隧道侵限整治用煤矸石粉高性能注浆材料的研发

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1、隧道侵限整治用煤歼石粉高性能注浆材料的研发摘要：采取热活化、机械活化、化学活化、晶种活化等复合激发措施充分激发煤砰石潜在的火山灰反应活性，进而选取物化性能符合要求且价格低廉的辅助材料(主要是石灰和石膏)进行正交实验，配制了以煤肝石作为主要原材料的注浆材料。并研究了浆材的水化机理及其各种基本物理力学性能指标，通过对其工作性及耐久性进行试验，发现其具有较好的胶凝性质及抗渗性能，符合现时通用的注浆材料检验标准，可以用作隧道侵限加固材料。关键词：隧道侵限注浆材料耐久性中图分类号：U45文献标识码：A文章编号：1672-3791(2012)12(c)

2、-0036-03由于地质及施工等方面原因，隧道运营过程中会出现一定的病害状况，这些病害的发展将严重威胁隧道的安全运营。目前主要的隧道病害类型为二次衬砌裂损、拱背空洞或不密实、渗漏水、内空侵限、路面断板及冒水等［1］。其中，针对侵限内裂缝的整治处理措施主要为采用一种高性能的注浆材料，即要求浆液具有较高的工作性能，包括良好的流动性、稳定性、可塑性以及易密性。木文以焦柳铁路部营局界至西斋局界(K478+000〜K798+477.4)的隧道侵限整治工程，共计9座隧道出现侵限病害问题为研究背景。主要以大掺量改性煤肝石粉为基础，引入高活性激发剂及诱导水

3、化晶种等组分，设计一种高性能低成本化的注浆材料，并进行工作性及耐久性等方面试验研究。1原材料与实验设计1.1原材料选用焦作地区煤砰石，将煤砰石经800°C低温锻烧，恒温1h后在空气中快速冷却，并将锻烧煤石干石磨细，经Ka法⑵和ISO法测定，其火山灰活性合格。采用石灰与硬石膏，经机械粉磨、过筛（筛孔为0.06mm）后做辅助材料。采用自主研发的外加剂（ZGW）,主要有早强、减水及微膨胀作用。在胶凝材中引入钙矶石、水化硅酸钙、水化铝酸钙等作为晶种。主要原材料化学组成见表1。1.2实验设计本试验主要考虑参数为粘度、析水率、凝胶时间及浆材抗压强度，主

4、要试验方法见文献［3］。首先进行基础配合比研究，在确定煤肝石、石灰、石膏之间的配比后,选一抗压强度最优的配方，将自主研发的ZGW复合激发剂掺入其中。通过正交试验找到本文实验条件下的材料组成最优组别。煤肝石选60%、70%、80%三个水平,而石灰和石膏则分别选15%、20%、25%和3%、4%、5%水平,选抗压强度作为考核指标。本次实验采用L9（34）的正交表（即4因素3水平的正交表）安排试验方案，正交试验屮配料配合比及测试结果如表2所示。通过分析各因素对抗压强度的影响可知，煤肝石掺量在60%〜80%Z间变化时，结石体强度先增大后减小，其中7

5、0%时，结石体强度较好，而60%、80%时强度较低，但60%的仍然比80%高；当石灰、石膏分别在15%〜25%和3%〜5%之间变化时，随着掺量的增加，结石体强度经历不同的变化趋势,表现为：随石灰掺量的增加，强度先增大后减小，其中石灰掺量20%的强度较好，而针对石膏，早期(3d、7d)的强度随着掺量的增加而增大，而在后期(28d)却先增大后减小。山表中实验数据计算可知，最佳的组合为：煤肝石、石灰、石膏的掺量分别为70%、20%和4%,折合成百分比即为74.5%、21.3%、4.2%。本文以此优化配比作为基础配合比，采用自主研发的外加剂(ZGW

6、)进行复掺,以进行相关性能测试。2实验结果与分析2.1粘度表3为不同水灰比下粘度的测试结果，由表3可以看出：当水灰比较小时，浆液粘度随着水灰比增大显著减小，但是当W/C>1・5后，浆液粘度减小幅度很小，逐渐趋于一致；浆液若没冇外加剂掺入，在低水灰比(W/CW1)条件下，木浆液的粘度高于《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》的界定值(30s),若用此配比的浆液进行注浆，浆液的可灌性将会很差。而在同一水灰比条件下，掺入ZGW外加剂的煤歼石粉浆液，其粘度大幅度地降低，几乎与单液水泥浆的粘度相同。2.2析水率表4为不同水灰比下析水率的测试结果，由表4可

7、以看出：煤肝石粉浆液析水率受水灰比影响很大，随水灰比增加浆液的析水率增大，稳定时间缩短，掺ZGW外加剂后，浆液的析水率有所降低，稳定时间相应延长。木研究拟在浆液中掺入水玻璃以改善浆液的稳定性。图1是在W/C二0.9浆液中掺入占胶凝材（掺有ZGW外加剂）质量2%、4%、6%、8%、10%的水玻璃后，浆液的稳定曲线。由图1可知，水玻璃能很好地增加煤歼石粉浆液的稳左性，减少析水量，并随水玻璃掺量增加析水率越来越低。若将浆液析水率控制在10%以下，水玻璃掺量为胶凝材质量的4%以上，即可满足要求。并经试验结果证明，掺4%水玻璃入浆液中，浆液的粘度有所

8、增大，但仍小于30so2.3凝胶时间表5水灰比对浆液凝胶时间的影响，由表5可以看出：煤肝石粉浆液的凝胶时间受浆体中水分的影响极大，随着水灰比的增大，凝胶时间大人延长。究其原因是因