一种用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 107935516 A(43)申请公布日 2018.04.20

(21)申请号 201711142603.5(22)申请日 2017.11.17

(71)申请人 武汉理工大学

地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路

122号(72)发明人 李相国　刘漪　刘卓霖　蒋文广　

任钊锋　冯志浩　胡建城　(74)专利代理机构 湖北武汉永嘉专利代理有限

公司 42102

代理人 崔友明　闭钊(51)Int.Cl.

C04B 28/06(2006.01)C04B 20/02(2006.01)C04B 111/34(2006.01)

(54)发明名称

一种用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料(57)摘要

本发明公开了一种用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料，主要解决了目前该类注浆料普遍存在的易收缩变形、相容性和结合性不足导致隧道拱顶出现脱空、开裂等质量缺陷的问题。该微膨胀注浆料由胶凝组分750～800份，复合级配石英砂900～1350份，氧化石墨烯改性矿物掺合料100～150份，体积稳定性调节剂8～10份，增强型减水剂2～3份加水混合搅拌而成，其水料比为0.16～0.19。该微膨胀注浆料具有较好的流动性和泵送性，与衬砌混凝土具有很好的结合性能，在基建行业具有显著的经济效益和社会效益。

权利要求书1页 说明书4页

CN 107935516 ACN 107935516 A

权　利　要　求　书

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1.一种用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料，其特征在于，包括以下组分：凝胶组分、复合级配石英砂、氧化石墨烯改性矿物掺合料、体积稳定性调节剂、增强型减水剂以及水。

2.根据权利要求1所述的一种用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料，其特征在于，所述微膨胀注浆料按照重量份数计的配方为：胶凝组分750～800份，复合级配石英砂900～1350份，氧化石墨烯改性矿物掺合料100～150份，体积稳定性调节剂8～10份，增强型减水剂2～3份，水料比0.16～0.19。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料，其特征在于：所述胶凝组分由普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥按照19:1的质量比混合后，再掺入相当于两种水泥总质量0.05％的三乙醇胺并研磨至比表面积400～500m2/kg而成。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料，其特征在于：所述复合级配石英砂由粒径分别为40～70目和20～40目的石英砂按照8:1的质量比混合均匀而成。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料，其特征在于：所述氧化石墨烯改性矿物掺合料由氧化石墨烯分散在水中，再加入硅灰和粉煤灰搅拌干燥而成。

6.根据权利要求5所述的一种用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料，其特征在于：氧化石墨烯的用量相当于凝胶组分质量的0.05％，硅灰和粉煤灰的总用量相当于胶凝组分质量的13％，其中硅灰和粉煤灰的质量比为1:2。

7.根据权利要求5或6所述的一种用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料，其特征在于：所述粉煤灰为II级粉煤灰，其密度为2.60～2.75g/cm3，比表面积大于3500cm2/g；所述硅灰平均粒径为0.1～0.3μm，比表面积为20～28m/g，SiO2含量为90％左右。

8.根据权利要求1或2所述的一种用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料，其特征在于：所述体积稳定性调节剂由混凝土膨胀剂、红砖粉、高吸水树脂SAP按照6:3:1的质量比混合均匀而成。

9.根据权利要求8所述的一种用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料，其特征在于：所述红砖粉最大粒径为0.85mm左右，其吸水倍率为70-100g/g；所述高吸水树脂SAP的粒径为190-250μm，密度为0.70g/cm3。

10.根据权利要求1或2所述的一种用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料，其特征在于：所述增强型减水剂由高效聚羧酸减水剂和碳酸锂按照5:1的质量比混合均匀而成。

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CN 107935516 A

说　明　书

一种用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料

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技术领域

[0001]本发明涉及混凝土材料技术领域，具体涉及一种用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料。

