本發(fā)明屬于地下工程材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于高地溫隧道支護的改良錨桿砂漿。

背景技術(shù)：

隨著中國快速發(fā)展，各項交通建設(shè)正在如火如荼的開展，各種公路鐵路隧道的長度和埋深都在每年打破記錄，施工環(huán)境也變得越來越復(fù)雜，不僅要面對高地應(yīng)力帶來的危害，還要考慮高低溫產(chǎn)生的影響。雖然，目前此類問題已經(jīng)引起重視，并提出了一些解決方法，但是總的來說還沒有很強的針對性措施。公路工程中有大量的防水耐高溫材料，但是都是短時間的，如何做到長時間的耐高溫并且減少高溫環(huán)境對隧道支護性能的影響，是值得去探索并實現(xiàn)。

在高溫情況下，巖石會緩慢變形，在進行隧道建設(shè)時易產(chǎn)生裂縫，巖石容易脫落，在高應(yīng)力的環(huán)境下還會產(chǎn)生巖爆現(xiàn)象，給現(xiàn)場施工人員帶來危害。普通隧道錨桿只能在常溫下發(fā)揮作用，但高地溫條件下由于砂漿內(nèi)水水分快速蒸發(fā)易發(fā)生應(yīng)力松弛，使得砂漿錨桿無法達到應(yīng)有的錨固強度，會給隧道工程施工帶來潛在危害。

隧道施工為半封閉式，空間狹小且通風(fēng)不良，工人在大多數(shù)施工情況下都會做呼吸保護措施但還是無法徹底避免各種施工粉塵吸入，不少隧道工人易患呼吸道疾病。因此，結(jié)合以人為本的思想，在保持產(chǎn)品可靠性同時也要最大限度減輕產(chǎn)品原料對人體的傷害。

縱觀近幾年相關(guān)發(fā)明專利，對耐高溫材料的發(fā)明大部分集中考慮防火情況，這些發(fā)明專利的特點多是針對臨時性耐高溫，提升材料在高溫條件下的耐久時間，一旦超過設(shè)計時限，設(shè)計材料一般都會喪失原有功能。而針對長時間處于高溫條件下的施工相關(guān)材料發(fā)明很少，類似有：一種新型砂漿(申請?zhí)?01310337813.5)此發(fā)明有隔熱功效，但僅是針對建筑外墻的使用，并不注重砂漿本身的力學(xué)性能，其配比不能使之成為錨桿砂漿。以及一種耐高溫混凝土及其制備方法(申請?zhí)?01410125101.1)此專利即便是將骨料剔除使其成為一種耐高溫砂漿，眾多的添加劑只會給施工現(xiàn)場帶來更加復(fù)雜的操作過程，無形中增加了建設(shè)成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上面所述問題，本發(fā)明提供了一種用于高地溫隧道支護的改良錨桿砂漿，在高地溫情況下，錨桿砂漿強度有所提高，表面不會開裂，具有很好的耐熱性能和韌性，材料綠色環(huán)保，能長期處于高溫環(huán)境下，并且容易實施成本低廉。具體技術(shù)方案為：

用于高地溫隧道支護的改良錨桿砂漿，包括如下原料按照重量份組成：水泥680-730、凝膠材料150-200、水450-500、輕骨料450-500、添加劑5-10、黃麻纖維130。

所述水泥為普通硅酸鹽水泥，型號為P·O42.5。

所述的凝膠材料為Ⅰ級粉煤灰。

所述的輕骨料為城市污泥陶砂。

所述的添加劑為碳酸鈣晶須。

用于高地溫隧道支護的改良錨桿砂漿制備方法，包括以下幾個步驟：

(1)首先加入一半的水和全部的輕骨料投入攪拌機攪拌均勻，再持續(xù)攪拌2分鐘；

(2)接著加入凝膠材料和水泥繼續(xù)攪拌2分鐘；

(3)最后加入剩下的水和添加劑、黃麻纖維攪拌均勻后，再持續(xù)攪拌3分鐘出料；

(4)將制成的砂漿注入到液壓泵送機內(nèi)進行泵送，每次制成的成品砂漿必須在30分鐘以內(nèi)使用完。

所述的輕骨料為城市污泥陶砂，陶砂是陶粒在篩分機上篩分出來的細小顆粒。陶砂本身密度略高于普通河沙，作為一種無機材料穩(wěn)定性良好，具有耐腐蝕、耐高溫、強度高等特點。生產(chǎn)陶砂的原材料很多，本專利所選用的城市污泥陶砂是利用城市在建設(shè)發(fā)展中存在的巨量城市污泥所制成，城市污泥陶砂具備其他主流材料制成陶砂的優(yōu)點，是一種環(huán)保材料，能替代傳統(tǒng)河沙，價格便宜經(jīng)濟性良好。

