用于地铁隧道脱空病害的轻质高强水泥基修复材料及其制备方法

本发明涉及隧道工程材料，具体涉及一种用于地铁隧道脱空病害的轻质高强水泥基修复材料及其制备方法。

背景技术：

1、这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

2、在隧道建设过程中，隧道脱空病害整治的研究相对较少。空洞的存在会卸载空洞区域的围岩荷载，使得空洞周围的围岩应力重分布，导致空洞处地压增大，衬砌结构承受偏压荷载会产生应力集中现象，造成隧道衬砌结构承载力不足。传统隧道脱空整治材料存在成本高、自重大、收缩大、强度低、耐久性差，且与衬砌结构界面粘结性差等问题。现行针对脱空病害的水泥基修复材料后期收缩大，导致砂浆层与衬砌混凝土脱离，增加了结构的自重荷载，对隧道结构稳定性和运行安全性起到不利影响。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于地铁隧道病害的轻质高强水泥基修复材料及其制备方法。该修复材料在性能方面具有密度小、强度高、流动性好、导热率低以及与隧道结构界面粘结强度高的特点；在施工方面，具有施工简单，操作方便，可有效减少施工所需人员数量，提高效率，降低地铁隧道修复成本，具有较大的经济效益和社会效益。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供一种用于地铁隧道病害的轻质高强水泥基修复材料，按质量份计，包括以下组分：水172～304份；胶凝材料410～904份，超细粉煤灰漂珠346～350份；减水剂3.6～5.4份；硅烷4-5份；聚乙烯纤维5.3～5.7份；

4、所述胶凝材料中包括质量百分数为5％-10％的硅灰；

5、所述硅烷为缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(c9h20o5si)，改善材料粘结性。

6、在一些实施例中，在制备过程中加入消泡剂，消泡剂占硅烷的质量百分数为5％，避免过度发泡。

7、所述消泡剂为磷酸三丁酯，可有效地使已形成的泡沫的膜处于不稳定的状态而迅速消泡。

8、硅灰能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，与碱性材料氧化镁反应生成凝胶体。可提高抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能，可降低成本，提高耐久性。

9、在一些实施例中，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

10、优选的，所述减水剂的固含量为20％，减水率大于30％。

11、优选的，所述水泥为等级52.5级普通硅酸盐水泥。与聚羧酸减水剂的相容性较好。

12、在一些实施例中，所述超细粉煤灰漂珠的粒径为10-300μm。

13、优选的，所述超细粉煤灰漂珠的平均颗粒密度为908kg/m3。

14、优选的，所述超细粉煤灰漂珠中，sio2、al2o3和cao的总质量分数≥90％。

15、在一些实施例中，所述聚乙烯纤维的长度为10-15mm，直径为30-40μm，密度970kg/m3。

16、第二方面，本发明提供所述用于地铁隧道病害的轻质高强水泥基修复材料的制备方法，包括如下步骤：

17、将胶凝材料和超细粉煤灰漂珠按比例混合均匀后，加入减水剂混匀，然后向其中加入水搅拌混合设定时间；

18、然后向其中加入聚乙烯纤维和硅烷，混合均匀后，即得。

19、在一些实施例中，在加入硅烷的同时还加入硅烷质量的5％的磷酸三丁酯。磷酸三丁酯是消泡剂，以避免发泡过度。

20、上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：

21、本发明提供的修复材料，通过加入包含8％硅灰的胶凝材料、聚乙烯纤维等材料，修复材料具有足够的强度且密度较小，减少了传统注浆材料由于自重大对既有衬砌结构附加荷载较大的问题，在隧道结构脱空病害整治过程中对原有衬砌结构稳定起到促进作用。

22、本发明提供的修复材料中由于超细粉煤灰漂珠加入，有效地引入了空隙降低了修复材料的密度，且由于漂珠坚硬的外壳以及内部空隙尺寸发展受限，实现了修复材料低密度、高强度的特点。

23、本发明所述的修复材料通过减水剂、粘结剂的加入，具有强度高、密度小、导热率低(有利于减少建筑围护结构的热量增益)、流动性好等优点，可以有效对隧道结构空洞进行整治。在施工方面，具有施工简单，操作方便，可有效减少施工所需人员数量，提高效率，降低路基修复成本，具有较大的经济效益和社会效益。

24、本发明制备的空洞病害修复材料需要具有良好的流动性、微膨胀效应、足够的强度和较小的密度，且与衬砌混凝土具有良好的粘结强度，可以适应空洞病害对修复材料的特殊需求。

技术特征：

1.一种用于地铁隧道病害的轻质高强水泥基修复材料，其特征在于：按质量份计，包括以下组分：水172～304份；胶凝材料410～904份；超细粉煤灰漂珠346～350份；减水剂3.6～5.4份；硅烷4-5份；聚乙烯纤维5.3～5.7份；

2.根据权利要求1所述的用于地铁隧道病害的轻质高强水泥基修复材料，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸减水剂。

3.根据权利要求2所述的用于地铁隧道病害的轻质高强水泥基修复材料，其特征在于：所述减水剂的固含量为20％，减水率大于30％。

4.根据权利要求1所述的用于地铁隧道病害的轻质高强水泥基修复材料，其特征在于：所述水泥为等级52.5级普通硅酸盐水泥。

5.根据权利要求1所述的用于地铁隧道病害的轻质高强水泥基修复材料，其特征在于：所述超细粉煤灰漂珠的粒径为10-300μm。

6.根据权利要求1所述的用于地铁隧道病害的轻质高强水泥基修复材料，其特征在于：所述超细粉煤灰漂珠的平均颗粒密度为908kg/m3。

7.根据权利要求1所述的用于地铁隧道病害的轻质高强水泥基修复材料，其特征在于：所述超细粉煤灰漂珠中，sio2、al2o3和cao的总质量分数≥90％。

8.根据权利要求1所述的用于地铁隧道病害的轻质高强水泥基修复材料，其特征在于：所述聚乙烯纤维的长度为10-15mm，直径为30-40μm，密度970kg/m3。

9.权利要求1-8任一所述用于地铁隧道病害的轻质高强水泥基修复材料的制备方法，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：在加入硅烷的同时还加入硅烷质量的5％的磷酸三丁酯。

技术总结本发明公开了一种用于地铁隧道病害的轻质高强水泥基修复材料及其制备方法，按质量份计，包括以下组分：水172～304份；胶凝材料410～842份；超细粉煤灰漂珠346～350份；粗骨料940‑950份；细骨料800‑820份；减水剂3.6～5.4份；硅烷低聚物4‑5份；聚乙烯纤维5.3～5.7份；所述胶凝材料中包括质量百分数为5％‑10％的硅灰。该修复材料在性能方面具有密度小、强度高、流动性好、导热率低以及与隧道结构界面粘结强度高的特点。技术研发人员：李景龙,汤敏,张峰领,崔玉鹏,孟翔宇,庞锴,郑秀芳,苏同春受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5