本發(fā)明涉及盾構(gòu)注漿，更具體地說(shuō)，是涉及一種用于盾構(gòu)注漿的流態(tài)固化土。

背景技術(shù)：

1、同步注漿法是盾構(gòu)法隧道施工過(guò)程中的一道關(guān)鍵工序，主要作用在于對(duì)成環(huán)隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與周?chē)馏w的變形控制等方面起到關(guān)鍵作用。同步注漿的原理是通過(guò)注漿劑填充土壤空隙，增加土壤的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，從而保證盾構(gòu)機(jī)的安全推進(jìn)與管片的穩(wěn)固。此外，注漿材料能夠形成固化層，進(jìn)一步增強(qiáng)隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2、流態(tài)固化土作為一種新型填筑工程材料，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)穩(wěn)定土(如灰土等)的變革與發(fā)展，展現(xiàn)出良好的施工與力學(xué)性能。這種材料在固化前具有強(qiáng)流動(dòng)性，在固化后則具有一定的強(qiáng)度、低滲透性與水穩(wěn)定性，能夠保持長(zhǎng)期穩(wěn)定，同時(shí)具備低碳環(huán)保的功能。

3、流態(tài)固化土由于具有類(lèi)似于混凝土的工作性能，不僅可以作為施工墊層材料使用，還可以作為固化地面使用，顯示出其在市政道路或施工道路基層材料應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。這種材料的使用，不僅提高了施工效率，還有助于實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用與環(huán)境保護(hù)。

4、綜合上述，存在將流態(tài)固化土技術(shù)應(yīng)用到同步注漿施工過(guò)程的需求，以減少碳排放，減少工程材料成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了將流態(tài)固化土應(yīng)用于盾構(gòu)同步注漿中，本發(fā)明提供一種用于盾構(gòu)注漿的流態(tài)固化土。

2、本發(fā)明技術(shù)方案如下所述：

3、一種用于盾構(gòu)注漿的流態(tài)固化土，盾構(gòu)同步注漿漿液的組成成分包括泥漿母液與盾構(gòu)單漿液，泥漿母液的成分組成包括泥漿與固化劑，泥漿為施工現(xiàn)場(chǎng)渣土過(guò)濾后加水均勻攪拌形成，固化劑的成分組成包括水泥、硫酸鈉及碳酸鈣，盾構(gòu)單漿液的成分組成包括水泥與水，水灰比的數(shù)值大于等于1。

4、本發(fā)明的盾構(gòu)同步注漿漿液采用流態(tài)固化土，即以施工現(xiàn)場(chǎng)渣土(本發(fā)明也可以是盾構(gòu)渣土)為主要材料，在此基礎(chǔ)上，加入固化劑形成泥漿母料，并混合水泥純漿的盾構(gòu)單漿液，均勻攪拌后形成盾構(gòu)同步注漿漿液。這樣構(gòu)成的盾構(gòu)同步注漿漿液凝固、硬化后的強(qiáng)度適宜，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地支撐隧道周?chē)牡貙?，并確保隧道結(jié)構(gòu)的安全性，且防水性能佳，凝固、硬化后能夠令盾構(gòu)管片的縫隙滲漏水現(xiàn)象發(fā)生率與程度均大幅降低。

5、上述的一種用于盾構(gòu)注漿的流態(tài)固化土，制備盾構(gòu)同步注漿漿液的過(guò)程中，先分別在兩個(gè)不同的容器中制備泥漿母液與盾構(gòu)單漿液，泥漿母液與盾構(gòu)單漿液二者各自的組成材料混合均勻，并使得泥漿母液與盾構(gòu)單漿液發(fā)生預(yù)反應(yīng)，再在新的容器中按配合比混合泥漿母液與盾構(gòu)單漿液，并攪拌均勻。

6、泥漿母液中的固化劑與盾構(gòu)單漿液均為以水泥為基底的物質(zhì)，但在本發(fā)明中，并沒(méi)有將其放置在同一容器中混合，而是分別制成泥漿母液與盾構(gòu)單漿液，靜置若干時(shí)間令二者發(fā)生預(yù)反應(yīng)后再將泥漿母液與盾構(gòu)單漿液混合均勻形成盾構(gòu)同步注漿漿液。

