隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料，由下述组分的原料按重量配比制成：普通硅酸盐水泥90?120份；高铝水泥25?35份；重质碳酸钙15?25份；硫酸铝10?20份；发泡剂8?15份；稳泡剂2?3份；增稠剂0.5?1.5份；水80?100份。本发明的泡沫水泥固化时间、固化密度可控，固化密度可维持在0.8g～1.4g/m3之间，固化后强度较普通泡沫水泥高，对工程的适用性好，发泡性能好，固化后气泡孔均匀，壁厚大，保证了一定的抗压强度，发泡效率对环境的敏感性低，可满足各种环境中的泡沫水泥注浆，发泡效率有保障。
【专利说明】
隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料
技术领域
[0001] 本发明设及地下工程填充注浆材料领域，具体设及一种隧道壁后空桐填充用泡沫 水泥注浆材料。
【背景技术】
[0002] 泡沫水泥是通过在水泥浆中充入气体的目的来降低水泥浆的密度，1978年，美国 人S.Yamada等试验并第一次成功的制造出泡沫水泥，八十年代，泡沫水泥的填充技术有了 较大的发展，研究人员改进了泡沫发生器，并通过对泡沫水泥的配方进行改进，制造出性能 优良的泡沫水泥浆。
[0003] 泡沫水泥比重低，结构粘度高，属于弹性和粘弹性介质，在岩层裂隙、孔隙中流动 时阻力很大，有堵塞通道的作用。考虑到运个特性，将泡沫水泥注入施工过程中遇到的空桐 区域既可W满足工程对于围岩环境的要求，又可W大大降低工程造价，因此在地下工程填 充领域泡沫水泥具有极好的应用前景，但目前专口用于地下工程填充的泡沫注浆材料的研 发正处于起步阶段，材料性能参差不齐。
[0004] 目前的泡沫水泥，应用于隧道壁后空桐填充时，主要存在W下缺点：
[0005] 1.水泥固化时间不可控，导致无法高效保质的进行隧道施工：由于隧道支护具有 时间效应，当水泥固化时间过长时，水泥无法在设定时间内满足相应的强度要求，会造成施 工的安全隐患；当水泥固化时间过短时，一方面过快固化的水泥会阻碍后续水泥的填充，另 一方面不利于填充空桐介质的整体性;此外，由于每个隧道壁后的空桐规模、地质条件W及 赋水情况的不同，针对每个隧道空桐需要使用水泥固化时间与空桐情况相匹配的泡沫水 泥。但是目前，泡沫水泥的固化时间固定，不能满足上述需求。
[0006] 2.对于地质条件较差的情况，空桐需要密度较高的泡沫水泥填充;而对于地质条 件较好的情况，空桐需要密度较小的泡沫水泥填充。根据不同的隧道空桐情况需要采用相 匹配的泡沫水泥密度，可W达到经济性和安全性的最优。但是目前的泡沫水泥的密度均为 定值，无法满足上述需求。
[0007] 3.隧道施工地质条件非常复杂，有时还需要填充介质具备较高的力学性能。而一 般的泡沫水泥一方面对环境的敏感性较高，无法适用于各种环境下的隧道后壁空桐填充； 另一方面力学性能不能保证满足相应要求。
【发明内容】
[000引针对上述问题，本发明的目的在于提供一种隧道壁后空桐填充用泡沫水泥注浆材 料，该泡沫水泥强度增长较快、密度可控、绿色环保，具有发泡高效稳定、施工环境适应性较 佳的特点。
[0009] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0010] -种隧道壁后空桐填充用泡沫水泥注浆材料，由下述组分的原料按重量配比制 成： 普通娃酸盐水泥 90-120份； 高猎水泥 25-35份； 重质破酸巧 巧-巧份； 硫酸铅 10-20份；
[0011] 发泡剂 8-15份； 稳泡刑 2-3份； 增稠剂 化5-1.日份； 氷 撕-100傲。
[0012] 本发明的泡沫水泥注浆材料采用重质碳酸巧作为填料，重质碳酸巧是由天然碳酸 盐矿物如方解石、大理石、石灰石磨碎而成，是一种无机填料，具有化学纯度高、惰性大、不 易化学反应、热稳定性好、在40(TCW下不会分解、白度高、吸油率低、折光率低、质软、干燥、 不含结晶水、硬度低、磨耗值小、无毒、无味、无臭、分散性好等优点。
