灰为铁合金在冶炼硅铁和工业硅时的副产物，SiO2含量至少为92.5%，平均粒径0.1～0.3um；所述钢渣粉是使经过热闷或碳化处理的钢渣磨细而成，其碱度系数至少为1.6，比表面积为450m2/Kg。优选的，所述岩石粉为花岗岩岩石粉，粒径范围为5～120um，平均粒径为30.2um；所述尾矿砂为磷尾矿砂，粒度范围为0.04～0.6mm，其中粒度为0.075mm以下按重量计不小于70%。优选的，所述石英砂是由粒度为10～60目和120～150目的石英砂按照质量比为6:4配制而成。优选的，所述凹凸棒土细度为200～300目；所述纤维素醚是粘度为40000Pa.s的羟丙基甲基纤维素醚。优选的，所述丙烯酸酯乳液的固含量10～70%；所述聚丙烯酰胺的分子量为1500万，固含量大于90%；所述聚羧酸系减水剂为减水率至少为25%的粉剂。优选的，所述PVA纤维为直径为12～14μm，长度为6～12mm的聚丙烯醇纤维；所述PET纤维为直径为16～20μm，长度为6～12mm的聚酯纤维。优选的，所述消泡剂为有机硅系列消泡粉剂。一种用于隧道工程的高抗渗水泥基修复材料配制方法，包括如下步骤：（1）取上述配比原料，将硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、钢渣粉、岩石粉、凹凸棒土、PVA纤维和PET纤维混匀；（2）将丙烯酸酯乳液、纤维素醚、聚丙烯酰胺、聚羧酸系减水剂、消泡剂和水混合均匀后，再加入步骤（1）的原料中混匀；（3）向步骤（2）中加入尾矿砂和石英砂，混匀即可。与现有技术相比，本专利技术的主要有益技术效果在于：1.本专利技术高抗渗水泥基修复材料具有抗折和抗压强度高、粘结强度高、抗渗等级高和抗渗压力大、干缩率低和耐久性等优势；可解决隧道工程中隧道衬砌混凝土自防水性能差的问题，亦可修复已遭渗漏水侵蚀劣化的隧道衬砌结构，解决隧道渗漏水问题，改善隧道运营环境，不仅解决传统衬砌混凝土不够密实、收缩开裂或温度荷载应力开裂等造成自防水能力差的问题，亦可对已劣化的传统衬砌混凝土进行及时修补维护，解决隧道工程渗漏水问题。2.本专利技术以硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、钢渣粉为复合胶凝材料，以岩石粉和尾矿砂为微集料，以石英砂为细集料，以PVA纤维和PEA纤维为增韧材料，以凹凸棒土和纤维素醚为增稠剂，以聚丙烯酰胺和聚羧酸系减水剂为塑化剂，以丙烯酸酯乳液、纤维素醚和消泡剂为功能型化学外加剂，即可得到用于隧道工程衬砌结构的防护修复材料。所选用的石英砂是由粒度为10～60目和120～150目的石英砂按照质量比为6:4配制而成；在此比例下，细集料的堆积密度最大，呈最紧密堆积状态，可大幅度提高材料密实度，减少材料有害孔隙；选用的PVA纤维为直径为12～14μm，长度为6～12mm的聚丙烯醇纤维；PET纤维为直径为16～20μm，长度为6～12mm的聚酯纤维；此种长度及直径的纤维的掺加修复材料中，可增强材料的韧性，有利于减少材料的收缩开裂，采用不同直径的纤维在于使材料在在不同应力阶段，与基体共同作用提高抗拉性能；所用的岩石粉颗粒细、比表面积大对初期混凝土凝固起到增强的作用，使石材废弃物变废为宝；所用的磷尾矿属于是磷矿开采过程中或磷矿加工、生产后排放的固体废弃物，其特有的颗粒级配，填补了胶凝材料和细集料之间的颗粒组成，使材料的颗粒级配更为合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于隧道工程的高抗渗水泥基修复材料，其特征在于，由如下重量份的原料组成：硅酸盐水泥100份、粉煤灰10～40份、硅灰5～20份、钢渣粉5～30份、岩石粉5～20份、尾矿砂20～50份、石英砂50～300份、凹凸棒土2～10份、丙烯酸酯乳液10～80份、纤维素醚0.1～1.0份、聚丙烯酰胺0.1～1.0份、PVA纤维0.5～3.0份、PET纤维0.6～2.8份、聚羧酸系减水剂1.0～2.5份、消泡剂0.8～2.8份、水25～50份。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于隧道工程的高抗渗水泥基修复材料，其特征在于，由如下重量份的原料组成：硅酸盐水泥100份、粉煤灰10～40份、硅灰5～20份、钢渣粉5～30份、岩石粉5～20份、尾矿砂20～50份、石英砂50～300份、凹凸棒土2～10份、丙烯酸酯乳液10～80份、纤维素醚0.1～1.0份、聚丙烯酰胺0.1～1.0份、PVA纤维0.5～3.0份、PET纤维0.6～2.8份、聚羧酸系减水剂1.0～2.5份、消泡剂0.8～2.8份、水25～50份。


2.根据权利要求1所述的用于隧道工程的高抗渗水泥基修复材料，其特征在于，由如下重量份的原料组成：硅酸盐水泥100份、粉煤灰15～30份、硅灰8～15份、钢渣粉6～12份、岩石粉5～15份、尾矿砂25～40份、石英砂100～250份、凹凸棒土2～8份、丙烯酸酯乳液10～70份、纤维素醚0.1～0.6份、聚丙烯酰胺0.2～0.8份、PVA纤维0.5～2.5份、PET纤维0.6～2.5份、聚羧酸系减水剂1.2～2.5份、消泡剂1.0～2.5份、水25～40份。


3.根据权利要求1所述的用于隧道工程的高抗渗水泥基修复材料，其特征在于，所述硅酸盐水泥为52.5级普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为I级高钙粉煤灰，其游离氧化钙含量3.0%，烧失量4.6%；所述硅灰为铁合金在冶炼硅铁和工业硅时的副产物，SiO2含量至少为92.5%，平均粒径0.1～0.3um；所述钢渣粉是使经过热闷或碳化处理的钢渣磨细而成，其碱度系数为1.6，比表面积为650m2/Kg。


4.根据权利要求1所述的用于隧道工程的高抗渗水泥基修复材料，其特征在于，所述岩石粉为花岗岩岩石粉，粒径范围为5～120um，平均粒径为30.2u...

【专利技术属性】
技术研发人员：马留闯，孟春峰，赵宏博，曹光云，李晓涛，郭俊峰，刘宾，解攀，谢宜恒，程文明，王亚楠，孟祥辉，
申请(专利权)人：中铁隧道局集团有限公司，中铁隧道股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44