固废基盾构惰性同步注浆材料力学性能及抗水分散性研究

以典型固废矿渣微粉、粉煤灰、硅灰为原料制备固废基盾构惰性同步注浆材料,采用六因素五水平正交试验,开展了注浆材料力学性能及抗水分散性的试验研究。结果发现:增大碱激发剂模数,减小其掺量,则浆液抗压强度下降;水胶比、膨水比对浆液抗动水冲刷能力的影响较大;碱激发剂掺量和水胶比是影响浆液水陆强度比的主要因素。根据正交试验极差分析和综合性能平衡,确定了注浆材料的优选配合比:水胶比1.00,胶砂比0.45,膨水比0.35,减水剂掺量1.5%(质量分数),碱激发剂模数1.6,碱激发剂掺量20%(质量分数),此时注浆材料28 d抗压强度为13.02 MPa,水陆强度比为80.83%,3 h动水冲刷质量损失率为5.62%;并开展了稠度、凝结时间、泌水率和结石率等性能试验,测试指标均达到了活性浆液的要求。以上研究为工业固废在盾构注浆技术领域的应用提供了一定的研究基础和实验依据。

C50抗水分散混凝土抗水分散性能及氯离子固化性能研究

研究了矿物添加剂和化学添加剂对C50水下不分散混凝土扩展度、强度、抗水分散性能和氯离子固化性能的影响。结果表明,硅灰、偏高岭土可提高混凝土的强度、氯离子固化性能及抗水分散性能,但会降低混凝土的扩展度;降黏增强剂可提高混凝土的扩展度、强度、氯离子固化性能及抗水分散性能;UWB-Ⅱ可显著提高混凝土的抗水分散性能,但会降低混凝土的扩展度、强度和氯离子固化性能。采用5%硅灰+5%偏高岭土+15%降黏增强剂完全取代粉煤灰,外掺2%的UWB-Ⅱ时,混凝土的性能较优,扩展度为450 mm,28 d陆上、水下抗压强度分别为62.8、60.9 MPa,水陆强度比为97%,悬浊物含量为101 mg/L,氯离子固化率为60.4%。

速凝抗水分散型水泥基注浆材料的制备及性能研究

普通硅酸盐水泥(PO)作为注浆材料存在凝胶时间长、不抗水分散、早期强度不高的缺陷,不能满足注浆的要求。针对普通硅酸盐水泥(PO)的不足,采用硫铝酸盐水泥(SAC)与之配合,在此基础上加入高效粘结剂(羟丙基甲基纤维素(HPMC))和水进行改性,制备了速凝抗水分散型水泥基注浆材料。利用电子万能试验机、SEM和XRD等手段,研究了注浆材料的流动度、凝胶时间、抗压强度和抗水分散性能等。结果表明,随着HPMC用量的增加,注浆材料的流动度下降,凝胶时间延长,但抗水分散性能不断提高,抗压强度降低;随着水胶比增加,注浆材料的流动度增加,凝胶时间延长,抗水分散性能变差,抗压强度降低;不同PO和SAC质量比对注浆材料水化产物的成分和表面形貌影响不大。当PO和SAC的质量比为6∶4,水胶比为0.45,HPMC用量为注浆材料质量的1.5‰时,为注浆材料的最优配比。此时制备的注浆材料的流动度为150 mm,初凝和终凝时间分别为23和30 min,既能保证注浆材料在设计注浆范围内的充分扩散和密实填充,又能及时终凝,发展强度,起到加固作用,同时具有良好的抗水分散性能。

新型抗水分散和抗水溶蚀双液注浆材料的设计与应用

结合水泥-水玻璃双液注浆材料快速胶凝、抗水分散性能好和碱激发硅铝质胶凝材料耐久性好的特点,提出了抗水分散和抗水溶蚀双液注浆材料的理想结构模型和设计方法。选择含C3S、C2S和高活性硅铝质成分的物质作原料,加入定量的水混合均匀成A液,然后与水玻璃(B液)混合制备一种具有优异抗水分散和抗水溶蚀性能的新型工业废渣双液注浆材料,并在武汉长江隧道注浆工程中得到了实际应用,获得了良好的效果。