[0013] 重质碳酸巧在空气中稳定，几乎不溶于水，不溶于醇，因其稳定的特性，添加至泡 沫水泥中不会与其他的物质发生反应，重质碳酸巧在低硬度的前提下同时具有磨耗值小的 特点，利于注浆的操作，利于空桐的完全填充，固化之后耐磨性能好，寿命长。重质碳酸巧不 含结晶水，分散性好，可在泡沫水泥中均匀分散并且不会影响泡沫水泥的含水量。
[0014] 本发明同时添加普通娃酸盐水泥和高侣水泥，在普通娃酸盐水泥的基础上添加高 侣水泥可W有效增加本材料中侣离子的浓度，侣离子与水泥中的主要矿物成分进行反应， 加速其水化、硬化，从而达到速凝的目的，加快本材料凝结速度，通过调节高侣水泥的组分 含量来调节凝结速度。
[0015] 进一步的技术方案为:所述高侣水泥选用CA50-6型高侣水泥，其比表面积不小于 300m2或0.045mm筛余不大于20%，Ξ氧化二侣含量在50%~60%之间。高侣水泥的细度小， 溶解度好，Ξ氧化二侣含量高，提高产品中侣离子的浓度，便于控制产品的凝结速度。
[0016] 进一步的技术方案为:所述重质碳酸巧为325目重质碳酸巧。325目重质碳酸巧最 适合应用于建筑行业中，重质碳酸巧填充在泡沫水泥中，可W增加其制品的体积，节省其中 价格昂贵的水泥原料，从而大大降低生产成本;此外，重质碳酸巧填充在泡沫水泥中，可W 增加产品的初性和强度
[0017] 进一步的技术方案为:所述硫酸侣为300目白色粉末状硫酸侣。硫酸侣纯度高、细 度小、易溶解，可提高硫酸侣在反应时的溶解度，减少杂质对产品的影响。
[0018] 进一步的技术方案为:所述发泡剂由α-締基横酸钢(A0S)和烷基多巧(APG)混合而 成。该发泡剂为复配发泡剂，主要由环境友好型表面活性剂组成，不含有毒物质如苯、甲醒 等，不会产生异味，不含难降解物质，产品在环境中能完全降解(无不可降解成分，降解率为 100%)，对环境无任何影响，属环境友好型发泡剂，达到绿色环保的效果。
[0019] 进一步的技术方案为:所述α-締基横酸钢采用A0S含量不低于92%的粉末状α-締 基横酸钢，所述烷基多巧为粉末状固体，呈类白色或微黄色，α-締基横酸钢和烷基多巧的渗 量比为4:1。该渗量比可W保证α-締基横酸钢为主发泡剂，烷基多巧起到辅助发泡的作用， α-締基横酸钢的发泡性能要优于烷基多巧，使发泡剂具有优越的发泡性能。
[0020] 进一步的技术方案为:所述稳泡剂采用颗粒状的聚氧化乙締(ΡΕ0350)。颗粒状的 聚氧化乙締在产品中的分散性好，通过增稠来实现稳泡效果。
[0021] 进一步的技术方案为:所述增稠剂采用粉末状甜菜碱。本发明的产品最终形态为 粉末状，采用粉末状的甜菜碱作为增稠剂，分散到产品中的均匀度更好，提升其效果。
[0022] 本发明具有W下有益效果：
[0023] 1、本泡沫水泥在普通娃酸盐水泥中添加了高侣水泥和硫酸侣，增加了普通娃酸盐 水泥中侣离子的含量，侣离子与水泥中的主要矿物成分进行反应，加速其水化、硬化，可W 有效的调节普通娃酸盐水泥的凝结速度，通过调节普通娃酸盐水泥中高侣水泥和硫酸侣的 含量实现固化时间可控，可根据不同工程的需要通过调节缓凝剂的方式调整固化时间，固 化后强度较一般泡沫水泥高。
[0024] 2、通过调节发泡剂的含量，同时配合改变施工时的加气量，可W改变发泡倍率，从 而实现密度可控，可实现〇.8g~1.4g/m3的固化密度，对工程的适用性好，可针对不同工程 进行调节；
[0025] 3、本泡沫水泥发泡性能好，添加有稳泡剂，经过大量实验发现，通过增加稳泡剂的 含量，可W使气泡孔变小、变均匀，增加气泡孔的壁厚，从而使固化后气泡孔均匀，壁厚大， 在实现轻质的同时，保证了一定的抗压强度；
[0026] 4、本发明的发泡剂由α-締基横酸钢(A0S)和烷基多巧(APG)混合而成，该发泡剂对 硬水的适应性好，在硬水中的发泡性能几乎不受影响，发泡效率对环境的敏感性低，可满足 各种环境中的泡沫水泥注浆，发泡效率有保障；
[0027] 5、本发明的发泡剂为复配发泡剂，发泡材料属绿色环保材料，主要由环境友好型 表面活性剂组成，不含有毒物质如苯、甲醒等，不会产生异味，不含难降解物质，可在发泡完 成后迅速降解，对环境的影响性极低。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合实施例对本发明进一步说明。
