[发明专利]一种喷射地质聚合物

说明书

本发明公开了一种喷射地质聚合物，该聚合物是一种用于隧道初次衬砌的喷射地质聚合物，配置低模数水玻璃，煅烧高岭土得到活性较高的偏高岭土，将低模数水玻璃与偏高岭土和GGBS混合物以水胶比0.6的比例搅拌均匀，将搅拌好的偏高岭土地质聚合物喷射机喷向围岩。将地质聚合物用于隧道的初次衬砌，并将地质聚合物以喷射的形式附于岩体表面，起到稳定加固围岩的作用。与喷射混凝土衬砌相比，本发明凝结硬化时间短，成型后衬砌强度高，且相比较于喷射混凝土，偏高岭土基地质聚合物更加致密，抗渗性能强。

技术领域

本发明是一种用于隧道初衬的喷射地质聚合物。具体是将地质聚合物用于隧道的初次衬砌，并将地质聚合物以喷射的形式附于岩体表面，起到稳定加固围岩的作用。

背景技术

地聚物是以偏高岭土或工业废渣(如粘土、火山灰、矿渣、粉煤灰、硅灰、尾矿、赤泥、钢渣等)、碱激发剂为原料，经过适当工艺处理，通过化学反应得到的具有与陶瓷性能相似的一种新材料。以偏高岭土为制备原料的地质聚合物称为偏高岭土基地质聚合物。地质聚合物具有耐高温性，其在1000℃至1200℃间不氧化不分解。其凝结硬化速快、硬化后强度高。除此之外，地质聚合物耐久性强，拥有固定金属离子的性能。因此地质聚合物可以替代水泥基材料，应用在隧道的初次衬砌工程当中。

偏高岭土基地质聚合物在GGBS(高炉渣矿粉)的催化作用下，可以使得其初凝时间和终凝时间大幅度减少，并且使得其强度有所增长。实验研究表明，当GGBS等质量替代偏高岭土时，其终凝时间可以控制在30min以内，并且强度可以增长150％左右。

相比较于普通水泥基材料，偏高岭土地质聚合物的粘性较高，为解决这一问题，现场施工采用的水灰比由0.5增加至0.6，并掺入质量分数为1％的矿渣用以增加其流动性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于隧道初次衬砌的喷射地质聚合物。具体是解决偏高岭土基地质聚合物的制备，以及将地质聚合物应用于隧道支护的可行性问题。

对部分围岩不稳定的工程而言，需要施做超前小导管注浆对开挖面围岩进行加固，并采用上台阶法对隧道顶部以及两侧进行开挖，立即喷射偏高岭土基地质聚合物作为初喷对围岩进行加固。这就需要偏高岭土基地质聚合物的力学性能高和凝时间短，然而在一般常温养护下偏高岭土基地质聚合物的凝结硬化性能并不理想。

为实现上述目的所采用的技术方案是一种喷射偏高岭土基地质聚合物，在原材料中增添适量GGBS，由于GGBS中的Ca可替代偏高岭土中的Si，形成更加致密稳定的链状结构，且其活性较高，因此，可以大幅度增加其力学性能的同时，降低其所需凝结时间。该聚合物是一种用于隧道初次衬砌的喷射地质聚合物，配置低模数水玻璃，煅烧高岭土得到活性较高的偏高岭土，将低模数水玻璃与偏高岭土和GGBS混合物以水胶比0.6的比例搅拌均匀，将搅拌好的偏高岭土地质聚合物喷射机喷向围岩。

偏高岭土基地质聚合物由偏高岭土和碱性激发剂经过工艺处理得到。偏高岭土由高岭土经850摄氏度煅烧4h后得到，碱性激发剂采用低模数的水玻璃，低模数水玻璃由高模数水玻璃与工业片碱混合得到。将备好的偏高岭土与低模数水玻璃以0.6的水胶比搅拌混合均匀得到偏高岭土基地质聚合物。

施工流程如下：

S1施做超前小导管注浆对开挖面围岩进行加固，并采用上台阶法对隧道顶部以及两侧进行开挖；

S2配置配置低模数水玻璃；

预设一个欲配置水玻璃的模数，设欲配置水玻璃的模数为1.3，即M₀。购回的工业水玻璃模数普遍偏高，即M₁，按下述公式计算：

式中：G为加入氧氧化钠的质量；G1为高模数水玻璃的质量；M₁为高模数水玻璃的模数；M₀为欲配置水玻璃的模数；N为高模数水玻璃中氧化钠的含量；P为加入的氢氧化钠的纯度。