【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于隧道施工材料领域和固体废弃物综合利用领域，涉及一种镍铁渣基盾构隧道壁后注浆材料及其制备方法。
技术介绍
1、随着经济与社会的发展，硅酸盐水泥作为胶凝材料在建筑行业的广泛应用对环境造成了严重的污染，在生产过程中排放出大量的co2(约占全球碳排放量总量的5-7％)、粉尘以及二氧化硫和氮氧化物等有毒气体，这将加剧全球变暖，造成气候反常，并对环境造成严重污染。
2、在隧道盾构施工中传统单液注浆材料存在早期强度低、稳定性差且易离析分层、抗水分散性以及耐久性差的不足。尤其在富水和地下水流大的地层条件下，传统壁后注浆材料易受到地下水的稀释和冲刷作用，致使浆液分层离析流失严重，硬化效果差，早期强度低，难以形成完整优质的相对不透水层，从而达不到预期壁后注浆的效果。此外，耐久性方面的不足致使注浆体在地下水侵蚀离子的作用下，容易过早的失去防水能力和承载力。
3、此外，固废堆存量巨大，无法通过填埋自然降解，而且容易对土壤和地下水造成污染，是一个亟待解决的问题，而利用固废制备盾构隧道壁后注浆材料，替代传统水泥基单液注浆材料，不仅能够有效降低co2排放量，还可以减少生产成本和环境污染。此外，其性能优良，物理力学性能强度、耐久性等均优于普通硅酸盐水泥，具有广阔的应用前景。
技术实现思路
1、专利技术目的
2、本专利技术提出一种镍铁渣基盾构隧道壁后注浆材料及其制备方法，以解决现有技术存在的注浆材料能耗大、污染严重、工作性能及力学性能差的问题，其具有强度高、流动性好
3、技术方案
4、一种镍铁渣基盾构隧道壁后注浆材料，按质量份数计，组分如下：高炉镍铁渣30～50份，粉煤灰20～50份，硼泥5～20份，活化剂0.5～3份，调和剂5～20份，激发剂溶液80～110份，再生细骨料100～150份，外加剂3～5份，镍铁渣基盾构隧道壁后注浆材料的水胶比为0.45～0.8。
5、进一步的，所述高炉镍铁渣为冶炼镍铁合金产生的固体废渣，以重量百分比计，化学成分如下：sio2:25～30％，al2o3:25～35％，cao:20～30％，feo:3～5％，mgo:5～10％，利用行星式球磨机与活化剂将高炉镍铁渣球磨活化60～120min、转速350～450转，过200目筛得到的高炉镍铁渣粉，中值粒径在6～10μm，比表面积为500～650m2/kg。
6、进一步的，所述活化剂为脱硫石膏，以重量百分计，化学成分如下：cao:40～50％，so3:45～55％，sio2:3～5％，中值粒径3～5μm。
7、进一步的，所述粉煤灰以重量百分比计，化学成分如下：：sio2:55～65％，al2o3:15～22％，fe2o3:5.5～10％，cao:3.3～7％，属于低钙型粉煤灰，细度在200目以上，比表面积为600～700m2/kg。
8、进一步的，所述硼泥以重量百分比计，化学成分如下：mgo:45～55％、al2o3:2～5％、sio2:22～27％、cao:10～13％、na2o:1～3％，过30目筛。
9、进一步的，所述激发剂溶液是由水玻璃、固体氢氧化钠颗粒以及外加水制备的，固体氢氧化钠颗粒与水玻璃质量比0.1～0.25；水胶比为激发剂溶液中外加水、水玻璃中的水与固体胶凝材料质量比，固体胶凝材料为高铝镍铁渣、粉煤灰与硼泥。
10、进一步的，所述调和剂为煤矸石粉，以重量百分比计，化学成分如下：sio2:52～65％，al2o3:16～36％，fe2o3:2～10％，cao:0.4～2.3％，mgo:0.4～2.4％。
11、进一步的，所述再生细骨料由废弃混凝土组成，废弃混凝土进行破碎后经机械进行球磨，时间控制在30～180min、转速400～500转，细度满足方孔筛筛孔边长4.75mm筛余10～0％，2.36mm筛余45～25％，1.18mm筛余65～45％。
