[发明专利]隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料

说明书

技术领域

本发明涉及地下工程填充注浆材料领域，具体涉及一种隧道壁后空洞填充用泡沫水泥注浆材料。

背景技术

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。

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。考虑到这个特性，将泡沫水泥注入施工过程中遇到的空洞区域既可以满足工程对于围岩环境的要求，又可以大大降低工程造价，因此在地下工程填充领域泡沫水泥具有极好的应用前景，但目前专门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。

目前的泡沫水泥，应用于隧道壁后空洞填充时，主要存在以下缺点：

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洞介质的整体性；此外，由于每个隧道壁后的空洞规模、地质条件以及赋水情况的不同，针对每个隧道空洞需要使用水泥固化时间与空洞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。

2.对于地质条件较差的情况，空洞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，空洞需要密度较小的泡沫水泥填充。根据不同的隧道空洞情况需要采用相匹配的泡沫水泥密度，可以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。

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洞填充；另一方面力学性能不能保证满足相应要求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种隧道壁后空洞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。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

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：

本发明的泡沫水泥注浆材料采用重质碳酸钙作为填料，重质碳酸钙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400℃以下不会分解、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。

重质碳酸钙在空气中稳定，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，重质碳酸钙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，利于空洞的完全填充，固化之后耐磨性能好，寿命长。重质碳酸钙不含结晶水，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。

本发明同时添加普通硅酸盐水泥和高铝水泥，在普通硅酸盐水泥的基础上添加高铝水泥可以有效增加本材料中铝离子的浓度，铝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，通过调节高铝水泥的组分含量来调节凝结速度。

进一步的技术方案为：所述高铝水泥选用CA50-6型高铝水泥，其比表面积不小于300m²或0.045mm筛余不大于20％，三氧化二铝含量在50％～60％之间。高铝水泥的细度小，溶解度好，三氧化二铝含量高，提高产品中铝离子的浓度，便于控制产品的凝结速度。

进一步的技术方案为：所述重质碳酸钙为325目重质碳酸钙。325目重质碳酸钙最适合应用于建筑行业中，重质碳酸钙填充在泡沫水泥中，可以增加其制品的体积，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，重质碳酸钙填充在泡沫水泥中，可以增加产品的韧性和强度

进一步的技术方案为：所述硫酸铝为300目白色粉末状硫酸铝。硫酸铝纯度高、细度小、易溶解，可提高硫酸铝在反应时的溶解度，减少杂质对产品的影响。