本發(fā)明涉及水泥基建筑材料，尤其是涉及一種隧道注漿材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、交通工程建設(shè)面臨諸多隧道施工技術(shù)，隧道施工過程包含多種工序，其中，注漿技術(shù)被大量應(yīng)用，具有密實填充、維護(hù)結(jié)構(gòu)加固、防漏抗?jié)B等作用，可加固隧道圍巖，保證隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，減少水土流失。

2、常用的注漿材料分為無機(jī)注漿材料和有機(jī)注漿材料，無機(jī)注漿材料分為水泥基、地聚物、水玻璃類等，具有流動性好，價格低廉等優(yōu)勢，有機(jī)注漿材料分為純高分子類和復(fù)合高分子類，其韌性較高，充填密實度好，但價格較高，易導(dǎo)致環(huán)境污染，水泥基類注漿材料仍是最廣泛使用的注漿材料。

3、現(xiàn)有技術(shù)cn101255698a公開了一種雙液高壓注漿液，注漿液以普通硅酸鹽水泥和水玻璃為制漿材料，?cn109437771a公開了一種注漿材料，它包括硅酸鹽水泥、石膏、粉煤灰、速凝劑、膨脹劑，cn102351480a公開一種高性能注漿材料，由基體組分和外摻組分制備而成，基體組分由普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、礦粉、膨脹劑和水組成，外摻組分由萘系高效減水劑、葡萄糖酸鈉、三聚磷酸鈉、引氣劑組成。

4、然而，上述現(xiàn)有技術(shù)中注漿材料為實現(xiàn)密封效果，水泥基注漿必須保證具有一定的膨脹效果，大多采用硫鋁酸鹽水泥等快硬水泥，凝結(jié)時間快，然而其后期強(qiáng)度容易產(chǎn)生倒縮，部分現(xiàn)有技術(shù)添加膨脹劑，價格昂貴，且容易造成注漿料流動性損失，并且，無論是采用膨脹性快硬水泥，還是添加膨脹劑，其膨脹期大多位于90d內(nèi)，而隧道結(jié)構(gòu)常常水文條件錯綜復(fù)雜，常常存在微裂隙承壓滲水出現(xiàn)，需要注漿材料具有及時封堵和長久抗?jié)B的性能，此外，現(xiàn)有技術(shù)中多采用粉煤灰、礦粉等作為摻合料，隨著該類摻合料價格飛漲，大大增加了注漿材料的生產(chǎn)成本。

5、隨著對生態(tài)環(huán)保的要求，大宗工業(yè)固廢的再利用成為建材行業(yè)的研究熱點。其中，鋼渣、磷渣等工業(yè)固廢的利用率相對較低，鋼渣來源于冶鐵工業(yè)，其化學(xué)組成類似水泥熟料，但其活性較低，且鋼渣中的游離cao因結(jié)構(gòu)致密、晶體顆粒粗大等原因?qū)е缕渌徛?，存在安定性問題限制其再利用，近年來諸多學(xué)者和企業(yè)對鋼渣進(jìn)行碳化處理降低其游離cao含量，消除其安定性隱患，并提高其活性從而再利用；磷渣為黃磷生產(chǎn)的副產(chǎn)物，由于其含有大量可溶性磷鹽和氟鹽，會導(dǎo)致水泥凝結(jié)時間的大幅延長，從而限制了其作為摻合料的利用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種隧道注漿材料及其制備方法，具體的，本發(fā)明采用水泥作為膠凝材料，添加大量工業(yè)固廢作為摻合料，其中，通過對鋼渣進(jìn)行改性制備半碳化鋼渣粉，并配合磷渣粉、電石渣和脫硫灰作為摻合料，添加減水劑和sap顆粒作為外加劑，其中減水劑可降低注漿材料用水量，提高漿料流動性，sap顆?？膳c半碳化鋼渣粉相互協(xié)同，提高注漿材料的長久膨脹性能，尤其對于圍護(hù)結(jié)構(gòu)周邊水豐富的地質(zhì)情況，提高維護(hù)結(jié)構(gòu)抗?jié)B效果。

