【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑施工领域，尤其是涉及一种具有自修复功能的隧道壁后注浆材料及制备方法。
技术介绍
1、壁后注浆是隧道防渗的重要手段，已广泛应用于实际工程。当隧道处于地下水位线以下或周边存在裂隙水环境时，注浆防渗层受环境荷载扰动破裂后，地下水会快速沿裂隙面渗入，导致隧道渗漏水、涌水，甚至进一步出现结构性破坏等病害，不仅严重威胁行车安全，亦会引发不可预估的经济损失，如隧道内设备腐蚀严重、降低设备的工作效率，侵蚀衬砌，引发钢筋锈蚀，最终导致结构破坏等。另外，当隧道渗漏水出现后，往往需要二次注浆，注浆施工一方面会影响隧道运营，另一方面，当隧道周边地下水环境比较复杂时，开孔注浆亦将面临巨大风险。同时，二次注浆只能修补宏观裂缝，微观裂缝(宽度小于0.05mm)依然大量存在。因此，难以完全消除隧道病害问题。如何从注浆材料自身出发，使注浆防渗层在微裂纹孕育阶段就实现自修复是全面消除隧道渗漏水病害的重要研究方向。
2、然而，截至目前为止，相关成果十分有限。
3、申请号cn202010034165.6公开了一种工业废渣多元复合盾构隧道壁后注浆材料及其制备方法，其特征在于，注浆采用粉煤灰50-70份、高炉矿渣微粉10-30份、惰性钢渣微粉10-30份、碱性激发剂35-55份、细砂150-200份、减水剂1-2份、缓凝剂0-0.5份、水80-120份，混合形成，其早期强度高，凝结时间短，但该专利不具备自修复功能。
4、申请号202210460927.8用于混凝土的环境复响应同质膨胀型自修复微胶囊及其制备方法，其特征在
5、申请号cn202110373495.2公布一种自修复水泥基复合材料制备方法，其特征在于，复合材料由20-50份修复材料(矿渣、粉煤灰、偏高岭土中一种)，5-15份膨胀剂(mgo、硫铝酸钙、明矾石中一种)，20-35份活性矿物微粉(矿渣微粉或硅灰)，1-3份激发剂(cao、naoh、na2co3、na2so4、水玻璃中一种)，10～20份去离子水混合形成，并在其中添加了氧化石墨烯和sio2，其与修复材料的质量比≤10％且不为0，该专利制作工艺复杂且成本高昂，现场制备不易，且多用于二次注浆实现裂缝封堵。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种具有自修复功能的隧道壁后注浆材料及制备方法。通过将高硅铝含量注浆基材、硅酸钠、氧化钙与水按特定比例混合形成注浆材料，并在其中掺加一定数量的自修复胶囊，依托硅铝酸盐在碱激发作用下会解聚缩聚形成共价聚合凝胶反应原理，从而预防性解决隧道壁后注浆防渗层受环境荷载扰动导致可能出现损伤开裂、进而引发渗漏水、涌水、钢筋锈蚀、衬砌耐久性差等病害问题。另外，由于所述注浆具有自修复性功能，只要隧道衬砌损伤开裂区还残留有自修复胶囊材料，其就会不断形成凝胶，封堵裂隙，避免二次注浆、保障防渗层质量，经济社会效益显著。
2、为解决现有技术问题，本专利技术所采取的技术方案为：
3、一种具有自修复功能的隧道壁后注浆材料，由高硅铝含量注浆基材、硅酸钠、氧化钙、自修复胶囊和水混合形成注浆材料，所述注浆材料水固比为0.8-1.2，浆液比重为1.4-1.8，其中，高硅铝含量注浆基材中硅铝元素含量为65-75％，所述高硅铝含量注浆基材与硅酸钠和氧化钙混合后的质量比为1.0-2.0:1，且硅酸钠与氧化钙的质量比为1.0-1.5:1。
4、作为改进的是，所述高硅铝含量注浆基材是由高硅铝含量的固废钢渣、矿粉、粉煤灰、赤泥组成的粉末状混合物。
5、作为改进的是，所述自修复胶囊由自修复性胶囊a和自修复性胶囊b混合而成，与固相材料的质量比为2-6％，其中，自修复胶囊a与自修复胶囊b的质量比为0.75-1.25，固相材料包括注浆基材、硅酸钠、氧化钙。