新型抗水分散和抗水溶蚀双液注浆材料的工作性能及胶凝性能

研究了新型抗水分散和抗水溶蚀双液注浆材料的工作性能及胶凝性能,探讨了各项性能的主要影响因素。研究结果表明:浆液流动性优异,可达到自流平;稳定性良好,析水率为零;凝胶时间在几秒到几十分钟可调,固结性能良好,结石率接近100%,结石体抗压强度28d可达20MPa;工作性能及胶凝性能主要影响因素有水玻璃模数、掺量以及A液水灰比、粉煤灰掺量等。

抗水分散壁后注浆复合外加剂的研制

本文研究了掺加有机絮凝剂(纤维素类、聚丙烯酰胺)和矿物掺和料(矿渣、硅灰)对水泥壁后注浆材料的工作性、稳定性、力学性能和抗水分散性能的影响,确定了抗水分散剂种类,开发出一种新型的抗水分散壁后注浆外加剂。

抗水分散和抗渗微膨胀同步注浆材料试验研究

针对隧道具有埋深大,途经地层水压大等显著特点,采用自制同步注浆材料复合外加剂HBP和膨胀剂、钢渣复合与有机纤维防渗技术,以具有抗水分散性能的同步注浆材料配合比为基准,配制出具有一定微膨胀性和抗渗性能的水下不分散同步注浆材料。研究结果表明:该同步注浆材料的抗水分散性好(pH:7.9,28d水陆强度比:0.88)、粘稠性佳、泌水率低(﹤0.03%);抗渗性好(P6);具有一定的微膨胀性能(90d自由膨胀率分别为4.13×10-4),体积稳定性好,可提高工程质量,确保隧道的长期稳定性。

抗水分散聚氨酯泡沫注浆材料的制备及性能研究

针对传统聚氨酯(PU)泡沫注浆材料强度低、耐久性和抗水分散性差、无法用于动水环境堵水加固的缺陷,采用聚醚多元醇和聚酯多元醇复配作为多元醇体系、聚醋酸乙烯酯(PVAc)的碳酸丙烯酯溶液作为增黏树脂,制备了抗水分散型PU泡沫注浆材料。研究了各原材料用量对PU泡沫注浆材料抗压强度、耐水解和抗水分散等性能的影响。结果表明,当m(异氰酸酯)∶m(聚醚多元醇)∶m(聚酯多元醇)∶m(扩链剂)∶m(增塑剂)∶m(发泡剂)∶m(增黏树脂)∶m(表面活性剂)∶m(催化剂)=125∶55∶45∶8∶30∶10∶15∶2.0∶1.5时,制备的PU泡沫注浆材料具有良好的抗压强度、耐久性能和抗水分散性能,可用于动水环境的堵水加固处理。

抗水分散剂对高抗水分散同步注浆材料性能的影响

采用不同抗水分散剂配制高抗水分散同步注浆材料,研究抗水分散剂种类(PAM、MC、XG、SF)及掺量对注浆材料稠度、流动度、泌水率、黏度及水陆强度比的影响。研究表明,SF、MC对注浆材料泌水率改善作用较好,对注浆材料稠度、流动度及黏度影响不大,但对注浆材料水陆强度比提升作用不显著。PAM与XG对注浆材料水陆强度比改善作用显著,对注浆材料泌水率也有一定的改善作用,但较高掺量时会导致注浆材料黏度明显增加,流动度及稠度显著降低,从而对注浆材料可施工性能产生不利影响。因此,应综合考虑抗水分散剂的特异性,采用复合掺用的方式以发挥抗水分散剂优势互补的作用,进一步获得效果最佳的抗水分散效果。

基于硅灰对注浆材料抗水分散性能影响的外加剂优化研究

为了探究硅灰对富水地层同步注浆材料抗水分散性能的影响,优化注浆材料复合外加剂,配置了5组不同硅灰掺量下以及6组硅灰/聚丙烯酰胺(PAM)/羟乙基纤维素(HEC)复合外加剂不同掺量下的同步注浆材料,分别进行了稠度、流动扩展度、凝结时间和抗水分散性能试验。结果表明:硅灰、HEC和PAM的掺入增加了同步注浆材料的稠度,但是降低了流动性;PAM降低浆液流动性的程度更大,硅灰可以减小浆液的流动性经时损失;硅灰加速了同步注浆材料的凝结,提高了浆液的早期强度。pH值试验、抗冲刷试验和水陆强度比试验结果均表明,三种材料复掺可显著提高同步注浆材料的抗水分散性。当硅灰掺量为1.0%~2.0%,PAM掺量为0.05%,HEC掺量为0.20%~0.30%时,同步注浆材料的稠度、流动性、凝结时间和抗水分散性均达到较优的效果。