背景技术

[0002]隧道拱部衬砌混凝土在灌注过程中，由于泵送压力不足或因拔管过早等原因易造成拱顶衬砌混凝土出现厚度不足、脱空、开裂等质量缺陷。为提高铁路隧道衬砌质量，防止运营过程中出现隧道拱顶混凝土掉块现象，中铁十一局京沈京冀客专指挥部成功研发出隧道拱顶带模注浆施工技术，该技术通过对衬砌台车进行改造，在衬砌台车模板中心线位置沿台车纵向方向设置一定数量的注浆孔，并安装注浆用固定法兰，预埋活性粉末混凝土(RPC)注浆管，混凝土浇筑结束后及时从预埋注浆管处进行注浆。该施工技术不仅简化了传统注浆工艺，而且显著提高了注浆的质量。然而带模注浆工艺中，要求回填注浆材料与衬砌混凝土之间有良好的相容性、有效的修复性(衬砌厚度不足的部位)和良好的黏结性，此外，由于浇灌工艺以及浇灌时间过长等原因，还要求回填注浆材料对混凝土有一定的渗透力。[0003]为此，本申请提供一种用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料，注浆料采用各项指标优于衬砌混凝土性能的充填砂浆，与混凝土的粘接性能好，同时具有良好的流动性，可泵送性和微膨胀性能，可施工时间长，不泌水不收缩，凝结后强度高，不仅可起到充填作用，而且可以弥补或修复二次衬砌混凝土的缺陷，尤其是施工缝，从而提高衬砌混凝土的整体承载能力。

发明内容

[0004]本发明的目的在于解决目前使用的隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料存在的易收缩变形、相容性和结合性不足导致隧道拱顶出现脱空、开裂等质量缺陷的问题，提供一种用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料。该注浆料具有良好的流动性和可泵送性以及微膨胀性，与衬砌混凝土具有良好的结合性能，可施工时间长，不泌水不收缩，有一定的内养护作用，可以改善混凝土内部的湿度场，提高混凝土内部的含湿量，有效减小混凝土自收缩，从而有效地控制混凝土收缩裂缝的产生。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

[0005]一种用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料，包括以下组分：凝胶组分、复合级配石英砂、氧化石墨烯改性矿物掺合料、体积稳定性调节剂、增强型减水剂以及水。[0006]进一步的，所述微膨胀注浆料按照重量份数计的配方为：胶凝组分750～800份，复合级配石英砂900～1350份，氧化石墨烯改性矿物掺合料100～150份，体积稳定性调节剂8～10份，增强型减水剂2～3份，水料比0.16～0.19。[0007]进一步的，所述胶凝组分由普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥按照19:1的质量比混合后，再掺入相当于两种水泥总质量0.05％的三乙醇胺并研磨至比表面积400～500m2/kg而成。研磨使得材料具有良好的渗透性和可灌性。

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说　明　书

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进一步的，所述复合级配石英砂由粒径分别为40～70目和20～40目的石英砂按照

8:1的质量比混合均匀而成。[0009]进一步的，所述氧化石墨烯改性矿物掺合料由氧化石墨烯分散在水中，再加入硅灰和粉煤灰搅拌干燥而成。其中，氧化石墨烯的用量相当于凝胶组分质量的0.05％，硅灰和粉煤灰的总用量相当于胶凝组分质量的13％，硅灰和粉煤灰的质量比为1:2。[0010]更进一步的，所述粉煤灰为II级粉煤灰，其密度为2.60～2.75g/cm3，比表面积大于3500cm2/g；所述硅灰平均粒径为0.1～0.3μm，比表面积为20～28m/g，SiO2含量为90％左右。

[0011]进一步的，所述体积稳定性调节剂由混凝土膨胀剂、红砖粉、高吸水树脂SAP按照6:3:1的质量比混合均匀而成。所述红砖粉最大粒径为0.85mm左右，吸水倍率为70-100g/g；所述高吸水树脂SAP的粒径为190-250μm，密度为0.70g/cm3。其中红砖粉和高吸水树脂SAP作为内养护材料，可以改善混凝土内部的湿度场，提高混凝土内部的含湿量，从而有效地控制混凝土收缩裂缝的产生。[0012]进一步的，所述增强型减水剂由高效聚羧酸减水剂和碳酸锂按照5:1的质量比混合均匀而成。

