一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的制作方法

2021-01-30 16:01:18|

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[0001]
本发明涉及软土地层盾构隧道工程的技术领域，特别涉及一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液。

背景技术：

[0002]
软土地层盾构施工中，盾尾脱出后管环与土体之间会留下一定宽度的环状空隙，需进行同步注浆以达到防控地层变形、提高隧道抗渗性、保证管片衬砌早期稳定性、降低隧道椭圆度等目的。
[0003]
软土地层随道盾构施工同步注浆代表性的浆液类型有水泥-水玻璃双液浆(简称c-s双液浆)和甲基丙烯酸-水玻璃双液浆(简称m-s双液浆)。尤以c-s双液浆应用最为广泛。但对于砂性强渗透富水地层盾构同步注浆而言，两类浆液的配制参数还存在许多不足。
[0004]
含水的砂性地层的同步注浆浆液主要满足下列指标：
[0005]
①
凝结时间：一般为3～10小时。
[0006]
②
固结体强度：一天不小于0.15mpa。
[0007]
③
浆液的流动性：塑性粘度＜45cp。
[0008]
④
浆液的稳定性：搅拌后静置12小时不离析，具备一定的切力，尤其是静切力。
[0009]
⑤
固结体的收缩率：＜5％。

技术实现要素：

[0010]
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液，从粘度、凝结时间、抗压强度、渗透性等方面，进行系统试验、比选和优化适用于砂性富水地层的同步注浆浆液。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液，包括：
[0011]
水泥浆、水玻璃及由所述水泥浆与所述水玻璃配制而成的双浆液；
[0012]
所述水泥浆包括水泥、膨润土及水，所述水泥浆成分比例为：
[0013]
水泥450；
[0014]
膨润土75；
[0015]
水785；
[0016]
所述水玻璃模数范围为2.8～3.5，所述水泥浆与所述水玻璃的体积比的取值区间为0.1～0.2。
[0017]
优选的，适用于砂性富水地层的同步注浆浆液还包括以下步骤：
[0018]
s1、将水泥、膨润土及水按照水泥450、水泥450及水785比例进行搅拌均匀配制水泥浆；
[0019]
s2、再根据确定配合比按规范配制的水泥浆与水玻璃溶液进行混合，按实验方案配制所需的双浆液；
[0020]
s3、最后进行参数测定。
[0021]
优选的，所述步骤s3包括以下步骤：
[0022]
s31、测定双浆液的粘度、静切力、终切力及动切力；
[0023]
s32、取出一定量的双浆液测定其凝结时间，包括测定其初凝时间与终凝时间；
[0024]
s33、最后取出一部分双浆液制作双浆液实验块，检测其早期强度。
[0025]
本发明与现有技术相比，其有益效果是：通过按水泥:膨润土:水＝450:75:785配制水泥浆，再按水泥+水玻璃配制双液浆，从粘度、凝结时间、抗压强度、渗透性等方面提高浆液的技术性能，从而满足砂性强渗透富水地层盾构同步注浆技术要求，调整水玻璃模数可达到相应调整c-s双液浆塑性粘度，还可调整水玻璃模数可达到相应调整c-s双液浆塑性粘度。
附图说明
[0026]
图1为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的浆液配制技术流程图；
[0027]
图2为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的实施方案流程框图；
[0028]
图3为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的普通硅酸盐水泥c-s双液浆塑性粘度随水玻璃体积比的变化图；
[0029]
图4为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的325复合矿渣水泥c-s双液浆稠度系数随水玻璃体积比的变化图；
[0030]
图5为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的425普通硅酸盐水泥c-s双液浆动切力随水玻璃体积比的变化图；
[0031]
图6为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的425普通硅酸盐水泥c-s双液浆初切力随水玻璃体积比的变化图；
[0032]
图7为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的425普通硅酸盐水泥c-s双液浆终切力随水玻璃体积比的变化图；
[0033]
图8为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的425水泥c-s双液浆初凝时间随水玻璃体积比的变化图
[0034]
图9为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的425水泥c-s双液浆终凝时间随水玻璃体积比的变化图
[0035]
图10为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的325 复合水泥c-s双液浆初凝时间随水玻璃体积比的变化图
[0036]
图11为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的325 复合水泥c-s双液浆终凝时间随水玻璃体积比的变化图
[0037]
图12为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的425 硅酸盐水泥以及325复合水泥中2.85和3.5的三种模样的破坏后的试样图
[0038]
图13为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的不同水泥与不同水玻璃情况下强度均值变化图。
