一种含泥水盾构废弃泥浆的同步砂浆及其制备方法与流程

本发明专利涉及含泥水盾构废弃泥浆的同步砂浆，以盾构废弃泥浆为主，掺加部分筛分渣土、高炉矿渣粉、磷渣粉、脱硫石膏和活性外加剂等混合，并按照固体浓度60％～85％计添加相应水量，搅拌混合成的满足泥水盾构施工用同步砂浆。
背景技术：
：随着盾构作业施工在我国地下工程的大规模使用，现已成为许多大型跨海越江隧道工程之必需。泥水盾构具有无需特殊土体改良、地质适应性强、开挖面稳定性高等优点。然而，盾构施工过程中，通常需要采用泥浆来稳定泥水盾构开挖面，同时将土渣携带出地面，同时产生的废弃泥浆不仅排放量大，而且对环境污染极其严重。目前，泥水盾构废弃泥浆的常规处理方式是用罐装泥浆车外运和泥浆现场沉淀干燥，但这两种处理方式均存在较严重的局限性。由于泥水盾构施工过程中地下水和细颗粒的掺入，不可避免地会产生不能再利用的废弃泥浆和大量渣土。废弃泥浆经过泵送、沉淀、泥水处理机处理后，分离出合适相对密度的泥浆回用后，仍然产生大量弃浆，其含水率高且呈流动状，泥浆外运方式实际运出的75％左右是水，极大增加了处理成本，还可能在运输过程中造成环境污染，外运泥浆弃置也需要占用大量土地，造成土壤板结和浪费，随着城市人口增加、土地资源匮乏以及国家对规划建设用地和耕地红线确定，可供泥浆干化和填埋的地方有限，很难找到合适的场地；其次，所需泥浆池占地面积较大，而施工现场场地资源有限，泥浆自然沉淀固化周期长，极大影响工期。另一方面，泥水盾构隧道施工过程中，需要与盾构掘进同步进行的注压砂浆填充隧道衬砌环与地层之间空隙，控制地表沉降、保持隧道稳定和起到防水作用，一般是采用优质膨润土、粉煤灰和细砂混合，外加减水剂、缓凝剂和水搅拌而成，由于要和盾构施工同步进行，整个同步砂浆需求量比较大，从而导致需要相当量的优质膨润土、粉煤灰和细砂等材料。目前我国专家学者针对泥水盾构废弃泥浆开展了一些研究和应用，主要集中在固化或压滤后直接弃运等处置方面，开展施工现场原位资源化利用不多。现有文献仅吴克雄、孔玉清、周路鸣、徐兴居和翟世鸿等人开展了废弃泥浆制备同步注浆材料研究，但是1m3同步注浆材料利用废弃泥浆最高800kg，目前废弃泥浆含水率一般为70～85％左右，按砂浆容重2000kg/m3计算，干基算还未达到固体总量17％，大量需要河砂等填充，而受国家河道整治等要求、河砂资源非常紧张且价格高，其中杨钊还采用的是价格非常高的标准砂，很难在实际工程中应用；此外，都需要添加42.5级水泥这种较高等级胶凝材料，泥浆成本较高。另一方面，盾构过程泥水分离筛分渣土，大量外运郊区占用大量土地资源，张亚洲和翟世鸿等人开展了分离渣土制备壁后注浆浆液研究，但分离渣土要进行清洗和进一步筛分，不仅增加实际成本和工艺难度，还会造成产生的泥浆废水再次处理问题，且需要大量用到p·o42.5水泥或快硬硅酸盐水泥应用范围有限。取自某泥水盾构施工现场废弃泥浆，含水率75％，0.074mm以下颗粒占96.7％，蒙脱石含量不低于83％，比重1.25，表观粘度45mpa.s。其化学成分如表1，主要矿物组成见图1。表1泥水盾构废弃泥浆化学组成caosio2al2o3mgona2ofe2o3k2o烧失量含量2.4266.1513.453.441.611.340.5910.4技术实现要素：本发明的目的在于泥水盾构废弃泥浆主要由相当比例膨润土和粘土颗粒、粘稠度较高和不易分层等特点，同时筛分渣土能够满足同步注浆细砂用量要求，采用高炉矿渣粉、磷渣粉、脱硫石膏和活性外加剂与二者混合，并添加合适水量混合搅拌而成一种新型含泥水盾构废弃泥浆的同步注浆，原料为施工现场废弃物和工业废弃物、成本低廉、制备的同步注浆性能优良、适用范围广，可原位消耗大量废弃的、污染大的泥水盾构废弃泥浆和筛分渣土，缓解膨润土资源紧张和用砂等的问题；同时也可大量消耗工业废渣。本发明是这样实现上述目的的：一种含泥水盾构废弃泥浆的同步砂浆，其组分包括盾构废弃泥浆、筛分渣土、高炉矿渣粉、磷渣粉、脱硫石膏和活性外加剂，每方砂浆按干基重量百分比计盾构废弃泥浆20％～30％、筛分渣土30％～45％、高炉矿渣粉16％～27％、磷渣粉3％～5％、脱硫石膏3％～7％和4％～7％活性外加剂，水按照固体浓度60％～85％计，混合制备组成。