6、进一步改进的是，所述自修复胶囊a和自修复胶囊b的壳体均由乙基纤维素和脲醛树脂混合而成，其中，乙基纤维素和脲醛树脂的质量比为10.0-20.0，壳体粒径为0.5-1.0mm，壳体厚度0.105±0.005mm。
7、进一步改进的是，所述自修复性胶囊a的腔内材料由粒径均为50目以下的无水硅酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾干混而成的粉体，氢氧化钠的掺比为无水硅酸钠质量的0.7-1.4％，氢氧化钾的掺比为无水硅酸钠质量的0.3-0.6％。
8、进一步改进的是，自修复性胶囊a中的无水硅酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾干混粉体的腔内体积占比为0.6-0.7。
9、进一步改进的是，所述自修复性胶囊b的腔内材料由粒径300目以下的生石灰粉体和粒径3000目以下的羟基氧化石墨烯混合而成，且羟基氧化石墨烯与生石灰粉体的质量比为0.001％-0.01％。
10、进一步改进的是，自修复性胶囊b中的生石灰粉体和羟基氧化石墨烯的腔内体积占比为0.45-0.55，以保证自修复性胶囊a、自修复性胶囊b与所述隧道壁后注浆材料密度接近，在浆体中实现均匀分布。
11、上述的一种具有自修复功能的隧道壁后注浆材料制备方法，包括以下步骤：1)分别制备自修复胶囊a和自修复胶囊b的腔内混合物；2)采用乙基纤维素和脲醛树脂制备自修复胶囊壳体，并在其中注入修复性材料；3)将高硅铝含量的注浆基材、硅酸钠、氧化钙与水按规定水固比配成稠度均匀的浆液；4)将自修复胶囊a和自修复胶囊b加入浆液并充分拌合，使自修复胶囊均匀分布于浆液中形成注浆材料。
12、本专利技术注浆材料自修复原理是：硅铝酸盐在碱激发作用下会解聚缩聚形成共价聚合凝胶。当隧道壁后注浆防渗层受荷破裂后，其内封存的胶囊a和b随之裂开，地下水沿裂隙面渗入使无水硅酸钠在氢氧化钠、氢氧化钾所营造的碱性环境下发生溶解，一方面其与生石灰水化所形成的氢氧化钙反应形成水化硅酸钙凝胶，另一方面壁后注浆材料中硅铝成分在氢氧化钠、氢氧化钾激发下会进一步发生解缩聚形成共价聚合凝胶，从而与水合凝胶共同充填注浆层裂隙与孔洞，达到隧道防渗自修复目的。
13、有益效果：
14、与现有技术相比，本专利技术一种具有自修复功能的隧道壁后注浆材料及制备方法,
15、(1)本专利技术优势在于通过预先在注浆中添加自修复胶囊，在裂纹萌生期就解决了隧道防渗层在受荷破裂后可能导致出现的隧道渗漏水病害和耐久性差的问题，同时，也避免了二次注浆所带来的隧道病害消除不完全、施工风险大、严重影响运营安全等的不足；
16、(2)自修复胶囊设计比重范围与注浆材料密度相近，解决了其与注浆材料混合均匀性的问题，可防止胶囊在防渗层中分布不均所带来的次生问题；
17、(3)隧道壁后注浆基材为工业固体废弃物，是对工业固废的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有自修复功能的隧道壁后注浆材料，其特征在于，由高硅铝含量注浆基材、硅酸钠、氧化钙、自修复胶囊和水混合形成注浆材料，所述注浆材料水固比为0.8-1.2，浆液比重为1.4-1.8，其中，高硅铝含量注浆基材中硅铝元素含量为65-75%，所述高硅铝含量注浆基材与硅酸钠和氧化钙混合后的质量比为1.0-2.0:1，且硅酸钠与氧化钙的质量比为1.0-1.5:1。
2.根据权利要求1所述的一种具有自修复功能的隧道壁后注浆材料，其特征在于，所述高硅铝含量注浆基材是由高硅铝含量的固废钢渣、矿粉、粉煤灰、赤泥组成的粉末状混合物。
3.根据权利要求1所述的一种具有自修复功能的隧道壁后注浆材料，其特征在于，所述自修复胶囊由自修复性胶囊A和自修复性胶囊B混合而成，与固相材料的质量比为2-6%，其中，自修复胶囊A与自修复胶囊B的质量比为0.75-1.25，固相材料包括注浆基材、硅酸钠、氧化钙。
