绿色无机韧性盾构同步注浆材料及应用的制作方法

本发明涉及隧道建设工程技术，尤其涉及一种绿色无机韧性盾构同步注浆材料及应用。

背景技术：

1、盾构工程是一种先进的隧道施工技术，通过使用盾构机进行挖掘，支护和衬砌等作业，实现隧道的快速、高效、安全施工。随着城市地铁、水利、市政等基础设施建设的不断深入，盾构工程在各个领域得到了广泛应用。在盾构工程中，盾构同步注浆是一项关键技术，它可填补管片与土体之间的环形间隙，使管片得到部分稳定，防止管片偏移，同时防止地层变形、地表下沉或建筑物下沉。盾构同步注浆凝结后具备一定的强度，当地下水丰富时，能预防盾尾水源流入掌子面而造成的喷涌，可提高了隧道的抗渗能力。

2、随着技术的发展，盾构同步注浆的材料、工艺和设备等方面也在不断进步。例如，采用双液浆进行二次注浆，可以有效补充同步注浆的不足，进一步提高隧道的稳定性和防水性能。同时，一些新型注浆材料和智能化注浆设备的出现，也为盾构同步注浆技术的发展带来了新的机遇和挑战。此外，将粉煤灰、矿粉等工业废弃物应用于盾构同步注浆材料的制备受到广泛支持，不仅实现了对废弃物的资源化利用，并有助于改善注浆材料的性能，带来了一定的环境效益和经济效益。

3、cn106904888b公开了一种高保水性盾构施工预拌同步注浆料，由水泥、粉煤灰、掺和料、膨润土、细砂、外加剂和水组成，其中外加剂由非离子型纤维素醚、糖类化合物、聚羧酸类保坍剂、淀粉醚和磁性水滑石组成。该发明首次将优化后的外加剂联合用于盾构施工预拌同步注浆料中，使得所制备的注浆料的流动度损失、泌水率、震动沉降得到明显改善，同时加入的磁性水滑石，发挥了降低施工噪音和吸附重金属离子的作用，防止砂浆中的重金属对环境造成二次污染的功能。虽然该发明提供了具有高保水性的盾构施工预拌同步注浆料，但是该同步注浆料防腐性较差，注浆料的稳定性和耐久性存在问题。

4、cn114853435a公开了一种用于盾构法隧道同步注浆的单、双液可切换浆料。该发明单液浆料由水泥130-160份、粉煤灰380-450份、细砂800-900份、魔晶粉15-25份、水450-500份组成；双液浆料包括由水泥130-160份、粉煤灰380-450份、细砂800-900份、魔晶粉15-25份、水450-500份组成的组分和由魔晶液30-50份、水130-200份组成的另一组分。该发明具备可相互灵活切换的两种注浆模式，根据注浆环境的变化匹配最合适的注浆模式，由单液切换为双液模式或由双液切换为单液模式，与注浆环境的匹配度高，提高了盾构施工效率。该发明不仅提升了砂浆的和易性和流动性等性能，而且有效解决现有技术中注浆材料实际应用中不稳定和失效的问题，但是所提供的的注浆材料韧性较差，当外界对材料产生冲击时，没办法抵御产生的大部分冲击能量，存在断裂风险。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种绿色无机韧性盾构同步注浆材料及应用，将环氧树脂进行改性处理后应用于注浆材料的制备中，提升了同步注浆材料的防腐性能和抗压强度，同时引入复合纤维与改性环氧树脂协同使用，增强了注浆材料的抗折强度，使得所制备的绿色无机韧性盾构同步注浆材料具有良好的韧性。

2、本发明提供了一种绿色无机韧性盾构同步注浆材料，按重量份计，包括如下组分：

3、水泥10-20份、矿粉10-15份、粉煤灰80-90份、膨润土3-5份、减水剂0.1-0.5份、消泡剂0.05-0.1份、增稠剂0.05-0.1份、水50-60份；

4、或，水泥10-20份、矿粉10-15份、粉煤灰80-90份、膨润土3-5份、减水剂0.1-0.5份、消泡剂0.05-0.1份、增稠剂0.05-0.1份、改性环氧树脂1-3份、固化剂0.5-1.5份、复合纤维0.1-0.5份、水50-60份。

5、优选的，所述减水剂选自聚羧酸减水剂、萘系高效减水剂、木质素磺酸盐类减水剂、三聚氰胺减水剂、氨基磺酸盐减水剂、脂肪酸减水剂中的一种或多种。

6、优选的，所述消泡剂选自聚二甲基硅氧烷、磷酸三丁酯、聚醚类消泡剂中的一种或多种。

7、优选的，所述增稠剂选自聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素醚、聚丙烯酰胺中的一种或多种。