12、进一步的，所述外加剂由质量份聚羧酸减水剂0.5～2份，羟丙基甲基纤维素醚0.5～2份，可再分散乳胶粉0.5～2份组成。
13、一种镍铁渣基盾构隧道壁后注浆材料制备方法，包括以下步骤：
14、1)按照重量份数称取高炉镍铁渣30～50份，粉煤灰20～50份，硼泥5～20份，活化剂0.5～3份，调和剂5～20份，激发剂溶液80～110份，再生细骨料100～150份，外加剂3～5份；
15、2)使用干燥箱，将高炉镍铁渣以及再生细骨料进行烘干，烘干到含水率不大于1％，采用球磨机将活化剂与高炉镍铁渣进行混合磨细过筛，得到高炉镍铁渣粉；再生细骨料进行破碎后经机械进行球磨，将磨细后的再生细骨料进行过筛，得到再生细骨料砂为中砂；
16、3)将固体naoh颗粒加入外加水中，边加入边不停搅拌，以防止naoh结块，得到naoh溶液；进一步将水玻璃与naoh溶液混合搅拌，得到激发剂溶液；
17、4)将高炉镍铁渣粉、粉煤灰、硼泥加入行星式搅拌机60-80r/min的转速混合搅拌80～100s，得到混合粉体，然后按同一重量份计加入激发剂溶液，充分搅拌60-80r/min，搅拌时间为3～5min，得到胶凝材料净浆；
18、5)在胶凝材料浆料中加入再生细骨料、调和剂、外加剂进行120-250r/min的转速搅拌，搅拌时间为1～3min，得到镍铁渣基盾构隧道壁后注浆材料。
19、优点及效果
20、1)本专利技术采用镍铁渣、粉煤灰、硼泥作为胶凝材料替代水泥制备注浆材料，不仅能够降低生产成本、减少环境污染，实现固废的资源化利用，而且能提高强度，增加注浆材料的抗渗性和结石率，降低注浆材料内的颗粒分离和析水特性。
21、2)利用了机械化学耦合活化协同效应，通过机械活化与脱硫石膏的作用能够有效的提高镍铁渣的水化反应活性，促进其玻璃体解聚，生成大量的c-s-h和钙钒石，优化孔隙和裂缝，生成致密的微观结构；同时针对原材料的化学组成，对于ca/si、al的比例进行优化，通过掺入粉煤灰、硼泥与煤矸石，可有效提高镍铁渣基注浆材料的结构强度与耐久性能，并且能够明显改善其凝结时间、流动性能，便于工程施工。
22、3)通过机械活化将再生骨料其表面附着的水泥石和砂浆脱水、脆化，提高再生骨料的品质，有利于胶凝材料与骨料的结合，提高界面过渡区强度，显著提高注浆材料的力学性能。
23、4)针对普通盾构隧道壁后注浆材料的泌水率较大问题，采用煤矸石粉作为调和剂，利用其多孔结构特性有效降低拌合过程自由水的含量，同时参与到水化反应过程中生成大量水化硅酸钙和钙钒石，增加结构的致密性，提高力学性能。此外，选用可再分散乳胶粉、羟丙基甲基纤维素醚能够促进凝胶产物搭接构建形成连续基体，有效地吸附在浆体内的孔隙表面，达到阻断孔隙联通的效果，有效防止孔隙的聚结和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种镍铁渣基盾构隧道壁后注浆材料，其特征在于：按质量份数计，组分如下：高炉镍铁渣30～50份，粉煤灰20～50份，硼泥5～20份，活化剂0.5～3份，调和剂5～20份，激发剂溶液80～110份，再生细骨料100～150份，外加剂3～5份，镍铁渣基盾构隧道壁后注浆材料的水胶比为0.45～0.8。
2.根据权利要求1所述的镍铁渣基盾构隧道壁后注浆材料，其特征在于：所述高炉镍铁渣为冶炼镍铁合金产生的固体废渣，以重量百分比计，化学成分如下：SiO2:25～30％，Al2O3:25～35％，CaO:20～30％，FeO:3～5％，MgO:5～10％，利用行星式球磨机与活化剂将高炉镍铁渣球磨活化60～120min、转速350～450转，过200目筛得到的高炉镍铁渣粉，中值粒径在6～10μm，比表面积为500～650m2/kg。