7、泥漿母液在預(yù)反應(yīng)過(guò)程，其中的固化劑與土壤已經(jīng)開(kāi)始了水化反應(yīng)，固化劑中的水泥進(jìn)行水化反應(yīng)并生成一定數(shù)量的水泥水化產(chǎn)物，并且土壤中的顆粒已經(jīng)與水泥水化產(chǎn)物形成了一定程度的膠結(jié)，當(dāng)然，水泥水化產(chǎn)物的生成速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于膠結(jié)速度。同時(shí)，盾構(gòu)單漿液也處于預(yù)反應(yīng)狀態(tài)，其中的水泥進(jìn)行水化反應(yīng)，生成一定數(shù)量的水泥水化產(chǎn)物，并開(kāi)始逐漸形成密集的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。相對(duì)于泥漿母液而言，盾構(gòu)單漿液的水化反應(yīng)速度更快，水泥水化產(chǎn)物在同一時(shí)間內(nèi)生成的數(shù)量更多。泥漿母液與盾構(gòu)單漿液在同一時(shí)間混合，此時(shí)泥漿母液中的土壤與水泥水化產(chǎn)物產(chǎn)生一定程度的膠結(jié)，這種膠結(jié)是以水泥水化產(chǎn)物為核心，粘附周?chē)耐寥李w粒，因此導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)泥漿母液的孔隙率增大。而另一方面，同一時(shí)間，盾構(gòu)單漿液中的水泥水化產(chǎn)物更多，二者混合視為泥漿母液與盾構(gòu)單漿液二者主動(dòng)碰撞，相對(duì)于靜止?fàn)顟B(tài)下水化反應(yīng)的發(fā)生，主動(dòng)碰撞有利于土壤顆粒與水泥水化產(chǎn)物更快地接觸并開(kāi)始相互作用，這種快速接觸會(huì)促進(jìn)更快的化學(xué)反應(yīng)速率，導(dǎo)致更多的化學(xué)鍵形成，以促進(jìn)反應(yīng)更加完整。且泥漿母液與盾構(gòu)單漿的漿液在攪拌中趨近均勻，此時(shí)盾構(gòu)單漿液中的水泥水化產(chǎn)物能夠更好地填充進(jìn)泥漿母液中的土壤與水泥水化產(chǎn)物膠結(jié)后生成的孔隙中，土壤顆粒會(huì)被更均勻地包裹在水泥水化產(chǎn)物中，形成致密的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致整體孔隙率減小，提高結(jié)構(gòu)的致密性和強(qiáng)度。(常規(guī)流態(tài)固化土的制備技術(shù)中，通常是將固化劑加入泥漿中攪拌均勻，從化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力方面考慮，相較于本發(fā)明的主動(dòng)混合、主動(dòng)碰撞，常規(guī)流態(tài)固化土的制備技術(shù)是一個(gè)相對(duì)的靜態(tài)系統(tǒng)，那么其中的化學(xué)反應(yīng)可能會(huì)受到擴(kuò)散限制，土壤顆粒與水泥水化產(chǎn)物的接觸可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間，這就導(dǎo)致二者的反應(yīng)速率較慢。另一方面從微觀結(jié)構(gòu)考慮，本發(fā)明的主動(dòng)混合、主動(dòng)碰撞會(huì)形成更均勻的微觀結(jié)構(gòu)，土壤顆粒會(huì)被更均勻地包裹在水泥水化產(chǎn)物中，形成致密的結(jié)構(gòu)，有助于減少孔隙率，提高結(jié)構(gòu)的致密性與強(qiáng)度，后續(xù)對(duì)水腐蝕的耐久性與穩(wěn)定性更高。而常規(guī)流態(tài)固化土的制備技術(shù)的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力較慢，孔隙率在反應(yīng)過(guò)程中參差不齊，多數(shù)是在后續(xù)膨脹、膠結(jié)時(shí)填補(bǔ)而成，因此微觀結(jié)構(gòu)上含有更大的孔隙，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)致密度降低，影響后續(xù)抗腐蝕性，耐久性與穩(wěn)定性較差。)

8、本發(fā)明通過(guò)泥漿母液與盾構(gòu)單漿液的單獨(dú)制備后再混合的方式，令泥漿母液與盾構(gòu)單漿液二者主動(dòng)碰撞，充分利用水泥在土壤中與自身單獨(dú)作用兩種不同情況下水化反應(yīng)速度的差別，令生成更多水泥水化產(chǎn)物的盾構(gòu)單漿液作為泥漿母液的反應(yīng)加速劑，提高水泥的水化反應(yīng)與水泥水化產(chǎn)物在土壤中的膠結(jié)速率，從而實(shí)現(xiàn)以施工現(xiàn)場(chǎng)渣土制備的土壤固化的盾構(gòu)同步注漿漿液早強(qiáng)，形成有效的支撐體系，防止地層因失去支撐而產(chǎn)生較大的變形，提高管片結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