2、具體的，本發(fā)明隧道注漿材料，由以下重量份原料組成：

3、水泥100-120份，半碳化鋼渣粉40-50份，磷渣粉20-30份，電石渣20-30份，脫硫灰5-10份，細(xì)骨料700-800份，減水劑7-10份，sap顆粒2-4份，水80-90份。

4、優(yōu)選的，所述半碳化鋼渣粉制備工藝為：

5、①將陳化轉(zhuǎn)爐鋼渣顆粒粗破至3-5mm，浸漬于水中進(jìn)行飽水，

6、②將100份飽水鋼渣顆粒置于高壓釜，加入100-120份醇胺溶液，5-10份磷酸二氫鈉，于溫度120-130℃、壓力0.2-0.3mpa預(yù)處理2-4h，

7、③向高壓釜通入含二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行固碳30-45min，干燥，球磨，篩分，即得。

8、鋼渣為鋼鐵冶煉的工業(yè)副產(chǎn)物，其利用率較低，通常作為固體廢棄物露天堆放或簡單填埋，占用大量土地資源，并造成土壤環(huán)境堿化，鋼渣火山灰活性較低，粉磨性較差，并存在大量游離氧化鈣容易造成安定性問題，限制了其應(yīng)用，近日鋼渣常被碳化后制備碳化鋼渣粉，降低游離氧化鈣含量，從而消除體積穩(wěn)定性隱患，本發(fā)明參照游離氧化鈣的特點和碳化工藝的優(yōu)勢，制備一種半碳化鋼渣粉并將其用于注漿材料，使其消除大部分安定性影響，但在潮濕環(huán)境中保持一定的持續(xù)膨脹能力，在注漿材料前期水化過程中，水泥和摻合料形成大量鈣礬石作為膨脹源，半碳化鋼渣中的碳酸鈣顆粒作為晶核，促進(jìn)高活性氧化鈣被大量消耗，殘留的低活游離氧化鈣則作為注漿材料硬化體的長期膨脹源，在潮濕環(huán)境中被逐漸激活，實現(xiàn)后期的持續(xù)微膨脹，堵塞滲水微通道，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)抗?jié)B能力。

9、本發(fā)明對陳化后的轉(zhuǎn)爐鋼渣進(jìn)行初步粗破并浸泡飽水后，加入醇胺和磷酸二氫鈉在高溫高壓下對飽水鋼渣顆粒進(jìn)行預(yù)處理，游離氧化鈣被充分潤濕并與改性劑接觸，在后續(xù)通入二氧化碳其他進(jìn)行碳化過程中，游離氧化鈣只會被部分碳化，生成碳酸鈣微晶不但可以作為填充物，還可在后續(xù)作為晶核，促使剩余游離氧化鈣的水化膨脹，最后進(jìn)行粉磨制備得到一種半碳化鋼渣粉，該半碳化鋼渣粉不同于現(xiàn)有技術(shù)中的碳化鋼渣粉，現(xiàn)有技術(shù)中碳化鋼渣粉中游離氧化鈣含量已經(jīng)大幅降低，并且其剩余的少量游離氧化鈣的活性也較低，無法在后續(xù)水化過程中產(chǎn)生足夠多的膨脹。

10、優(yōu)選的，所述水泥為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥的至少一種，強(qiáng)度等級不低于42.5。