4.根据权利要求3所述的一种具有自修复功能的隧道壁后注浆材料，其特征在于，所述自修复胶囊A和自修复胶囊B的壳体均由乙基纤维素和脲醛树脂混合而成，其中，乙基纤维素和脲醛树脂的
5.根据权利要求3所述的一种具有自修复功能的隧道壁后注浆材料，其特征在于，所述自修复性胶囊A的腔内材料由粒径均为50目以下的无水硅酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾干混而成的粉体，氢氧化钠的掺比为无水硅酸钠质量的0.7-1.4%，氢氧化钾的掺比为无水硅酸钠质量的0.3-0.6%。
6.根据权利要求5所述的一种具有自修复功能的隧道壁后注浆材料制备方法，其特征在于，自修复性胶囊A中的无水硅酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾干混粉体的腔内体积占比为0.6-0.7。
7.根据权利要求3所述的一种具有自修复功能的隧道壁后注浆材料，其特征在于，所述自修复性胶囊B的腔内材料由粒径300目以下的生石灰粉体和粒径3000目以下的羟基氧化石墨烯混合而成，且羟基氧化石墨烯与生石灰粉体的质量比为0.001%-0.01%。
8.根据权利要求7所述的一种具有自修复功能的隧道壁后注浆材料，其特征在于，自修复性胶囊B中的生石灰粉体和羟基氧化石墨烯的腔内体积占比为0.45-0.55，以保证自修复性胶囊A、自修复性胶囊B与所述隧道壁后注浆材料密度接近，在浆体中实现均匀分布。
9.基于权利要求1所述的一种具有自修复功能的隧道壁后注浆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）分别制备自修复胶囊A和自修复胶囊B的腔内混合物；2）采用乙基纤维素和脲醛树脂制备自修复胶囊壳体，并在其中注入修复性材料；3）将高硅铝含量的注浆基材、硅酸钠、氧化钙与水按规定水固比配成稠度均匀的浆液；4）将自修复胶囊A和自修复胶囊B加入浆液并充分拌合，使自修复胶囊均匀分布于浆液中形成注浆材料。
...【技术特征摘要】
1.一种具有自修复功能的隧道壁后注浆材料，其特征在于，由高硅铝含量注浆基材、硅酸钠、氧化钙、自修复胶囊和水混合形成注浆材料，所述注浆材料水固比为0.8-1.2，浆液比重为1.4-1.8，其中，高硅铝含量注浆基材中硅铝元素含量为65-75%，所述高硅铝含量注浆基材与硅酸钠和氧化钙混合后的质量比为1.0-2.0:1，且硅酸钠与氧化钙的质量比为1.0-1.5:1。
2.根据权利要求1所述的一种具有自修复功能的隧道壁后注浆材料，其特征在于，所述高硅铝含量注浆基材是由高硅铝含量的固废钢渣、矿粉、粉煤灰、赤泥组成的粉末状混合物。
3.根据权利要求1所述的一种具有自修复功能的隧道壁后注浆材料，其特征在于，所述自修复胶囊由自修复性胶囊a和自修复性胶囊b混合而成，与固相材料的质量比为2-6%，其中，自修复胶囊a与自修复胶囊b的质量比为0.75-1.25，固相材料包括注浆基材、硅酸钠、氧化钙。
4.根据权利要求3所述的一种具有自修复功能的隧道壁后注浆材料，其特征在于，所述自修复胶囊a和自修复胶囊b的壳体均由乙基纤维素和脲醛树脂混合而成，其中，乙基纤维素和脲醛树脂的质量比为10.0-20.0，壳体粒径为0.5-1.0mm，壳体厚度0.105±0.005mm。
5.根据权利要求3所述的一种具有自修复功能的隧道壁后注浆材料，其特征在于，所述自修复性胶囊a的腔内材料由粒径均为50目以下的无水硅酸钠、氢...
【专利技术属性】
技术研发人员：谷雷雷，王盛年，蒋海艳，张梅，张鹏，吉久发，王文杰，惠洪雷，
申请(专利权)人：中交一公局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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