[00巧]实施例1
[0030] -种隧道壁后空桐填充用泡沫水泥注浆材料，由下述组分的原料按重量配比制 成： 普通娃酸盐水泥 撕份 高铅水泥 25份 重度碳酸轉 15份 硫酸铅 10份
[0031] AOS 6.4 份 APG 1.6 伤 十二烷基硫酸钢 2份 甜菜碱 0.5份 水 80愤
[0032] 实施例2
[0033] -种隧道壁后空桐填充用泡沫水泥注浆材料，由下述组分的原料按重量配比制 成： 普通珪酸盐水泥 猴# 高铅水泥 30份 重度碳酸巧 18份 硫酸铅 ]2份
[0034] AOS 8 份 APG 么秘 十二烷基硫酸钢 2.5份 谢菜碱 1.0汾 水 敗傲
[0035] 实施例3
[0036] -种隧道壁后空桐填充用泡沫水泥注浆材料，由下述组分的原料按重量配比制 成： 普通禮酸盐水妮 1腑:粉 高提水泥 30份 重度碳酸巧 巧份 硫酸铅 20份
[0037] AOS 10 份 APG 2.5 # 十二烷基硫酸钢 3份 甜菜碱 0.8份 水 撕份
[003引实施例4
[0039] -种隧道壁后空桐填充用泡沫水泥注浆材料，由下述组分的原料按重量配比制 成： 普通娃酸盐水泥 110份 高铅水泥 32份 重度碳酸巧 23份
[0040] 硫酸铅 20份 AOS 12 份 APG 3 份 十二烷基硫酸销： 3份
[OOW 甜菜碱 1.5汾 水 100份
[0042] W上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不是本发明的全部实施例，不用W限 制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。
[0043] 除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术，为了突 出本发明的创新特点，上述技术特征在此不再寶述。
【主权项】
1. 一种隧道壁后空桐填充用泡沫水泥注浆材料，其特征是，由下述组分的原料按重量 配比制成： 普通娃酸盐水泥 90-120份； 高铅水泥 25-35份; 重质碳酸巧 巧-巧借; 硫酸铅 10-2日份； 发泡剂 8-巧份； 稳泡剂 2-3份； 增稠剂 化目-1, 5份； 水 .80-100 份。2. 根据权利要求1所述的隧道壁后空桐填充用泡沫水泥注浆材料，其特征是，所述高侣 水泥选用CA50-6型高侣水泥，其比表面积不小于300m2或0.045mm筛余不大于20%，Ξ氧化 二侣含量在50 %~60 %之间。3. 根据权利要求1所述的隧道壁后空桐填充用泡沫水泥注浆材料，其特征是，所述重质 碳酸巧为325目重质碳酸巧。4. 根据权利要求1所述的隧道壁后空桐填充用泡沫水泥注浆材料，其特征是，所述硫酸 侣为300目白色粉末状硫酸侣。5. 根据权利要求1所述的隧道壁后空桐填充用泡沫水泥注浆材料，其特征是，所述发泡 剂由α-締基横酸钢和烷基多巧混合而成。6. 根据权利要求5所述的隧道壁后空桐填充用泡沫水泥注浆材料，其特征是，所述α-締 基横酸钢采用AOS含量不低于92 %的粉末状α-締基横酸钢，所述烷基多巧为粉末状固体，呈 类白色或微黄色，α-締基横酸钢和烷基多巧的渗量比为4:1。7. 根据权利要求1所述的隧道壁后空桐填充用泡沫水泥注浆材料，其特征是，所述稳泡 剂采用颗粒状的聚氧化乙締。8. 根据权利要求1所述的隧道壁后空桐填充用泡沫水泥注浆材料，其特征是，所述增稠 剂采用粉末状甜菜碱。
【文档编号】C04B103/42GK106082886SQ201610424309
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月14日 公开号201610424309.2, CN 106082886 A, CN 106082886A, CN 201610424309, CN-A-106082886, CN106082886 A, CN106082886A, CN201610424309, CN201610424309.2
【发明人】袁树成, 刘明才, 李树忱, 刘小果, 王伟, 梁海威, 赵世森, 王鹏程, 晏勤
【申请人】中铁十四局集团第二工程有限公司