11、優(yōu)選的，所述半碳化鋼渣粉粒徑≤45μm，比表面積≥420m2/kg，游離氧化鈣含量為1.8-2.2%。

12、優(yōu)選的，所述半碳化鋼渣粉制備工藝步驟②中醇胺為三異丙醇胺、三乙醇胺的至少一種，醇胺溶液質(zhì)量濃度為25-30%。

13、優(yōu)選的，所述半碳化鋼渣粉制備工藝步驟③中含二氧化碳?xì)怏w中co2濃度為70-100%。

14、優(yōu)選的，所述磷渣粉比表面積≥450?m2/kg，所述電石渣粒徑≤45μm。

15、本發(fā)明還添加磷渣粉、電石渣和脫硫灰作為摻合料，磷渣粉含有可溶性磷、氟等會延長水泥凝結(jié)時間，本發(fā)明添加磷渣粉與半碳化鋼渣粉共同使用，其中的可溶性磷可對游離氧化鈣的水化進(jìn)行調(diào)控，抑制其在注漿材料硬化體90d之內(nèi)的快速水化，使其進(jìn)行可控性膨脹，生成的不溶性磷酸鈣鹽包覆在游離氧化鈣表面，從而進(jìn)一步調(diào)控了其在服役后期潮濕環(huán)境下進(jìn)行持續(xù)膨脹，封堵滲水通道，提高注漿材料的抗?jié)B效果，電石渣、脫硫灰對磷渣粉和半碳化鋼渣粉同樣可以起到一定的激發(fā)效果，共同生成水化產(chǎn)物與水泥水化產(chǎn)物進(jìn)行交織，提高注漿材料力學(xué)性能，此外，半碳化鋼渣粉、磷渣粉、電石渣的大量添加導(dǎo)致注漿材料包裹性變差，容易導(dǎo)致泌漿，尤其采用機(jī)制砂作為細(xì)骨料時更容易使?jié){料“發(fā)渣”，脫硫灰的添加可提高漿料對骨料的包裹性，漿料和易性得到極大改善。

16、優(yōu)選的，所述細(xì)骨料為機(jī)制砂、河砂、石英砂的至少一種，細(xì)度模數(shù)為2.2-2.4。

17、優(yōu)選的，所述減水劑為聚羧酸減水劑，減水率≥25%。

18、優(yōu)選的，所述sap顆粒為丙烯酰胺型sap。本發(fā)明添加sap顆粒，在漿料拌和初期吸水并發(fā)生膨脹，注漿材料硬化后會逐漸釋放水分，實現(xiàn)內(nèi)養(yǎng)護(hù)，sap顆粒釋水后發(fā)生收縮，產(chǎn)生封閉的微孔，該sap閉孔可以阻斷水分滲透通道，并可提高注漿材料抗凍性，sap閉孔的存在也可為半碳化鋼渣粉中剩余的游離氧化鈣提供一定的膨脹空間，當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)面臨水壓時，sap顆粒可以還可以進(jìn)一步吸收部分水分并保持，注漿材料在服役過程中周圍產(chǎn)生的微裂紋也會由游離氧化鈣水化產(chǎn)生的氫氧化鈣與未水化水泥和摻合料顆粒進(jìn)行水化進(jìn)行彌補(bǔ)，保濕的sap顆粒同樣可以提供水化所需水分，從而提高注漿材料的密實性和抗?jié)B能力。

19、本發(fā)明還涉及上述隧道注漿材料的制備方法，具體的，包括如下步驟：

20、1）按重量份稱取各原料，

21、2）將水泥、半碳化鋼渣粉、磷渣粉、電石渣、脫硫灰、sap顆粒置于攪拌機(jī)干拌均勻，

22、3）向攪拌機(jī)加入細(xì)骨料混合均勻，

23、4）將減水劑溶于水，得到外加劑溶液，

24、5）將外加劑溶液倒入攪拌機(jī)，混合均勻得注漿材料。

25、此外，不可限制的是，本發(fā)明隧道注漿材料具有優(yōu)異的施工效果、力學(xué)性能和耐久性，其同樣也可用于其他工程的注漿場合，例如礦山鉆孔封孔、建筑物地基加固等。

26、本發(fā)明具有如下技術(shù)優(yōu)勢：

27、1.本發(fā)明制備半碳化鋼渣粉，滿足前期安定性要求，同時存在后期持續(xù)膨脹能力，

28、2.本發(fā)明采用半碳化鋼渣粉、磷渣粉、電石渣、脫硫灰作為摻合料，相互協(xié)同調(diào)控水化進(jìn)程，保持持續(xù)膨脹，保證后期富水環(huán)境下的膨脹效果，共同提高注漿材料力學(xué)性能和抗?jié)B能力，

29、3.本發(fā)明添加sap顆粒實現(xiàn)內(nèi)養(yǎng)護(hù)，并引入sap閉孔提高抗?jié)B效果和抗凍性，同時為后期膨脹和裂紋修復(fù)提供空間和水分，

30、4.本發(fā)明采用大量難以利用的摻合料，節(jié)約粉煤灰、礦粉、硅灰的使用，為鋼渣、磷渣、電石渣、脫硫灰的再利用提供解決方案，

31、5.本發(fā)明制備工藝簡單，成本低，具有良好的施工性能、力學(xué)性能和耐久性。