一种抗振动强韧性盾构隧道同步注浆材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗振动强韧性盾构隧道同步注浆材料及其制备方法，包括基体材料400

【技术实现步骤摘要】
一种抗振动强韧性盾构隧道同步注浆材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于盾构隧道同步注浆材料
，主要涉及一种抗振动强韧性盾构隧道同步注浆材料及其制备方法，该材料用于地铁同步注浆工程中。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]目前地铁施工广泛采用盾构工法，隧道衬砌壁后的同步注浆是缓解地层变形、确保管片衬砌受力均匀、提高隧道整体抗渗性的重要一环，而同步注浆的质量主要依赖于同步注浆材料的性能。传统同步注浆材料多为水泥基砂浆，其存在抵抗振动荷载能力不足、力学性能弱、抗压不抗折的问题，导致浆液结石体在列车荷载反复振动下产生裂缝；此外，通常同步注浆材料的脆性较大，一旦在外部荷载作用下发生变形，就会导致内部结构破坏，且破坏后残余强度极低，以上两部分原因大幅降低了浆液结石体的力学性能和抗渗性，进而影响了隧道的整体结构强度、防水性能及使用寿命，导致同步注浆工程收效甚微。因此，研发高韧性且抗振动的同步注浆材料对减少结石体裂缝、提高结石体力学性能、耐久性及保障隧道长期安全施工运营安全具有重要意义。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种抗振动强韧性盾构隧道同步注浆材料及其制备方法。该注浆材料具有抗振动性能好、力学性能优异、折压比高的特性，有利于减少结石体裂缝，提高盾构隧道整体力学性能、耐久性能及抗渗性，实现盾构隧道安全施工运营。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种抗振动强韧性盾构隧道同步注浆材料，包括基体材料400
‑
500份，复合增韧外加剂5
‑
22.8份，水250
‑
350份，其中，
[0007]基体材料由以下重量份的组分组成：水泥30
‑
50份，矿粉40
‑
70份，钢渣粉60
‑
100份，稻壳灰45
‑
85份，粉煤灰100
‑
180份，机制砂70
‑
110份；
[0008]复合增韧外加剂由以下重量份的组分组成：碳纤维0.2
‑
1份、钢纤维0.4
‑
2份、聚丙烯纤维0.2
‑
0.8份和生物质灰4
‑
20份。
[0009]第二方面，本专利技术提供所述抗振动强韧性盾构隧道同步注浆材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]将基体材料的各个组分按比例混合均匀，得到注浆基体材料；
[0011]将复合增韧外加剂的各个组分按比例混合均匀，得到复合增韧外加剂；
[0012]将注浆基体材料、复合增韧外加剂和水按比例混合均匀，得到注浆材料。
[0013]上述本专利技术的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
[0014]普通硅酸盐水泥是建设工程中最常用的材料，其具有强度高、干缩小、耐磨性好、耐久性优异的优势。普通硅酸盐水泥的主要的化学成分是CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3，与水反应
可形成致密的空间网状结构，宏观表现为优异的力学性能。
[0015]矿粉是大宗固废中综合利用价值最高的材料，其含有大量活性SiO2和Al2O3。活性SiO2和Al2O3在碱性物质激发作用下具有水硬性，提高材料体系的结构强度。因此，水泥反应产生的碱性环境可对矿粉的强度起到促进作用，两者搭配使用效果较好。
[0016]钢渣是工业炼钢过程中的主要工业废渣，钢渣粉是钢渣经过机械研磨与活化后的材料，其具有良好的中后期活性，在碱性环境下得以逐步释放，并进一步提高材料体系的有效水化矿物含量，降低材料体系的孔隙率，提高材料的力学性能与耐久性。
[0017]稻壳灰是稻壳或谷壳燃烧后的剩余残渣，呈疏松多孔结构，因此具有较大的比表面积与火山灰活性。稻壳灰具有一定碱性，同时含有大量的SiO2，因此是注浆材料的可靠碱源与硅源。此外，稻壳灰能够均匀分布于胶凝材料的空隙之中，进而提高材料的韧性、抗渗性与耐久性。
[0018]粉煤灰是一种广泛应用于建材行业的工业废弃物，其含有丰富的SiO2及Al2O3等金属氧化物，在水泥基材料中可以发挥二次水化作用、填充效应与润滑作用，进而提高胶凝材料的和易性与工作性能。
[0019]机制砂是通过制砂机和其它附属设备加工而成的砂子。出于环保与经济因素，机制砂经常被用于砂浆及混凝土行业中替代河沙，在该体系中使用机制砂作为骨料较好。
