管幕箱涵一体化结构接头填充用超高性能压浆材料制造技术

本发明专利技术公开了一种管幕箱涵一体化结构接头填充用超高性能压浆材料，针对管幕箱涵一体化结构对钢管接头孔道压力注浆材料超高抗压强度和超高抗弯强度的要求，以水泥，硅灰、超细矿粉、粉剂聚羧酸减水剂、膨胀剂、纤维为主要原材料，采用超低水料比(0.16～0.18)和超高速搅拌工艺(搅拌速率不小于3000r/min)，制备兼具高流动性和超高力学性能的压浆材料，超高性能压浆材料的28d抗压强度大于130MPa，28d抗弯强度大于20MPa。采用大于0.8MPa的压力注浆，可实现管幕箱涵一体化结构在宽度为3mm～7mm钢管接头缝的填充密实，大幅强化节点连接，使钢管混凝土兼具管幕的开挖支护和箱涵结构承载功能，从材料的角度为实现管幕箱涵一体化工艺提供技术保障。供技术保障。供技术保障。

【技术实现步骤摘要】
管幕箱涵一体化结构接头填充用超高性能压浆材料


[0001]本专利技术涉及市政工程压力注浆材料
，具体涉及一种管幕箱涵一体化结构接头填充用超高性能压浆材料。

技术介绍

[0002]随着经济发展、人口增加以及城市的不断扩张，城市交通已日趋拥挤。为进一步缓解不断增大的交通压力，立交结构越来越多地出现在城市里，下穿地道就是一种常用的立交形式。如何在穿越繁忙高速公路、市政道路时不中断交通，控制路面沉降和横向位移开裂，并最大限度地较少工期，成为下穿立交工程施工方法优化所面临的主要问题，其中开挖工艺优化是一个重要的方向。
[0003]管幕法是一种目前常用的暗挖工艺，该方法利用微型顶管技术在拟建的箱涵四周顶入钢管，钢管之间通过锁扣在钢管侧面相接形成排管，并在锁口孔隙注入止水剂达到止水效果，钢管中浇筑混凝土形成超前支护，然后在管幕的保护下施做地下箱涵结构。管幕法虽然技术成熟，应用广泛，但也存在其自身的缺点，例如：箱涵与管幕之间空隙不好控制，空隙过大且填充不密实，容易在施工过程中发生局部路面沉降；埋入的钢管仅能起到初期围护作用，不能回收，工程投入大，造价高。因此，近年来出现了管幕箱涵一体化施工技术。
[0004]管幕箱涵一体化施工技术是对管幕法的改进，但在工法上有较大的区别，主要通过大尺寸钢管的连接设计与构造设计，将拟建构筑物直接施做于所顶钢管内，完成地下结构的构筑，实现的管幕和箱涵功能一体化和施工一体化。与传统的管幕法相比，管幕箱涵一体化施工方法主要具有如下优点：(1)减少了钻孔、压入的施工，对道路的影响更小，安全性能更高。(2)原来作为围护功能的钢制节段可直接作为主体结构使用，经济性提高，施工工期缩短，地下空间利用更加合理。
[0005]管幕箱涵一体化施工技术的主要步骤如下：(1)进行发进竖井、到达竖井的施工；(2)根据构筑的道路线牵引顶入基准钢管；(3)将基准钢管的接头作为导向，依次插入相邻的一般钢管、隅角钢管、调整钢管；(4)壁后注浆(钢管迎土面注浆)；(5)钢管接头部位的压力注浆；(6)钢管内浇筑高流动度混凝土；(7)挖掘管节内部土砂；(8)隧道内装。
[0006]由于管幕箱涵一体化施工技术要求填充混凝土的钢管连接成的管幕具有箱涵的功能作为整体直接受力，因此钢管与钢管之间的锁口连接处成为管幕箱涵一体化结构的薄弱点，需使用超高力学性能的压浆材料进行节点强化。
[0007]钢管接头孔道压力注浆主要用于填充相邻钢管接头相互搭接形成的孔道，使管幕箱涵相邻钢管协同受力，提高管幕箱涵整体刚度及抗弯、抗剪能力。钢管接头注浆的施工条件类似于桥梁工程预应力孔道压浆，但锁口的尺寸要更小，仅为3mm～7mm。在技术上除了要求具有高流动性外，还需具有超高的抗压强度和超高的抗弯强度。对于压浆材料，在力学性能达到一定程度后，进一步提高力学性能以实现超高力学性能和继续保持高流动性具有一定的矛盾性，因此现有的压浆材料是远不能满足管幕箱涵一体化结构需求的。

