一种预拌盾构注浆料及其制备方法

技术领域

本发明属于工程领域，具体涉及一种预拌盾构注浆料及其制备方法。

背景技术

预拌盾构注浆料的干料是采用经分级处理的干燥集料、胶凝材料、填料、外加剂等，按照规定配比在专业工厂加工制成的一种盾构注浆料工程用干态混合物。预拌盾构注浆料干料一般由干混砂浆厂生产。将其以散装形式运至工地后，与水按一定比例混合、搅拌成均匀料浆后，单独或与配套组份一起用于盾构壁后注浆的材料。其目的是在盾构施工时，达到对地面沉降进行有效的控制，确保管片衬砌的早期稳定性，并形成衬砌防水的第一道防线。

盾构同步注浆技术目前已广泛应用于盾构施工过程，完备的技术体系对控制隧道稳定、减小对地层扰动效果显著。该技术体系由注浆材料、拌制及运输系统、浆体泵送设备与注浆控制工艺等组成，其中该技术体系的关键在于使用性能匹配良好的盾构注浆材料。注浆材料良好的稳定性、流动性，以及合适的凝结时间是保证盾构施工顺利完工的必要条件。目前在隧道盾构施工过程中，满足国家标准的注浆材料，成本较高，降低成本后又很难达到国家标准。

即如何在满足国家标准且控制成本的前提下，提高各项指标是亟待解决技术问题。故基于此，提出本发明技术方案。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种预拌盾构注浆料及其制备方法。所述预拌盾构注浆料配比科学合理，并且不含有常用的速凝剂、膨润土、减水剂和碳酸锂，在降低成本的同时，流动度、表观凝结时间、初凝时间、固结率和抗压强度等性能指标仍可满足标准要求，大大拓展了市场；所述的制备方法，工艺简单合理，操作易控，有利于规模化产出。

本发明的方案是提供一种预拌盾构注浆料，包括如下重量份的原料：粉煤灰70～80份，超细粉100～120份，水泥120～130份，石粉593～675份，脱硫石膏15～20份，减水剂0.5～1份。

优选地，所述预拌盾构注浆料包括如下重量份的原料：粉煤灰80份，超细粉100份，水泥130份，石粉674份，脱硫石膏15份，减水剂1份。

优选地，所述水泥为京兰PO 42.5级硅酸盐水泥。

优选地，所述超细粉为天津金隅生产，其细度指标为0.045mm以下筛余2.5％。

优选地，所述石粉的粒径筛选为0.6mm以下。

基于相同的技术构思，本发明的再一方案是提供一种预拌盾构注浆料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将粉煤灰、水泥和脱硫石膏进行搅拌，混合均匀后得到第一混合料；

(2)将所述第一混合料与超细粉、石粉进行搅拌，混合均匀后得到第二混合料；

(3)将所述第二混合料与水进行搅拌，混合均匀后即得到所述预拌盾构注浆料。

优选地，步骤(1)中，所述搅拌的速率为40～60r/min，搅拌的时间为30～40min。

优选地，步骤(2)中，所述搅拌的速率为80～90r/min，搅拌的时间为40～60min。

优选地，步骤(3)中，所述搅拌的速率为30～50r/min，搅拌的时间为60～80min；所述第二混合料与水的重量比为2:1。

本发明的有益效果为：

1、本发明所述的预拌盾构注浆料配比科学合理，并且不含有常用的速凝剂、膨润土、减水剂和碳酸锂，在降低成本的同时，流动度、表观凝结时间、初凝时间、固结率和抗压强度等性能指标仍可满足标准要求，大大拓展了市场。

2、本发明所述的制备方法，工艺简单合理，操作易控，有利于规模化产出。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种预拌盾构注浆料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将粉煤灰、水泥和脱硫石膏进行混合，在40r/min条件下搅拌30min，混合均匀后得到第一混合料；