9、此外，泥漿母液的固化劑中含有硫酸鈉是出于緩凝考慮，硫酸鈉在水泥體系中可以起到緩凝作用，硫酸鈉可以與水泥中的某些水化產(chǎn)物反應(yīng)，比如與氫氧化鈣(ca(oh)2)反應(yīng)生成硫酸鈣(caso4·2h2o)，這一過(guò)程相對(duì)較慢，因此可以延緩水泥的凝結(jié)時(shí)間。在本發(fā)明中，并未將硫酸鈉放在盾構(gòu)單漿液中，而是放置在泥漿母液的固化劑中，是為了確保泥漿母液與盾構(gòu)單漿液混合時(shí)，盾構(gòu)單漿液的水泥水化產(chǎn)物盡可能多些，以實(shí)現(xiàn)加快土壤顆粒與水泥水化產(chǎn)物的反應(yīng)速率，并且，對(duì)于盾構(gòu)施工而言，盾構(gòu)同步注漿漿液的緩凝最好是體現(xiàn)在注漿后的時(shí)間，盾構(gòu)同步注漿漿液在注入管片后方時(shí)，需要存在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間仍能夠流動(dòng)，以便盾構(gòu)同步注漿漿液能夠流動(dòng)到管片后方空隙的每一個(gè)部位。還有，硫酸鈉在土壤固化過(guò)程中，可以與土壤中的鈣離子反應(yīng)形成硫酸鈣，在后續(xù)泥漿母液與盾構(gòu)單漿液的混合中，硫酸鈣與水泥中的鋁酸三鈣(c3a)反應(yīng)，消耗了c3a，延緩了c3a的水化，從而有效控制水泥的凝結(jié)時(shí)間，也就是水泥水化產(chǎn)物的凝結(jié)時(shí)間，從而在后續(xù)過(guò)程中起到緩凝的作用。(此外，本發(fā)明的流態(tài)固化土不需要考慮早初凝，要求混凝，因?yàn)槎軜?gòu)同步注漿漿液需要時(shí)間流動(dòng)到空隙的每一個(gè)部位，在自重與震動(dòng)的條件下，需要一定的時(shí)間完成，給盾構(gòu)管片處于平衡狀態(tài)后再凝固早強(qiáng)，因此，初凝時(shí)間早，如2-3小時(shí)初凝，其實(shí)并沒(méi)有利于減緩滲漏水現(xiàn)象的效果。)

10、碳酸鈣作用一種細(xì)粉狀物質(zhì)，通常作為各種物質(zhì)的填充材料使用。在本發(fā)明中，碳酸鈣能夠填充進(jìn)泥漿母液的土壤顆粒與水泥水化產(chǎn)物之間的孔隙，甚至在盾構(gòu)單漿液的混合后仍能夠填充盾構(gòu)單漿液的水泥水化產(chǎn)物與土壤顆粒之間的孔隙，進(jìn)一步降低盾構(gòu)同步注漿漿液(流態(tài)固化土)的孔隙率。碳酸鈣的細(xì)小顆粒結(jié)構(gòu)還可以減少粒子間的摩擦力，有助于提高混合物的整體流動(dòng)性，提高攪拌均勻性，并且?guī)椭纳颇酀{、盾構(gòu)同步注漿漿液的流動(dòng)性與穩(wěn)定性。

11、通常情況下，盾構(gòu)同步注漿用的盾構(gòu)單漿液為水泥漿，是以水泥為主要膠結(jié)材料構(gòu)成的泥漿液，通常會(huì)增加膨潤(rùn)土、粉煤灰、砂等建材以賦予盾構(gòu)單漿液的各種不同的屬性或特性，其水灰比為灰多水少，較低的水灰比有助于提高水泥漿的早期強(qiáng)度，使得漿液能夠更快地硬化并形成支撐結(jié)構(gòu)，同時(shí)低水灰比有助于減小漿液的滲透性，減少漿液向周?chē)馏w中的流失，確保漿液能有效地填充預(yù)定的空間，從而更好地支撐盾構(gòu)開(kāi)挖面。而在本發(fā)明用于盾構(gòu)同步注漿的流態(tài)固化土中，采用的盾構(gòu)單漿液的水灰比為水多灰少，一方面，泥漿母液中含有的固化劑使得泥漿母液的比重較大，粘度較大，故而增加盾構(gòu)單漿液的含水量，提高流動(dòng)性，有利于盾構(gòu)同步注漿漿液(流態(tài)固化土)在狹窄或復(fù)雜空間中的注入、填充，以更好地填充盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖后形成的空隙，另一方面，灰多水少設(shè)計(jì)的盾構(gòu)單液漿因?yàn)樵鐝?qiáng)與大收縮率的關(guān)系，導(dǎo)致實(shí)際注漿不密實(shí)，故而改用較高的水含量，水泥的硬化仍能夠保持早強(qiáng)特征，但較高的含水量有助于控制硬化過(guò)程中的收縮現(xiàn)象，從而延緩硬化速度，降低盾構(gòu)單漿液的凝固速度，并在盾構(gòu)單漿液與泥漿母液混合之后，泥漿母液中的固化劑能夠促進(jìn)與彌補(bǔ)凝固、硬化效果，避免因水分過(guò)多造成的最終強(qiáng)度低，以提供較高的支撐力。