[0013]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)解决了目前使用的隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料由于易收缩变形、相容性和结合性不足，导致隧道拱顶出现脱空、开裂等质量缺陷的问题；(2)制备得到的微膨胀注浆料具有良好的流动性和可泵送性，与衬砌混凝土具有良好的结合能力，可施工时间长，不泌水不收缩，有一定的内养护作用，可改善混凝土内部的湿度场，提高混凝土内部的含湿量，有效减小混凝土自收缩，从而有效控制混凝土收缩裂缝的产生；(3)本发明提供的微膨胀注浆料与衬砌混凝土之间的结合体的抗压、抗折强度均高于混凝土的强度，不仅可起到充填作用，而且可以弥补或修复二次衬砌混凝土的缺陷，尤其是施工缝，从而提高衬砌混凝土的整体承载能力。具体实施方式

[0014]为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。

[0015]一种用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料，由以下按照重量份数计的原料混合而成：胶凝组分750～800份，复合级配石英砂900～1350份，氧化石墨烯改性矿物掺合料100～150份，体积稳定性调节剂8～10份，增强型减水剂2～3份，水料比0.16～0.19。其中胶凝组分由42.5级普通硅酸盐水泥和42.5级硫铝酸盐水泥按照19:1的质量比混合，并掺加相当于两种水泥总质量0.05％的三乙醇胺，磨细至比表面积为400～500m2/kg而成。所用复合级配石英砂由粒径为40～70目和20～40目的石英砂按照8:1的质量比混合均匀而成，石英砂中SiO2的含量为99％左右。所用氧化石墨烯改性矿物掺合料是将相当于胶凝材料质量0.05％的氧化石墨烯超声分散于水中，再加入相当于胶凝材料质量13％的硅灰-粉煤灰混合物(两者质量比1:2)粉磨而成，其中粉煤灰为II级粉煤灰，其密度为2.60～2.75g/cm3，比表面积大于3500cm2/g；所用硅灰平均粒径在0.1～0.3μm，比表面积为20～28m/g，SiO2含量为90％左右。所用体积稳定性调节剂由混凝土膨胀剂、红砖粉、高吸水树脂SAP按照6:3:1的质量比混合均匀而成，其中红砖粉粉磨至最大粒径约为0.85mm，其吸水倍率为70-100g/g，

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所用高吸水树脂SAP粒径为190-250μm，密度0.70g/cm3。所用增强型减水剂由粉体高效聚羧酸减水剂和碳酸锂按照5:1的质量比混合均匀而成。[0016]实施例1-5微膨胀注浆料的配方如下表1所示。[0017]表1实施例1～5中微膨胀注浆料的配方

[0018]

各实施例中微膨胀注浆料的制备方法如下：分别按表中配方(重量份数)称取相应

量的组分，其中体积稳定性调节剂、增强型减水剂、水合记组分A，胶凝组分、复合级配石英砂、氧化石墨烯改性矿物掺合料合记为组分B，搅拌状态下将组分B中的物质逐渐加入组分A中，形成均匀的浆体，此浆体即为用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料。[0020]为充分了解本发明实施例制备得到的微膨胀注浆料的实际性能，进行了相应的测试并与微膨胀注浆料基本性能要求的标准参考值进行了比较。出机流动度、90min流动度保留值参照GB50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》进行检验，搅拌方式为低速搅拌模式，搅拌时间3min；90min流动度保留值为出机流动度测试完毕放置90min后，再低速搅拌1min，按照要求测试的流动度数值。塑性膨胀率按《客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件进行检验，测定3h塑性膨胀率。抗压、抗折强度测试按照GB/T17671-1999进行检验，试件脱模后的养护条件为(20±2)℃，相对湿度不应小于90％，不得于水中浸泡或者直接淋水。进行同条件试件强度测试时，试件脱模后使用缠绕膜进行包覆。24h结合强度按照GB/T50081进行检验。测试结果如下表2。[0021]表2实施例1～5中微膨胀注浆料性能测试结果表

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说　明　书

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表2的结果说明，本申请各实施例提供的用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注

浆料出机流动度与90min流动度均很高，具有良好的流动性和可泵送性。塑性膨胀率为0.6～1.2％，具有一定的微膨胀性。12h、1d、28d的抗压、抗折强度均高于标准值。粘结强度高，与衬砌混凝土具有良好的结合性能，可施工时间长，不泌水不收缩，有一定的内养护作用，解决了目前使用的隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料由于易收缩变形、相容性和结合性不足，导致隧道拱顶出现脱空、开裂等质量缺陷的问题。

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