根据将16％～27％磨细高炉矿渣粉、3％～5％磷渣粉、3％～7％脱硫石膏和4％～7％活性外加剂等粉剂入搅拌机干拌2～4min，再加入20％～30％盾构废弃泥浆和30％～45％筛分渣土拌和2～4min后，添加根据盾构废弃泥浆和筛分渣土含水率、泥浆固体浓度计算并称量的水量，高速搅拌3-5min，即得含泥水盾构废弃泥浆的同步砂浆。泥水盾构废弃泥浆主要成分仍然为膨润土，同时也含有大量泥水无法分离的粘土成分，其性能和单纯用膨润土制备的泥浆较接近；筛分渣土，最大颗粒粒径为2mm，其中2mm到1mm占5～15％，1.0mm以下占70％以上，0.075mm以下占40％以上，存着相当量细颗粒物质。高炉矿渣粉和磷渣粉均为高温生成并快速冷却、大量热能转化成化学能储存结构体内形成的介稳活性工业废渣，在有水存着下极易在活性外加剂中的激发材料作用下生成具有粘结能力的网络状、絮状的含钙硅凝胶和钙铝基六方片状物等结晶水化产物，脱硫石膏在水中也会形成一定浓度的硫酸钙溶液，其中一类水化产物会和硫酸钙继续反应生成针状、长棒状且具有一定膨胀能力的晶体，加上活性外加剂中三萜皂苷等发泡成分形成一定量的微小气泡，它们和这些膨胀性物质可以大大改善粘稠度过高、流动性和充填效果；活性外加剂中的表面活性剂能够最大限度改善泥浆和易性能，磷渣中部分磷物质，通过与其他水化产物作用可以延缓泥浆硬化时间、满足施工要求；在强制机械力作用下，这些具有粘结能力水化产物和泥水盾构废弃泥浆、筛分渣土、活性外加剂中的聚乙二醇型缩合物等表面活性剂一起混合穿插、包裹和胶黏成具有稳定性能的同步注浆材料。本发明的优点：(1)一种含泥水盾构废弃泥浆的同步砂浆施工方法简单可行，节能环保、应用前景大、易于推广；(2)就地消纳泥水盾构废弃泥浆量大，还可处理筛分渣土和工业废弃物；(3)含泥水盾构废弃泥浆的同步砂浆性能较好，成本低、对环境无二次污染。附图说明图1泥水盾构废弃泥浆矿物组成。具体实施方式实施例1：每方含泥水盾构废弃泥浆的同步砂浆按干基重量百分比计，盾构废弃泥浆30％、筛分渣土40％、高炉矿渣粉16％、磷渣粉3％、脱硫石膏7％和4％活性外加剂，水按照固体浓度60％计，混合制备组成。将称量好的磨细高炉矿渣粉、磷渣粉、脱硫石膏和活性外加剂等粉剂入搅拌机干拌2～4min，再加入称量好的盾构废弃泥浆和筛分渣土拌和2～4min后，添加根据盾构废弃泥浆和筛分渣土含水率、泥浆固体浓度计算并称量的水量，高速搅拌3-5min，即得含泥水盾构废弃泥浆的同步砂浆。测得含泥水盾构废弃泥浆的同步砂浆稠度100mm，砂浆流动度190mm，凝结时间20h11min，28天抗压强度2.86mpa，结石率96.4％。实施例2：每方含泥水盾构废弃泥浆的同步砂浆按干基重量百分比计，盾构废弃泥浆28％、筛分渣土30％、高炉矿渣粉27％、磷渣粉4％、脱硫石膏7％和4％活性外加剂，水按照固体浓度70％计，混合制备组成。将称量好的磨细高炉矿渣粉、磷渣粉、脱硫石膏和活性外加剂等粉剂入搅拌机干拌2～4min，再加入称量好的盾构废弃泥浆和筛分渣土拌和2～4min后，添加根据盾构废弃泥浆和筛分渣土含水率、泥浆固体浓度计算并称量的水量，高速搅拌3-5min，即得含泥水盾构废弃泥浆的同步砂浆。测得含泥水盾构废弃泥浆的同步砂浆稠度130mm，砂浆流动度220mm，凝结时间16h24min，28天抗压强度3.5mpa，结石率98.3％。实施例3：每方含泥水盾构废弃泥浆的同步砂浆按干基重量百分比计，盾构废弃泥浆20％、筛分渣土45％、高炉矿渣粉20％、磷渣粉5％、脱硫石膏3％和7％活性外加剂，水按照固体浓度85％计，混合制备组成。将称量好的磨细高炉矿渣粉、磷渣粉、脱硫石膏和活性外加剂等粉剂入搅拌机干拌2～4min，再加入称量好的盾构废弃泥浆和筛分渣土拌和2～4min后，添加根据盾构废弃泥浆和筛分渣土含水率、泥浆固体浓度计算并称量的水量，高速搅拌3-5min，即得含泥水盾构废弃泥浆的同步砂浆。测得含泥水盾构废弃泥浆的同步砂浆稠度120mm，砂浆流动度210mm，凝结时间18h26min，28天抗压强度3.2mpa，结石率97.1％。当前第1页12