所述的碳酸鈣晶須是一種新型無機添加劑，無毒、無氣味、呈白色蓬松狀固體。碳酸鈣晶須綜合性能良好，摩擦系數(shù)高，耐磨耐熱性能好。由于鋼纖維對和易性影響大并且泵送過程中對橡膠管摩擦傷害非常大，所以不在砂漿中使用，碳酸鈣須晶就能作為鋼纖維替代品，它同時與水泥有良好的相容性，能增強砂漿錨桿力學(xué)性能。而且傳統(tǒng)纖維狀無機添加物如聚丙烯纖維，人吸入后纖維在肺部易引起炎癥并致癌，碳酸鈣在酸性條件下可分解成可溶性物質(zhì)排出體外，做到了真正的無毒無害，是一種綠色建筑材料。

所述的粉煤灰采用Ⅰ級粉煤灰，替代20％的水泥砂漿，以改善混凝土拌合物和易性，減少混凝土本身收縮和開裂，減少混凝土養(yǎng)護中的水化熱，很好地補償混凝土后期強度。還能增強砂漿流動性，不易發(fā)生堵管現(xiàn)象，使注漿泵高效率工作，提高施工連續(xù)性。同時，粉煤灰作為火山灰材料，自身活性發(fā)揮是與溫度密切相關(guān)，在高溫的養(yǎng)護條件下可以使這些物質(zhì)的活性加速發(fā)揮，使砂漿更快獲得理想強度。

我國作為黃麻生產(chǎn)大國，資源豐富，產(chǎn)量大，價格廉價，具有很強的經(jīng)濟性。黃麻纖維具有高強度、高模量、比重輕的特點，自身分散性很好攪拌不易結(jié)團。將其添加進砂漿中可使砂漿抗裂性提高，受力性能優(yōu)于聚丙烯纖維，并且聚丙烯纖維作為一種化學(xué)纖維并不具備綠色環(huán)保的特點。

此制作方式與傳統(tǒng)一次性投料方式相比凝膠材料能與砂更好結(jié)合，有效減少凝膠材料結(jié)團現(xiàn)象，砂漿質(zhì)地更加均勻，添加劑也能很好分散開來，使得錨桿整體性更好，更進一步減少高溫環(huán)境下應(yīng)力松弛現(xiàn)象發(fā)生。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的改良錨桿砂漿既具有耐熱性能，又具有抗拉抗折性能，能解決熱-力耦合下的巖爆問題。此改良錨桿砂漿，配比易于拌合，施工性能好，不易發(fā)生堵管現(xiàn)象。在高地溫條件下注入到隧道錨桿中，能更快的達到錨桿的預(yù)定強度，錨桿砂漿硬化后，其耐熱性能好、抗壓拉抗彎折強度高、韌性好、抗裂性好。粉煤灰顆粒的特性是表面致密，不易水化，所以早期強度較低，但這時碳酸鈣須晶和黃麻纖維就有很好的補強功能，使錨桿整體性能并不會因為粉煤灰的水化影響而減弱。而到了28d左右粉煤灰開始進行水化反應(yīng)，錨桿強度還會進一步的提高，所以，此錨桿支護砂漿能在長期高溫條件下保持應(yīng)力，避免應(yīng)力松弛，有效減少熱-力耦合下的巖爆現(xiàn)象發(fā)生，保障了施工人員人身安全，減少設(shè)備損耗，大量使用綠色環(huán)保材料，營造良好運營環(huán)境，為解決地下工程相關(guān)問題具有良好指導(dǎo)意義。

本發(fā)明提供的錨桿砂漿能有效提高砂漿的耐高溫性能，使得砂漿凝結(jié)后在長時間高溫條件下能有效幅減小錨桿的應(yīng)力松弛，形成有效支護。具有耐高溫，高韌性，抗壓拉抗彎折能力強等特點。同時，本砂漿配比和易性良好，泵送不易發(fā)生堵管，提高錨桿注入效率，有效減少泵送砂漿堵塞現(xiàn)象，在長期高溫條件下，性能依舊可靠。并且，成本低廉，具有良好的經(jīng)濟性，城市污泥陶砂、碳酸鈣須晶、黃麻纖維都是綠色環(huán)保新型材料，無毒無污染，很大程度上降低了由施工材料污染造成的不良影響。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和對比例，對本發(fā)明的具體實施方式進行闡明。