高性能同步注浆材料专用外加剂的研制

为利用盾构泥砂成功制备出高性能同步注浆材料,采用膨润土、凹凸棒黏土、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、FDN减水剂、聚羧酸减水剂与葡萄糖酸钠进行复配,优选配方组成,研制出高性能同步注浆材料专用外加剂HMA。结果表明,掺加HMA配制出的同步注浆材料工作性能好,初始流动度可达210 mm,流动度经时损失极小,能有效防止管片上浮,稠度值为10 cm左右,泌水率几乎为0,抗水分散效果好,28 d水陆强度比可达0.90以上。说明HMA外加剂非常适合用来配制高性能同步注浆材料。

不同地层盾构泥砂对制备同步注浆材料性能影响研究

为找到工程废弃泥砂有效再利用的方法,通过对不同性质盾构泥砂制备同步注浆材料性能的分析,研究了不同颗粒组成、不同塑性指数的盾构泥砂对制备的同步注浆材料工作性能、力学性能及抗水分散性能的影响。结果表明:黏粒含量为10%～30%、含砂量为40%～70%的盾构泥砂制备的同步注浆材料的流动性、稳定性、力学性能与抗水分散性能均能达到设计要求,对不处于上述范围的盾构泥砂提出了矫正方法。所制备的同步注浆材料应用于武汉地铁工程,应用结果表明:盾构掘进轴线精度控制在5 cm以内,管片上浮和地表沉降都小于3 cm,注浆效果良好。

SAC和P.O改性复合胶凝材料的配比试验研究

在富水情况下传统的普通硅酸盐水泥基注浆材料难以满足工程要求。以硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥作为复合胶凝材料,通过粘结剂(HPMC)对其改性,并以流动度、凝结时间、抗水分散性和强度等指标进行最优配比试验,结果表明:SAC和P.O改性复合胶凝材料凝结时间较短;随着HPMC掺量的增加,材料抗水分散性逐渐提高、强度逐渐下降;同时当水灰比大于0.5时,材料的抗水分散性开始降低。通过工程应用验证,该改性速凝抗水分散型注浆材料最佳配比为P.O 42.5与SAC比例6:4、水灰比0.45、HPMC掺量为胶凝材料质量的0.15%。

盾构隧道同步注浆新型双液注浆材料的研究与应用

盾构隧道的上浮易导致隧道管片错台、破损、渗漏和隧道超限等问题,进而影响到地铁隧道的验收与运营。通过分析管片上浮的主要原因,提出改进同步注浆设备,并在盾尾处采用常规同步浆液与聚丙烯酰胺水溶液(双液浆)相混合注入管片与开挖面之间的空隙。通过实验分析得出,注入空隙处的双液浆短时间内增稠,浆液成为塑性体,使管片的浮力降低许多,抗水分散性明显提高。通过实际应用,此种新型双液浆有效地填充了管片与开挖面之间的间隙,使隧道上浮量明显降低,提高了成型隧道的质量,解决了盾构隧道上浮的难题。

膨水比对盾构同步注浆浆液性能的影响试验分析

在地铁隧道盾构同步注浆的过程中,为了获得能够在强透水砂卵石地层中具有良好性能的同步注浆水泥浆液,采用室内试验的方法,通过对浆液的膨水比进行调整,分析了在不同膨润土掺入量条件下浆液的稠度、流动度、抗压强度、抗水分散性的变化规律。结果表明,同步注浆的配合比对浆液稠度、流动度、抗压强度、抗水分散性等指标均有较大影响,随着膨水比的增加,浆液的抗水分散性先增强后降低,稠度、流动度和早期强度逐渐降低。试验结论对实际工程同步注浆配合比的确定具有一定的参考意义。