12、上述的一種用于盾構(gòu)注漿的流態(tài)固化土，盾構(gòu)同步注漿漿液的收縮率標(biāo)準(zhǔn)為小于1％，滲透系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為小于8-10cm/s，粘度標(biāo)準(zhǔn)為大于50s，比重標(biāo)準(zhǔn)為大于等于1.5g/cm3。

13、上述的一種用于盾構(gòu)注漿的流態(tài)固化土，盾構(gòu)同步注漿漿液的緩凝時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)為18-24h，盾構(gòu)同步注漿漿液終凝后1d強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)為0.1-0.3mpa，28d強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)為大于等于2.0mpa。

14、上述的一種用于盾構(gòu)注漿的流態(tài)固化土，盾構(gòu)單漿液的水灰比為1:1-1.5:1。

15、上述的一種用于盾構(gòu)注漿的流態(tài)固化土，固化劑中，水泥、硫酸鈉及碳酸鈣的質(zhì)量配合比：水泥:硫酸鈉:碳酸鈣＝8:1:1。

16、上述的一種用于盾構(gòu)注漿的流態(tài)固化土，固化劑的摻入量為：每噸泥漿的固化劑用量為150-200千克。

17、上述的一種用于盾構(gòu)注漿的流態(tài)固化土，泥漿母液與盾構(gòu)單漿液的質(zhì)量配合比為：泥漿母液:盾構(gòu)單漿液＝5:1-8:1。

18、相較于傳統(tǒng)的盾構(gòu)同步注漿漿液，本發(fā)明的盾構(gòu)同步注漿漿液的比重明顯較大。通常情況下，盾構(gòu)同步注漿施工現(xiàn)場(chǎng)注意注漿效率，比重大的盾構(gòu)同步注漿漿液可能因粘度大導(dǎo)致盾構(gòu)同步注漿不順暢，影響盾構(gòu)同步注漿效率。但實(shí)際上，由于本發(fā)明的盾構(gòu)同步注漿漿液緩凝效果明顯，流動(dòng)性相對(duì)于其高比重而言較大，而盾構(gòu)同步注漿的注漿機(jī)原則上能流動(dòng)的漿液都能抽漿與注漿，因此，本發(fā)明的盾構(gòu)同步注漿漿液對(duì)盾構(gòu)同步注漿效率的影響并沒(méi)有想象中的大，必要時(shí)還可以增設(shè)一個(gè)或多個(gè)注漿孔，以提高盾構(gòu)同步注漿效率。而本發(fā)明注重盾構(gòu)同步注漿漿液的比重，主要是因?yàn)楸戎卮蟮亩軜?gòu)同步注漿漿液在水中穩(wěn)定性高，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證明，盾構(gòu)同步注漿漿液的比重大，在水下、水中注漿的初期，不會(huì)發(fā)行盾構(gòu)同步注漿漿液在注漿壓力的作用下被水沖刷，導(dǎo)致懸浮物增多，注漿結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等問(wèn)題。

19、根據(jù)上述方案的本發(fā)明，其有益效果在于，

20、1.本發(fā)明固化后的流態(tài)固化土能夠顯著降低盾構(gòu)管片縫隙的滲漏水現(xiàn)象，提高隧道的防水性能。

21、2.本發(fā)明通過(guò)分別制備泥漿母液和盾構(gòu)單漿液，再進(jìn)行混合，通過(guò)預(yù)反應(yīng)過(guò)程，提高流態(tài)固化土中水泥水化產(chǎn)物的生成速度與膠結(jié)速率，從而實(shí)現(xiàn)早強(qiáng)效果。

22、3.本發(fā)明的流態(tài)固化土具有延緩效果，通過(guò)調(diào)整盾構(gòu)單漿液的水灰比與固化劑的作用，可以保持漿液的流動(dòng)性，使其更容易在狹窄或復(fù)雜空間中注入與填充，確保漿液能夠填充到管片后方空隙的每個(gè)部位。

23、4.本發(fā)明的流態(tài)固化土收縮率低，從而減少因收縮導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)缺陷。

24、5.本發(fā)明的流態(tài)固化土能夠形成更均勻的微觀結(jié)構(gòu)，土壤顆粒被更均勻地包裹在水泥水化產(chǎn)物中，形成致密的結(jié)構(gòu)，有助于提高耐久性和穩(wěn)定性。

25、6.本發(fā)明使用施工現(xiàn)場(chǎng)渣土作為流態(tài)固化土的主要材料，實(shí)現(xiàn)了建筑廢料的再利用，符合環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展的理念。