技术实现思路

[0008]针对管幕箱涵一体化结构钢管接头对的压浆材料的特殊要求，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有压浆材料力学性能不足以及压浆材料高流动性和超高力学性能无法协同实现的技术难点，通过膨胀剂和高强高模聚乙烯醇纤维协同提升压浆料的抗裂性能，提供了一种管幕箱涵一体化结构接头填充专用超高性能压浆材料，以满足管幕箱涵一体化结构的承载要求。
[0009]其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现。
[0010]一种管幕箱涵一体化结构接头填充用超高性能压浆材料，其特点在于，该压浆材料的粉料由以下重量百分比的组分组成：
[0011]70％
‑
85％的水泥、10％
‑
20％的硅灰、0
‑
10％的超细矿粉、1.5％
‑
3％的粉剂聚羧酸减水剂、1.4％
‑
2％的膨胀剂以及0.02％
‑
0.04％的纤维；
[0012]其中，制备压浆材料时，水料比为0.16～0.18。
[0013]进一步，水料混合时，使用转速不低于3000r/min的高速搅拌机搅拌。
[0014]作为本专利技术的优选实施例之一，所述水泥为C3A含量不大于5％的硅酸盐水泥。
[0015]也作为本技术方案的进一步改进，所述硅灰为硅酸锆(ZrSiO4)电弧熔接生产氧化锆(ZrO2)时的副产物白硅灰，比表面积在12000m2/kg～15000m2/kg。
[0016]还作为本技术方案的进一步改进，所述超细矿粉比表面积≥550m2/kg，中位粒径在3μm～5μm，28d活性指数≥115％。
[0017]同样作为本技术方案的进一步改进，所述粉剂聚羧酸减水剂的减水率不小于40％。
[0018]作为本专利技术的另一优选实施例，所述纤维为高强高模聚乙烯醇纤维，纤维长度为3mm，纤度为15dtex，抗拉强度不低于1500MPa，弹性模量不低于40GPa。
[0019]进一步的，压浆材料的截锥流动度不低于340mm，28d抗压强度不低于130MPa，28d抗弯强度不低于20MPa。
[0020]更进一步的，搅拌完的浆料对钢管接头缝进行压力注浆时，压力不小于0.8MPa。
[0021]采用上述技术方案的管幕箱涵一体化结构接头填充用超高性能压浆材料，具有以下特点和技术控制要求：
[0022]1.压浆材料制备时水料比由现有的0.28～0.30大幅降低至0.16～0.18，水胶比的降低是实现压浆性能提升的关键，用水量越低，硬化浆体中的毛细孔越少，压浆材料的力学性能相应提升。水胶比降低至0.16～0.18可使基础抗压强度提升到100MPa以上，同时也消除了压浆材料常见的泌水沉降问题。
[0023]2.压浆材料水胶比降低至0.16～0.18后，虽然强度大幅提升，但浆体粘度也大幅提升，导致流动性和填充性大幅降低。因此需要大掺量使用高减水率的粉剂聚羧酸减水剂，减水剂的减水率需达到40％或以上，并且配合3000r/min的超高速搅拌工艺，将粉剂减水剂充分分散在浆体与胶凝材料颗粒接触，发挥减水作用，同时防止有限的水被包裹在粉体颗粒簇中无法释放，影响流动性。
[0024]3.压浆材料中采用了硅灰和超细矿粉两种超细粉体材料，硅灰颗粒的粒径在20nm～500nm范围内，超细矿粉的平均粒径在3μm～5μm范围内，而水泥颗粒的平均粒径在20μm左右，不同粒径的粉体形成最紧密堆积，减少用水量的同时也借助物理堆积作用提升强度。且
由于两种超细粉体的超高火山灰活性，反应生成的二次水化产物填充在微细的孔隙中，实现体系的超高致密性，从而将强度提升至130MPa以上。
[0025]4.为了进一步提升压浆材料的流动性，对原材料的种类进行了优选，例如，水泥选用C3A含量不大于5％的硅酸盐水泥，硅灰选用白硅灰。其中，水泥中的C3A组分的水化速度较快，且对外加剂有较大的吸附作用，影响减水效果的发挥，通过控制水泥中C3A含量可提高流动性。当硅灰选用硅酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管幕箱涵一体化结构接头填充用超高性能压浆材料，其特征在于，该压浆材料的粉料由以下重量百分比的组分组成：70％
‑
85％的水泥、10％
‑
20％的硅灰、0
‑
10％的超细矿粉、1.5％
‑
3％的粉剂聚羧酸减水剂、1.4％
‑
2％的膨胀剂以及0.02％
‑
0.04％的纤维；其中，制备压浆材料时，水料比为0.16～0.18。2.根据权利要求1所述的管幕箱涵一体化结构接头填充用超高性能压浆材料，其特征在于，水料混合时，使用转速不低于3000r/min的高速搅拌机搅拌。3.根据权利要求1所述的管幕箱涵一体化结构接头填充用超高性能压浆材料，其特征在于，所述水泥为C3A含量不大于5％的硅酸盐水泥。4.根据权利要求1所述的管幕箱涵一体化结构接头填充用超高性能压浆材料，其特征在于，所述硅灰为硅酸锆(ZrSiO4)电弧熔接生产氧化锆(ZrO2)时的副产物白硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：於林锋，樊俊江，韩建军，孙丹丹，沈贵阳，史若昕，
申请(专利权)人：上海建研建材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：