[发明专利]一种隧道用无水泥注浆材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种隧道用无水泥注浆材料，包括以下组分：粉煤灰40‑50%；偏高岭土18‑24%；碱渣25‑33%；羟乙基甲基纤维素醚HEMC 1‑3%；改性纳米二氧化硅1‑2%；改性玄武岩纤维0.8‑1.5%。此外，还公开了该隧道用无水泥注浆材料浆液的制备方法。该隧道用无水泥注浆材料同时改善了抗水分散性能和抗水溶蚀性能。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域；涉及一种隧道用无水泥注浆材料及其制备方法。

背景技术

随着我国公路交通建设的完善、铁路隧道及矿山开采向超长深埋方向发展，水利水电开发等工程建设的实施，这些工程将面临复杂的水文地质环境，常伴有各种灾害发生。其中动水灾害是工程建设中常见的灾害类型，具有数量多、治理难度大、致灾能力强的特点，常导致施工环境恶化，造成人员财产损失，极大威胁工程建设及工程运营安全。

在动水灾害防范和治理中，常用方法主要包括引排水、衬砌、锚固及注浆法四种方法，前三种方法一般工程量大、工期长、成本高；注浆法则适用性较强，是动水灾害治理的常用方法。动水注浆合理选择注浆材料是保证动水注浆治理效果的基础，传统的水泥类注浆材料易受动水的稀释导致浆液性能劣化，动水的冲刷与携带易使浆液发生流失，达不到注浆治理效果；化学材料一般凝结时间快，在地层中快速发生胶凝反应，对动水治理具有一定作用，然而化学材料一般成本高、胶凝体的耐久性能差，特别是化学类注浆材料中存在有害物质时会对水体造成污染，使用范围受到限制。

目前注浆工程应用较多的材料仍是水泥材料，为克服普通水泥浆液的不足，常采用在浆液中加入水玻璃速凝剂，通过快速的水化反应形成胶凝体进行动水注浆治理，但水泥水玻璃浆液溶解度大，后期强度及体积易倒缩，易形成新的渗水通道，导致治理效果变差。水泥水玻璃浆液在未发生胶凝反应前，粘度增长缓慢，不具备抗动水冲蚀的能力，同时由于浆液凝结时间短，浆液具有抗分散性能与抗冲蚀能力是在形成胶凝体后，此时浆液已不具备泵送性，由于浆液粘度高，浆液在地层内的扩散能力降低，达不到要求浆液在地层内有一定扩散范围的动水注浆工程，水泥基速凝浆液只适用于浆液小范围内扩散的动水注浆工程。

动水对浆液具有稀释冲刷与携带作用，普通水泥浆液受到稀释，客观上浆液水灰比增大，性能发生劣化；同时浆液会被动水冲出注浆治理工程范围，失去注浆作用。动水注浆对浆液性能要求与无水条件下浆液性能具有迥异的区别，提高浆液抗分散和抗冲蚀性能，是保证动水注浆效果的前提。

鉴于目前动水注浆材料的不足，在隧道工程领域，亟需研发一种具有抗动水分散和冲蚀的新型注浆材料，同时材料能在水下凝结硬化形成结石体，达到动水注浆的目的；生态治理领域的动水注浆工程面临的问题极为复杂，传统的水泥材料难降解，化学材料环境不友好及传统材料动水条件下凝结困难，研发无水泥注浆材料是解决生态修复富水工程的关键所在。

中国专利申请CN108558350A公开了一种粉煤灰注浆材料，属于注浆材料的制备技术领域。该注浆材料由组分A和组分B配制而成；其中，组分A由如下重量份的原料组成：粉煤灰50-150份，磷酸二氢铵5-20份，磷酸二氢钾5-10份，pH调节剂1-2份，消泡稳定剂0.5-1份，短切纤维0.02-0.04份；组分B由如下重量份的原料组成：氧化镁10-50份，聚合物乳液2-3份，抗水分散剂0.2-0.5份，缓凝剂0.5-5份，超细填料0.02-0.04份。该发明以镁剂脱硫粉煤灰为主要原料，结合轻烧氧化镁、磷酸二氢钾和磷酸二氢铵作为辅助胶凝材料，掺合其他一种或多种外加剂，制备出了一种早强、高强、结实率高、凝结时间可调、流动性好、耐久性好、具有微膨胀性、成本低、环保节能的粉煤灰注浆材料。

但该发明存在凝结时间难以控制的不足，而且双液浆体系的水化产物稳定性较差，造成浆液硬化结石体的抗水溶蚀性能和耐久性能偏低。此外，双液浆体系的注浆施工对注浆设备的要求较高，在注浆口出口处易发生凝结堵管的现象，施工管理难度大，因此复杂的施工工艺较也限制了它的广泛应用。