實施例1

用于高地溫隧道支護的改良錨桿砂漿，包括如下原料按照重量份組成：水泥680、Ⅰ級粉煤灰200、水450、城市污泥陶砂450、碳酸鈣晶須7、黃麻纖維130。

用于高地溫隧道支護的改良錨桿砂漿制備方法，包括以下幾個步驟：

(1)首先加入一半的水和全部的輕骨料投入攪拌機攪拌均勻，再持續(xù)攪拌2分鐘；

(2)接著加入凝膠材料和水泥繼續(xù)攪拌2分鐘；

(3)最后加入剩下的水和添加劑、黃麻纖維攪拌均勻后，再持續(xù)攪拌3分鐘出料；

(4)將制成的砂漿注入到液壓泵送機內(nèi)進行泵送，每次制成的成品砂漿必須在30分鐘以內(nèi)使用完。

實施例2

用于高地溫隧道支護的改良錨桿砂漿，包括如下原料按照重量份組成：水泥730、Ⅰ級粉煤灰180、水500、城市污泥陶砂500、碳酸鈣晶須10、黃麻纖維130。

用于高地溫隧道支護的改良錨桿砂漿制備方法同實施例1。

實施例3

用于高地溫隧道支護的改良錨桿砂漿，包括如下原料按照重量份組成：水泥700、Ⅰ級粉煤灰150、水480、城市污泥陶砂480、碳酸鈣晶須10、黃麻纖維130。

用于高地溫隧道支護的改良錨桿砂漿制備方法同實施例1。

將所需原料拌和后注入到50*100的圓柱體模具中在28d養(yǎng)護后進行拉拔試驗，試驗結(jié)果表明，該改良砂漿能耐120℃高溫，在達到極限拉拔力時，砂漿與鋼筋位移小于普通錨桿砂漿，砂漿表明裂紋較少，并且在常溫與120℃高溫比較下各項性能并無明顯差異。同時，以50*100圓柱體在MTS儀器上進行常溫抗壓試驗，抗壓強度可達15.2MPa，加熱到120℃穩(wěn)定5h后抗壓強度為14.8MPa。

對比例1

錨桿砂漿，包括如下重量份的組分：水泥680-730、粉煤灰150-200、水450-500、城市污泥陶砂450-500，攪拌方式同上。

此對比試驗減少了碳酸鈣須晶與黃麻纖維，在缺少兩種外加劑情況下，在拉拔試驗中抗拉強度明顯減弱，抗壓強度也有一定程度的下降，這是因為缺少兩種外加劑后砂漿之間粘結(jié)度降低受力性能也相應(yīng)減弱。

對比例2一種用于高地溫隧道支護的改良

錨桿砂漿，包括如下重量份的組分：水泥750-850、水450-500、城市污泥陶砂450-500、碳酸鈣晶須5-10、黃麻纖維130。

此對比試驗減少了粉煤灰，用水泥替代，在常溫抗拉壓試驗中受力性能并未出現(xiàn)明顯下降，在高溫情況下有所下降，抗壓強度為10.2MPa

對比例3

錨桿砂漿，由水泥、城市污泥陶砂、水按照2:1:1的質(zhì)量比混合而成，，攪拌方式同上。

此對比試驗?zāi)M一般錨桿砂漿配比，拉拔試驗位移大，裂縫多，在高溫情況下有明顯的應(yīng)力松弛現(xiàn)象產(chǎn)生?？箟涸囼炛校乜箟哼_到7.2MPa，120℃下為6.7MPa有所降低。此配比唯一優(yōu)點為具有良好的和易性，并能保持一般砂漿的強度。

對比例4

錨桿砂漿，配料與實施例1相同，采用傳統(tǒng)的一次性投料方式進行攪拌。

在養(yǎng)護28d后進行力學(xué)試驗，使用本專利攪拌方式攪拌后砂漿強度普遍比傳統(tǒng)攪拌方式攪拌砂漿強度提高9％左右，極個別可以接近12％，此對比例能夠有效說明采用新型攪拌方便攪拌后砂漿質(zhì)地更加均勻，具有更好的力學(xué)性能。

與對比例相比，實施例具有良好的抗壓拉、耐高溫和易性好以及實際施工方便等特性，長時間高溫條件下依舊性能可靠，材料綠色環(huán)保，對人體無毒無害。可以作為高溫隧道支護的錨桿砂漿，減小高地溫為隧道施工帶來的不確定性危害，有效保護施工人員生命安全。