高压富水岩溶区隧道堵水用注浆材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种高压富水岩溶区隧道堵水用注浆材料及其制备方法，该注浆材料包括15～25重量份的粉煤灰、5～12重量份的减水速凝剂、100重量份的硅酸盐水泥和60～100重量份的水。注浆材料的制备方法包括（1）将粉煤灰和硅酸盐水泥混合并充分搅拌，得到硅酸盐水泥-粉煤灰混合物；（2）将硅酸盐水泥-粉煤灰混合物加入水中充分搅拌，得到硅酸盐水泥-粉煤灰的水溶液；（3）将减水速凝剂加入硅酸盐水泥-粉煤灰的水溶液中充分搅拌，得到高压富水岩溶区隧道堵水用注浆材料。本发明的注浆材料凝结时间可控、抗分散性能好、强度高、耐久性和稳定性好，其制备方法简单易行，对环境友好。

说明书

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种用于高压富水岩溶区隧道堵水施工的注浆材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着我国经济的发展，隧道及地下工程也迅猛发展。为了解决交通和能源问题，公路隧道、铁路隧道、地铁区间隧道、暗挖车站、引水隧洞和地下厂房等地下工程正在大规模兴建。在隧道及地下工程的施工和使用过程中，时刻都受到地下水的危害。在高压富水岩溶地区，涌水是隧道施工中所面临的最主要地质灾害。一方面，隧道施工涌水不仅降低围岩稳定性，而且给施工带来很多不良影响，特别是在有大量高压涌水的情况下，常常酿成重大事故。另一方面，为了解决地下水灾害问题，采用过量排放又会给隧道经过地段带来生态环境问题。

目前，针对隧道涌水主要采取“防、排、堵、截相结合，因地制宜，综合治理”的原则，用于堵水施工的注浆材料主要分为无机材料和有机材料两大类，其中无机类材料包括水泥浆材、粘土水泥浆、水泥-水玻璃类浆液和硅酸盐浆材等，这些材料的主要缺陷是需水量大、可灌性差、水稳性差且固化体刚度较大；有机类材料包括聚氨酯类浆液、脲醛树脂类浆液、丙烯酰胺类和木质素类浆液等，这些材料的主要缺陷是具有一定毒性、对环境污染大且价格昂贵，应用较少。

因此，针对高压、富水、岩溶地区隧道涌水问题，需要开发出一种凝结时间可控、抗分散性能好、强度高、耐久性好、无毒、无污染、且价格适中的注浆材料，使隧道堵水施工更加便捷，有利于降低成本、提高工程质量，达到高效封堵地下水的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种凝结时间可控、抗分散性能好、强度高、耐久性好、价格适中、且对环境友好的高压富水溶岩区隧道堵水用注浆材料，并相应提供一种操作简便、成本低廉的高压富水溶岩区隧道堵水用注浆材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种高压富水岩溶区隧道堵水用注浆材料，包括以下重量份的组分：

粉煤灰（基体）         15～25份， 

减水速凝剂（固化剂）   5～12份， 

硅酸盐水泥（结构剂）   100份，和

水（分散剂）           60～100份。

上述的注浆材料中，所述粉煤灰优选Ⅰ级F类粉煤灰、Ⅱ级F类粉煤灰、Ⅰ级C类粉煤灰或Ⅱ级C类粉煤灰，该粉煤灰应满足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GBT1596-2005）的规定。

上述的注浆材料中，所述减水速凝剂优选711型减水速凝剂（主要速凝成分为铝矾土、碳酸钠、生石灰）或羟甲基纤维素钠。

上述的注浆材料中，所述水优选普通自来水、高压富水岩溶区的地下水或高压富水岩溶区的地表水，所述水的pH值优选6～7.5。

上述的注浆材料中，所述硅酸盐水泥的标号优选P.O 32.5或P.O 42.5。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种高压富水岩溶区隧道堵水用注浆材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将15～25重量份的粉煤灰和100重量份的硅酸盐水泥进行混合，然后充分搅拌，得到硅酸盐水泥-粉煤灰混合物；