8、优选的，所述改性环氧树脂的制备方法，包括如下步骤，以重量份计：

9、s1、将40-50份cacl2水溶液与40-50份na2co3水溶液于35-45℃条件下混合搅拌60-70s，得混合体系；混合体系真空过滤，固体分别用水和无水乙醇洗涤，于50-60℃下干燥24-25h，得caco3颗粒；将caco3颗粒浸泡在50-60份木质素磺酸钠水溶液中24-25h，得悬浮液；然后分离悬浮液，固体用水洗涤，于50-60℃下干燥24-25h，得木质素磺酸钠@caco3复合材料；

10、s2、将0.5-1份步骤s1所得木质素磺酸钠@caco3复合材料加入50-60份乙醇中，在超声频率为30-50khz、超声功率为450-600w的条件下超声处理1-1.5h，然后加入10-20份环氧树脂，搅拌10-20min直至混合均匀，得改性环氧树脂。

11、进一步优选的，所述步骤s2中环氧树脂为双酚a型环氧树脂。

12、优选的，所述复合纤维由聚丙烯纤维、玄武岩纤维、钢纤维按质量比聚丙烯纤维：玄武岩纤维：钢纤维为1：1-3：1-3混合而成。

13、优选的，所述固化剂选自乙二胺、己二胺、聚酰胺650、聚酰胺651中的一种或多种。

14、本发明还提供了上述绿色无机韧性盾构同步注浆材料的制备方法，包括以下步骤：

15、将水泥、减水剂、消泡剂、增稠剂和水搅拌60-80s，直至搅拌均匀，得到预混体系；将粉煤灰、矿粉、膨润土加入到预混体系中，混合搅拌150-160s，直至搅拌均匀，即得到绿色无机韧性盾构同步注浆材料；

16、或，将固化剂加入改性环氧树脂中，搅拌15-20min，得改性环氧树脂混合物；将水泥、改性环氧树脂混合物、复合纤维和水快速搅拌160-180s，然后加入减水剂、消泡剂、增稠剂，搅拌60-80s，直至搅拌均匀，得到预混体系；将粉煤灰、矿粉、膨润土加入到预混体系中，混合搅拌150-160s，直至搅拌均匀，即得到绿色无机韧性盾构同步注浆材料。

17、本发明还提供了上述的绿色无机韧性盾构同步注浆材料在盾构施工过程中的应用。

18、本发明的有益效果：

19、1、与现有技术相比，本发明使用木质素磺酸钠@caco3复合材料对环氧树脂进行改性处理，然后将改性后的环氧树脂引入盾构同步注浆材料中，提高了注浆材料的防腐性能。环氧树脂加入料浆材料中能在其表面形成一层保护膜，有效隔离和抵抗腐蚀性介质的侵蚀，增强材料的防腐性能。木质素磺酸钠@caco3复合材料改性环氧树脂后，进一步阻碍了腐蚀性介质对料浆材料的损害。由于盾构同步料浆中水泥水化会产生氢氧化钙(ca(oh)2)，因此当硫酸根离子、氯离子等腐蚀离子进入盾构同步料浆材料时，它们可能与氢氧化钙发生离子交换反应，导致ph值下降，料浆材料的防腐性能受到损害。当ph降低时，负载于caco3微容器中的木质素磺酸钠主动释放出来，由于其具有更好的稳定性和配位能力，相比硫酸根离子、氯离子更优先被水泥表面吸附，形成稳定的配位体，从而减少腐蚀离子对材料结构的腐蚀破坏，改善盾构同步料浆材料的防腐性能。由于木质素磺酸钠从caco3微容器中释放的浓度随ph值升高而降低，因此可根据环境ph值的变化有调度的释放木质素磺酸钠，可有效的减少木质素磺酸钠的损耗，提高了木质素磺酸钠的缓蚀性能，保证其在盾构同步料浆材料中长时间发挥防腐蚀功能，从而提高盾构同步料浆材料的耐久性和寿命。

20、2、本发明通过引入改性环氧树脂和复合纤维协同使用，在一定程度上缓解了由于改性环氧树脂的掺量的增加所导致的材料的抗折强度下降，提升了盾构同步料浆材料的韧性。这是因为复合纤维和改性环氧树脂协同使用，复合纤维相互交织缠绕所构成的三维网络空间架构与环氧树脂固化反应所形成的固化三维网络互相纵横交错，共同编织一张空间网，遍布材料内部，当外界对材料产生冲击时，能量传输首先通过骨料进而传输到内部三维空间网，网状结构能够抵御产生的大部分冲击能量，确保料浆材料不受较大影响，不易发生变形和扭曲。与此同时，三维空间架构给予盾构同步料浆材料缓冲区域，卸除大部分外在空间冲击，提高了材料抗压能力及防腐性能。同时可控制料浆材料裂缝及裂纹的产生、扩展、连通，降低材料内部孔隙率，提高材料密实度，整体为材料提供柔性骨架，使材料由脆性材料向韧性转变，提高其抗折强度，增加了盾构同步料浆材料的韧性。