(2)将所述第一混合料与超细粉、石粉进行混合，在80r/min条件下搅拌40min，混合均匀后得到第二混合料；

(3)将所述第二混合料与水进行混合，在30r/min条件下搅拌60min，混合均匀后即得到所述预拌盾构注浆料。

本实施例中，所用原料的用量如表1所示。

表1原料用量

实施例2

本实施例提供一种预拌盾构注浆料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将粉煤灰、水泥和脱硫石膏进行混合，在60r/min条件下搅拌40min，混合均匀后得到第一混合料；

(2)将所述第一混合料与超细粉、石粉进行混合，在90r/min条件下搅拌60min，混合均匀后得到第二混合料；

(3)将所述第二混合料与水进行混合，在50r/min条件下搅拌80min，混合均匀后即得到所述预拌盾构注浆料。

本实施例中，所用原料的用量如表2所示。

表2原料用量

实施例3

本实施例提供一种预拌盾构注浆料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将粉煤灰、水泥和脱硫石膏进行混合，在50r/min条件下搅拌35min，混合均匀后得到第一混合料；

(2)将所述第一混合料与超细粉、石粉进行混合，在85r/min条件下搅拌50min，混合均匀后得到第二混合料；

(3)将所述第二混合料与水进行混合，在40r/min条件下搅拌70min，混合均匀后即得到所述预拌盾构注浆料。

本实施例中，所用原料的用量如表3所示。

表3原料用量

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本发明的原料和对应用量的选取是经过科学验证的，具体设计思路如下：

在实际施工过程中，为了满足盾构同步注浆复杂环境条件下的施工过程及特定施工要求，预拌盾构注浆料拌合后浆体必须满足以下要求：

(1)、优越的填充性能，能充分填充盾尾空隙；

(2)、具有良好的和易性且离析少，同时能长距离泵送；

(3)、合适的凝结时间，既不能太快堵塞注浆管，也不能太慢，否则管片在隧道中发生偏移；

(4)、强度满足工程设计指标；

(5)、浆液固化率高，泌水少；

(6)、稠度适宜，稳定度高；

(7)、环保无污染，价格便宜。

基于上述要求，对本发明所述预拌盾构注浆料的技术性能要求如表4所示。

表4盾构注浆料技术性能要求

本发明以实施例1作为实验例，并设计对比配方1～3，具体如表5所示。

表5对比配1～3

其中，对比配方1的性能确实均能满足指标，但是其配方种类过多，成本过高；对比配方2初凝时间不合格；对比配方3初凝时间和固结率不合格。需要强调的是，相比于对比配方1，实验例的组分不含有常用的速凝剂、膨润土和碳酸锂，成本降低且性能依然满足要求。

需要说明的是，在传统预拌盾构注浆料中碳酸锂是原料之一，虽然添加量少但成本较高，经发明人反复验证可采用低成本脱硫石膏取代。脱硫石膏可以促进水泥中硅酸三钙和硅酸二钙矿物的水化，从而提高水泥的早期强度以及平衡各龄期强度。脱硫石膏中含有部分未反应的CaCO

表6对比配方4～7

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表6主要研究脱硫石膏的最佳用量，由表6可知，对比配方4和对比配方5的初凝时间和固结率均不符合标准；对比配方7的固结率不符合标准；实验例和对比配方6均符合标准，故脱硫石膏的最佳用量为15～20kg，占比为1.5～2.0wt.％。结果还表明适当石膏掺量可以降低盾构注浆料的泌水率，提高固结率和抗压强度，促进浆体凝结，缩短凝结时间。实验例能够满足各性能指标的且成本最低，实验例与对比配方1相比，单吨成本可降低约200元。

为了表明本发明所述预拌盾构注浆料的性能，对采用实施例2所述方法制备得到的产品(干粉态)进行测试，并通过国家建筑材料工业建筑围护材料及管道产品质量监督检验测试中心的检验，具体结果如表7所示。

表7检测结果

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以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。