3.根据权利要求1所述的镍铁渣基盾构隧道壁后注浆材料，其特征在于：所述活化剂为脱硫石膏，以重量百分计，化学成分如下：CaO:40～50％，SO3:45～55％，SiO2:3～5％，中值粒径3～5μm。
4.根据权利要求1所述的镍
5.根据权利要求1所述的镍铁渣基盾构隧道壁后注浆材料，其特征在于：所述硼泥以重量百分比计，化学成分如下：MgO:45～55％、Al2O3:2～5％、SiO2:22～27％、CaO:10～13％、Na2O:1～3％，过30目筛。
6.根据权利要求1所述的镍铁渣基盾构隧道壁后注浆材料，其特征在于：所述激发剂溶液是由水玻璃、固体氢氧化钠颗粒以及外加水制备的，固体氢氧化钠颗粒与水玻璃质量比0.1～0.25；水胶比为激发剂溶液中外加水、水玻璃中的水与固体胶凝材料质量比，固体胶凝材料为高铝镍铁渣、粉煤灰与硼泥。
7.根据权利要求1所述的镍铁渣基盾构隧道壁后注浆材料，其特征在于：所述调和剂为煤矸石粉，以重量百分比计，化学成分如下：SiO2:52～65％，Al2O3:16～36％，Fe2O3:2～10％，CaO:0.4～2.3％，MgO:0.4～2.4％。
8.根据权利要求1所述的镍铁渣基盾构隧道壁后注浆材料，其特征在于：所述再生细骨料由废弃混凝土组成，废弃混凝土进行破碎后经机械进行球磨，时间控制在30～180min、转速400～500转，细度满足方孔筛筛孔边长4.75mm筛余10～0％，2.36mm筛余45～25％，1.18mm筛余65～45％。
9.根据权利要求1所述的镍铁渣基盾构隧道壁后注浆材料，其特征在于：所述外加剂由质量份聚羧酸减水剂0.5～2份，羟丙基甲基纤维素醚0.5～2份，可再分散乳胶粉0.5～2份组成。
10.一种镍铁渣基盾构隧道壁后注浆材料制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种镍铁渣基盾构隧道壁后注浆材料，其特征在于：按质量份数计，组分如下：高炉镍铁渣30～50份，粉煤灰20～50份，硼泥5～20份，活化剂0.5～3份，调和剂5～20份，激发剂溶液80～110份，再生细骨料100～150份，外加剂3～5份，镍铁渣基盾构隧道壁后注浆材料的水胶比为0.45～0.8。
2.根据权利要求1所述的镍铁渣基盾构隧道壁后注浆材料，其特征在于：所述高炉镍铁渣为冶炼镍铁合金产生的固体废渣，以重量百分比计，化学成分如下：sio2:25～30％，al2o3:25～35％，cao:20～30％，feo:3～5％，mgo:5～10％，利用行星式球磨机与活化剂将高炉镍铁渣球磨活化60～120min、转速350～450转，过200目筛得到的高炉镍铁渣粉，中值粒径在6～10μm，比表面积为500～650m2/kg。
3.根据权利要求1所述的镍铁渣基盾构隧道壁后注浆材料，其特征在于：所述活化剂为脱硫石膏，以重量百分计，化学成分如下：cao:40～50％，so3:45～55％，sio2:3～5％，中值粒径3～5μm。
4.根据权利要求1所述的镍铁渣基盾构隧道壁后注浆材料，其特征在于：所述粉煤灰以重量百分比计，化学成分如下：：sio2:55～65％，al2o3:15～22％，fe2o3:5.5～10％，cao:3.3～7％，属于低钙型粉煤灰，细度在200目以上，比表面积为600～700m2/kg。
5.根据权利要求1所述的镍铁渣基盾构隧道壁后注浆...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘剑平，宋鸽，葛晓伟，刘凯鑫，田雨林，刘冰，王营，胥孝川，于靖玟，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：
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