（2）将步骤（1）得到的硅酸盐水泥-粉煤灰混合物加入60～100重量份的水中充分搅拌，得到硅酸盐水泥-粉煤灰的水溶液；

（3）将5～12重量份的减水速凝剂加入步骤（2）得到的硅酸盐水泥-粉煤灰的水溶液中，同时进行充分搅拌，得到高压富水岩溶区隧道堵水用注浆材料。

上述的方法中，所述粉煤灰优选Ⅰ级F类粉煤灰、Ⅱ级F类粉煤灰、Ⅰ级C类粉煤灰或Ⅱ级C类粉煤灰，所述减水速凝剂优选711型减水速凝剂或羟甲基纤维素钠。

上述的方法中，所述水优选普通自来水、高压富水岩溶区的地下水或高压富水岩溶区的地表水，所述水的pH值为6～7.5。

上述的方法中，所述硅酸盐水泥的标号优选P.O 32.5或P.O 42.5。

上述的方法中，所述步骤（1）～（3）中的搅拌温度优选常温，一般为10℃～38℃。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的注浆材料在传统水泥净浆溶液的基础上添加了粉煤灰和减水速凝剂进行改性，使其迅速凝固胶化，从而使注浆材料具有良好的水稳定性、流动可控性、抗分散性、可灌性、耐久性和早期强度高等优点；注浆堵水环境为高压富水岩溶区，该区域地下水呈弱酸性，由于水泥水化后呈弱碱性，在弱酸性环境中不稳定，而加入粉煤灰后的注浆材料也呈现弱酸性，不仅减少了水泥的用量，节省成本，而且在弱酸性地下水环境中的耐久性和稳定性更好；注浆材料的凝胶时间可根据现场施工条件，通过调整速凝剂的加量和加入时间进行调节，使用简单方便。另外，本发明注浆材料的制备方法操作简便、成本低廉，对环境污染小。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

一种本发明的高压富水岩溶区隧道堵水用注浆材料，包括以下重量份的组分：

Ⅱ级F类粉煤灰       15份，

711型减水速凝剂      8份， 

硅酸盐水泥P.O 32.5    100份，和

水（普通自来水，pH值为7.0）  80份。

一种上述本实施例的高压富水岩溶区隧道堵水用注浆材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将15重量份的Ⅱ级F类粉煤灰和100重量份标号为P.O 32.5的硅酸盐水泥进行混合，然后在常温下充分搅拌至均匀，得到硅酸盐水泥-粉煤灰混合物； 

（2）将步骤（1）得到的硅酸盐水泥-粉煤灰混合物加入80重量份的水中，所用水为普通自来水，pH值为7.0，常温下充分搅拌至均匀，得到硅酸盐水泥-粉煤灰的水溶液；

（3）将8重量份的711型减水速凝剂加入步骤（2）得到的硅酸盐水泥-粉煤灰的水溶液中，在常温下一边加入一边搅拌，搅拌均匀后，得到高压富水岩溶区隧道堵水用注浆材料。

以上步骤（1）至步骤（3）中的常温均指温度为10℃～38℃的情况。

经检测得知，按上述方法制备的注浆浆液漏斗粘度为28s，可泵时间为9.5h，结石体3d抗压强度为3MPa，7天抗压强度为9.4MPa。

实施例2：

一种本发明的高压富水岩溶区隧道堵水用注浆材料，包括以下重量份的组分：

Ⅰ级F类粉煤灰               20份，

711型减水速凝剂             10份， 

硅酸盐水泥P.O 32.5           100份，和

高压富水岩溶区地下水（pH值为6.7）   90份。

一种上述本实施例的高压富水岩溶区隧道堵水用注浆材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将20重量份的Ⅰ级F类粉煤灰和100重量份标号为P.O 32.5的硅酸盐水泥进行混合，然后在常温下充分搅拌至均匀，得到硅酸盐水泥-粉煤灰混合物； 

（2）将步骤（1）得到的硅酸盐水泥-粉煤灰混合物加入90重量份的水中，所用水为高压富水岩溶区的地下水，pH值为6.7，常温下充分搅拌至均匀，得到硅酸盐水泥-粉煤灰的水溶液；

（3）将10重量份的711型减水速凝剂加入步骤（2）得到的硅酸盐水泥-粉煤灰的水溶液中，在常温下一边加入一边搅拌，搅拌均匀后，得到高压富水岩溶区隧道堵水用注浆材料。