盾构快速掘进下同步注浆材料优化配合比设计

在台山核电取水隧洞施工过程中,管片监测结果显示1#隧洞前期上浮和错台较大,为防止管片上浮挤压破坏盾尾刷,同时解决上浮量较大时管片成型质量较差的问题,从同步注浆浆液配合比入手,采用配合比设计、试验改进配合比的方法,研究减水剂、聚丙烯纤维及絮凝剂对同步注浆浆液性能的影响。通过调整胶凝材料组分、水胶比,添加絮凝剂、有机纤维和减水剂,制备出可减少管片上浮、抗水分散性好、抗渗性好于一体的高性能同步注浆材料。根据实践情况,优化后的配合比能有效地减小管片上浮,满足盾构快速施工条件下的管片成型质量要求及盾尾抗渗水性能。

水泥基盾构同步注浆材料的性能研究

研究了胶砂比、水泥用量和膨润土掺量对水泥基盾构同步注浆材料基本性能、填充性能与抗水分散性能的影响,结果表明,随着水胶比的增大,水泥基注浆材料浆液的稠度和泌水率增加,抗压强度降低,分层度变化不大;随着膨润土掺量的增加,水泥基注浆材料浆液的泌水率降低;结石率可用于评价注浆材料的填充性能;水陆强度比宜作为注浆材料抗水分散性的评价指标。

絮凝剂对过江盾构隧道同步注浆浆液性能的影响研究

在过江盾构隧道修建过程中,当丰富的地下水充填盾尾间隙时,易稀释同步注浆浆液,从而造成浆液胶凝时间延长、胶凝材料流失、后期强度不足等问题,工程中常通过改善同步注浆浆液稳定性予以解决。因此,依托常德沅江过江盾构隧道工程,研究常用絮凝剂聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素对水泥基浆液性能的影响。净浆抗水分散性试验结果表明,不同絮凝剂净浆表现出相似规律,即随着絮凝剂掺量的增加,试验水样均表现出由浑浊逐渐变为清亮透明的状态,继续增加絮凝剂掺量,水样仍处于清亮透明状态。净浆塑性黏度、剪切应力及扩展度试验结果表明,随着絮凝剂掺量的增加,净浆塑性黏度和剪切应力呈增大趋势,扩展度呈递减趋势;净浆塑性黏度和剪切应力的增加,使净浆颗粒间的黏结能力增强,导致净浆在重力作用下自由流动的能力减弱,削弱浆体流变性。相比其他絮凝剂,黏度100000mPa·s羟乙基甲基纤维素临界掺量最小,完全溶于水后不会出现块状物,且相同掺量下其塑性黏度和剪切应力适中,符合实际应用需求。

封底混凝土专用外加剂的研究

针对普通混凝土水下浇灌时,易受水影响而胶砂分离,致使封底效果不良,大体积混凝土水化硬化中易产生温度变化和收缩而导致有害裂缝生成,影响混凝土强度和抗渗性的缺点,采用羟乙基纤维素作抗水分散剂,复配高效减水保塑组分和缓凝组分,研制出适用于水下抗水分散大体积混凝土的专用外加剂。该外加剂所配置的混凝土具有抗水分散、自密实、低温升、抗裂等性能,并已成功应用于宁波大榭二桥。

盾构隧道同步注浆增粘型浆液流动特性分析

目前常用絮凝剂改善水泥基同步注浆浆液的水下注浆性能,但絮凝剂在改善浆液抗水分散性的同时,极大降低了浆液的流动性,不利于浆液在管道中泵送。目前,同步注浆浆液的流动性指标参考普通水泥浆液,缺乏浆液流动性关键性能影响指标的测试,无法全面体现增粘型水泥砂浆在同步注浆施工时的流动特性。为此,基于普通水泥砂浆管道流动特性,结合增粘型水泥砂浆改性机理,提出同步注浆增粘型浆液流动性影响指标。同时利用研发的同步注浆浆液流动性模拟试验装置,对增粘型浆液的流动特性以及影响指标进行测试及分析。结果表明:浆液塑性粘度、粘附力和浆液流动压力损失随絮凝剂掺量增加,呈现相似的变化规律,印证了浆液塑性粘度和粘附力是控制浆液流动性的主要指标;浆液的流动性与浆液的塑性粘度及粘附性关系为低粘度调节、高粘附力控制;考虑到施工中对同步注浆浆液抗水分散性、流动性的要求,浆液的粘附力应保证在200 Pa左右,同时根据现场施工需要调控浆液塑性粘度。