[0020]传统的盾构隧道同步注浆材料在实际工程应用中存在抵抗振动荷载能力不足、力学性能弱、抗压不抗折等问题，给隧道工程带来安全隐患。而本专利技术中的材料复合增韧外加剂可以很好的解决上述问题：碳纤维是一种具有高强度与高模量的无机纤维，在水泥基材料中使用碳纤维可以明显增强材料体系的拉伸强度和抗折强度，然而，碳纤维的拉伸应变较小，单独使用碳纤维对复合材料体系的延性改善不显著；钢纤维是一种具有高机械强度、高柔韧性和可用性的无机纤维，其用于水泥基材料中可以显著改善材料体系的抗压强度和韧性，钢纤维可使脆性材料产生多缝开裂行为，不论是在静态荷载还是动态荷载下均能够吸收更多的能量，因此提高了材料体系抵抗振动荷载和冲击的能力；聚丙烯纤维是一种具有高柔韧性和低硬度的有机纤维，在水泥基材料中加入聚丙烯纤维可以提高材料体系的韧性和抗冲击性，并使材料体系的延性提高；生物质灰中含有丰富的SiO2，CaO和Al2O3，可增加基体材料中的活性成分，进而提高材料体系的抗压强度和抗折强度，此外，生物质灰通常表现为高碱性因为其含有高K2O含量，因此能够激发基体材料中的矿粉、钢渣粉、稻壳灰和粉煤灰，发挥固废的潜在水化作用，提高材料体系的力学性能。综上所述，该复合增韧外加剂能够提高注浆材料的力学性能、韧性和吸能特性，并使材料在振动荷载、冲击等动态荷载下的韧性增强，实现盾构隧道衬砌壁后的安全高效充填。
[0021]通过复合增韧外加剂赋予基体材料高韧性特性，并提高注浆材料抵抗振动荷载的能力。有利于提高盾构隧道整体力学性能、耐久性能及抗渗性，实现隧道长期安全施工与运营。
[0022]本申请的操作方法简单、相比传统材料具有一定经济性优势，同时绿色环保，易于推广。
[0023]本专利技术对大量固体废弃资源进行高附加值利用，将其制备成高性能注浆材料，用于地铁盾构隧道壁后充填。
附图说明
[0024]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0025]图1是本专利技术实施例的盾构同步注浆示意图；
[0026]图2是本专利技术实施例的盾构同步注浆系统的截面图。
[0027]其中，1、隧道，2、盾壳，3、同步灌浆料，4代表隧道管片，5、同步注浆系统，6、地层。
具体实施方式
[0028]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗振动强韧性盾构隧道同步注浆材料，其特征在于：包括基体材料400
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500份，复合增韧外加剂5
‑
22.8份，水250
‑
350份，其中，基体材料由以下重量份的组分组成：水泥30
‑
50份，矿粉40
‑
70份，钢渣粉60
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100份，稻壳灰45
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85份，粉煤灰100
‑
180份，机制砂70
‑
110份；复合增韧外加剂由以下重量份的组分组成：碳纤维0.2
‑
1份、钢纤维0.4
‑
2份、聚丙烯纤维0.2
‑
0.8份和生物质灰4
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20份。2.根据权利要求1所述的抗振动强韧性盾构隧道同步注浆材料，其特征在于：复合增韧外加剂中，碳纤维、钢纤维、聚丙烯纤维和生物质灰的质量比为0.2:0.4:0.4:4、0.4:0.8:0.2:8、0.8:1.2:0.6:16、0.4:2:0.4:20、1:1.6:1:8或0.6:1:0.8:14。3.根据权利要求1所述的抗振动强韧性盾构隧道同步注浆材料，其特征在于：复合增韧外加剂中的碳纤维在同步注浆材料中的质量百分数为0.03％
‑
0.15％。4.根据权利要求1所述的抗振动强韧性盾构隧道同步注浆材料，其特征在于：复合增韧外加剂中的钢纤维在同步注浆材料中的质量百分数为0.06％
‑
0.3％。5.根据权利要求1所述的抗振动强韧性盾构隧道同步注浆材料，其特征在于：复合增韧外加剂中的聚丙烯纤维在同步注浆材料中的质量百分数为0.03％
‑
0.15％。6.根据权利要求1所述的抗振动强韧性盾构隧道同步注浆材料，其特征在于：复合增韧外加剂中的生物质灰在同步注浆材料中的质量百分数为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘人太，朱志敬，李修浩，李术才，白继文，陈孟军，李琳，汪志恒，闫佳，邵长志，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：