以上步骤（1）至步骤（3）中的常温均指温度为10℃～38℃的情况。

经检测得知，按上述方法制备的注浆浆液漏斗粘度为31s，可泵时间为10h，结石体3d抗压强度为2.9MPa，7天抗压强度为9.2MPa。

实施例3：

一种本发明的高压富水岩溶区隧道堵水用注浆材料，包括以下重量份的组分：

Ⅱ级C类粉煤灰             25份，

711型减水速凝剂            12份， 

硅酸盐水泥P.O 42.5          100份，和

普通自来水（pH值为7.0）    80份。

一种上述本实施例的高压富水岩溶区隧道堵水用注浆材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将25重量份的Ⅱ级C类粉煤灰和100重量份标号为P.O 42.5的硅酸盐水泥进行混合，然后在常温下充分搅拌至均匀，得到硅酸盐水泥-粉煤灰混合物；

（2）将步骤（1）得到的硅酸盐水泥-粉煤灰混合物加入80重量份的水中，所用水为普通自来水，pH值为7.0，常温下充分搅拌至均匀，得到硅酸盐水泥-粉煤灰的水溶液；

（3）将12重量份的711型减水速凝剂加入步骤（2）得到的硅酸盐水泥-粉煤灰的水溶液中，在常温下一边加入一边搅拌，搅拌均匀后，得到高压富水岩溶区隧道堵水用注浆材料。

以上步骤（1）至步骤（3）中的常温均指温度为10℃～38℃的情况。

经检测得知，按上述方法制备的注浆浆液漏斗粘度为25s，可泵时间为9h，结石体3d抗压强度为3.5MPa，7天抗压强度为10MPa。

实施例4：

一种本发明的高压富水岩溶区隧道堵水用注浆材料，包括以下重量份的组分：

Ⅱ级C类粉煤灰               15份，

羟甲基纤维素钠减水速凝剂     12份， 

硅酸盐水泥P.O 32.5           100份，和

高压富水岩溶区地表水（pH值为6.8）  90份。

一种上述本实施例的高压富水岩溶区隧道堵水用注浆材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将15重量份的Ⅱ级C类粉煤灰和100重量份标号为P.O 32.5的硅酸盐水泥进行混合，然后在常温下充分搅拌至均匀，得到硅酸盐水泥-粉煤灰混合物； 

（2）将步骤（1）得到的硅酸盐水泥-粉煤灰混合物加入90重量份的水中，所用水为高压富水岩溶区的地表水，pH值为6.8，常温下充分搅拌至均匀，得到硅酸盐水泥-粉煤灰的水溶液；

（3）将12重量份的羟甲基纤维素钠减水速凝剂加入步骤（2）得到的硅酸盐水泥-粉煤灰的水溶液中，在常温下一边加入一边搅拌，搅拌均匀后，得到高压富水岩溶区隧道堵水用注浆材料。

以上步骤（1）至步骤（3）中的常温均指温度为10℃～38℃的情况。

经检测得知，按上述方法制备的注浆浆液漏斗粘度为21s，可泵时间10.5h，结石体3d抗压强度为2.4MPa，7天抗压强度为9MPa。

实施例5：

一种本发明的高压富水岩溶区隧道堵水用注浆材料，包括以下重量份的组分：

Ⅱ级C类粉煤灰                25份，

羟甲基纤维素钠减水速凝剂      12份， 

硅酸盐水泥P.O 42.5             100份，和

高压富水岩溶区地下水（pH值为6.6）   85份。

一种上述本实施例的高压富水岩溶区隧道堵水用注浆材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将25重量份的Ⅱ级C类粉煤灰和100重量份标号为P.O 42.5的硅酸盐水泥进行混合，然后在常温下充分搅拌至均匀，得到硅酸盐水泥-粉煤灰混合物； 

（2）将步骤（1）得到的硅酸盐水泥-粉煤灰混合物加入85重量份的水中，所用水为高压富水岩溶区的地下水，pH值为6.6，常温下充分搅拌至均匀，得到硅酸盐水泥-粉煤灰的水溶液；

（3）将12重量份的羟甲基纤维素钠减水速凝剂加入步骤（2）得到的硅酸盐水泥-粉煤灰的水溶液中，在常温下一边加入一边搅拌，搅拌均匀后，得到高压富水岩溶区隧道堵水用注浆材料。

以上步骤（1）至步骤（3）中的常温均指温度为10℃～38℃的情况。

经检测得知，按上述方法制备的注浆浆液漏斗粘度为27s，可泵时间9.5h，结石体3d抗压强度为3.1MPa，7天抗压强度为9.8MPa。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。