具体实施方式
[0039]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0040]
参照图1-图13，一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液，包括：
[0041]
水泥浆、水玻璃及由所述水泥浆与所述水玻璃配制而成的双浆液；
[0042]
所述水泥浆包括水泥、膨润土及水，所述水泥浆成分比例为：
[0043]
水泥450；
[0044]
膨润土75；
[0045]
水785；
[0046]
所述水玻璃模数范围为2.8～3.5，所述水泥浆与所述水玻璃的体积比的取值区间为0.1～0.2。
[0047]
进一步的，还包括以下步骤：
[0048]
s1、将水泥、膨润土及水按照水泥450、水泥450及水785比例进行搅拌均匀配制水泥浆；
[0049]
s2、再根据确定配合比按规范配制的水泥浆与水玻璃溶液进行混合，按实验方案配制所需的双浆液；
[0050]
s3、最后进行参数测定。
[0051]
进一步的，所述步骤s3包括以下步骤：
[0052]
s31、测定双浆液的粘度、静切力、终切力及动切力；
[0053]
s32、取出一定量的双浆液测定其凝结时间，包括测定其初凝时间与终凝时间；
[0054]
s33、最后取出一部分双浆液制作双浆液实验块，检测其早期强度。
[0055]
首先，在充分调研基础上，比选确定水泥-水玻璃双液浆为同步注浆的基本浆液类型。从粘度、凝结时间、抗压强度、渗透性等方面，进行系统试验比选和优化，研发适用于砂性富水地层的同步注浆浆液。
[0056]
参照图3-图4，一实施例，对浆液粘度特性的比较分析，对应于不同水玻璃模数和体积比条件下，pc425普通硅酸盐水泥c-s双液浆与325复合矿渣水泥c-s双液浆稠度系数变化规律，图3显示：i)水玻璃模数对浆液塑性粘度影响显著，随模数增加，浆液塑性粘度大幅增加；ii)水玻璃掺入量增大，浆液塑性粘度显著增大。
[0057]
由图4可知，3.5和2.85模数的325复合矿渣硅酸盐水泥c-s双液浆的粘度(以稠度系数来表示)随着水玻璃的体积比的增长而迅速增长，当水玻璃的体积比在0.08～0.15时变化幅度非常大，当超过0.15时就不再增大。然而2.3这样的低模数的325复合矿渣硅酸盐水泥c-s双液浆的粘度一直随着水玻璃的体积比的增加而逐渐减小。
[0058]
参照图5-图7，其是pc425普通硅酸盐水泥c-s双液浆的动切力、静切力及终切力的图，对于425普通硅酸盐水泥c-s双液浆进行粘度测试，所述粘度测试包含塑性粘度和粘聚力的测试，粘聚力测试含动切力、静切力测试。动切力和静切力较高，则其对浆液中的固相颗粒的悬浮作用相对较好；反之，静切力太低，易造成固相颗粒沉淀，不利于泥浆的悬渣效果。
[0059]
众所周知，在一定范围内增加浆液的粘度和粘聚力，可以提高浆液的抗冲刷能力。
[0060]
可见，调整水玻璃模数或水玻璃的掺入量均可达到相应调整c-s双液浆塑性粘度的目的。工程中可根据实际需要，结合模数及掺入量对浆液其它物理力学性能的影响，综合选用合理的配制参数，以取得相对优化的技术经济效益。
[0061]
参照图8-图11，两种c-s双液浆的初凝和终凝时间，图8和图9结果显示，425普通硅酸盐水泥c-s双浆液的初凝和终凝时间随水玻璃体积比的增长而迅速减小。3.5模数的水玻璃双浆液的初凝、终凝时间比同体积比的2.85 和2.3模数的初凝时间和终凝时间要小很多。水玻璃掺入体积比大于0.1时，浆液的初凝和终凝时间逐渐趋于稳定，提高掺入量对改变浆液凝固时间意义不大。
[0062]
由图10、图11可知，325复合矿渣硅酸盐水泥c-s双液浆的初终凝时间随着水玻璃的体积比的变化趋势如下：首先是初终凝时间随着水玻璃的体积比的增大而减小，当体积比超过0.12之后又迅速增大。即水玻璃掺入量大于 1.2时，如继续加大掺入量，反而急剧增大浆液的凝固时间，从而对同步注浆效果产生不利影响。
[0063]
注浆过程中，当希望浆液渗透或扩散半径(或距离)较远时，要求浆液的凝结时间或凝胶时间要足够长。对砂性强渗透地层且有地下水运动时，防止浆液过分稀释或被冲走，要求浆液在注入过程中速凝，即缩短初凝时间。 pc425普通硅酸盐水泥c-s双液浆在凝固时间及其性能可控方面明显优于 325复合矿渣硅酸盐水泥c-s双液浆。
[0064]
参照图12-13，一试验对425硅酸盐水泥以及325复合水泥中2.85和3.5 两种模数体积比分别为0.05、0.08、0.15和0.2的c-s双液浆的早期初凝强度进行了测试，每种配比做了三个试样取平均值，以减小误差。其中，水玻璃模数3.5、配比0.2的试样，由于初凝时间在8天以上并且强度非常小，在试验时略去，从图13可以看出，对425普通硅酸盐水泥类试样：相同水玻璃体积比时，水玻璃模数高的试样初凝强度更大；相同水玻璃模数时，水玻璃体积比越高，试样终凝强度越大；水玻璃为3.5模数的试样强度随着体积比的提高而迅速增加，其增长速度较2.85模数的试样要快得多。而对325复合矿渣水泥类试样：水玻璃体积比在大于0.08某处存在一个强度的峰值，随水玻璃体积比左右变化而减小；在水玻璃配比0.07和0.15附近，两种不同模数的水玻璃试样强度相等，在水玻璃配比小于0.07和大于0.15时，2.85模数的试样强度较大，在水玻璃配比介于0.07和0.15之间时，3.5模数的试样强度较大。相同水玻璃配比和水玻璃模数的条件下，425水泥试样强度整体大于325 水泥试样。随水玻璃配比的增大，325复合矿渣水泥的试样强度在过峰值后的下降很多。
[0065]
综合上述各项技术性能试验研究结果，本专利pc425普通硅酸盐水泥c-s 双液浆在粘度、凝结时间、抗压强度、渗透性等方面具有明显优势。
[0066]
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
[0067]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

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