隧道加固用聚氨酯复合注浆材料制备及性能试验分析_蔡顺枝.pdf
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1、研究新型注浆材料在隧道岩土体注浆加固中的注浆性能,室内利用聚氨酯浆材和水泥浆材,制备了聚氨酯/水泥基复合注浆材料,并对不同聚氨酯/水泥比和养护时间条件下的注浆结石体开展了水解试验、力学试验和细观特征考察。结果表明,当养护时间较长时,随着复合注浆材料中聚氨酯浆材含量的增加,注浆结石体的抗压强度均呈现出逐渐减小的变化趋势。在相同的聚氨酯/水泥比条件下,水解时间越长,则注浆结石体的抗压强度越小。当注浆材料中不掺聚氨酯浆材时,经过24 h的水解试验后,凝固后的水泥注浆材料结构明显破坏;随着聚氨酯:水泥比逐渐增加,水解后注浆结石体的水解破坏现象得到了显著的改善,内部结构更加紧密。关键词:聚氨酯;水泥;复
2、合注浆材料;抗压强度;水解试验中图分类号:TQ323.8;U414文献标志码:A文章编号:1001-5922(2023)03-0114-04Preparation and property analysis of polyurethane/cementbased grouting material in tunnel grouting reinforcementCAI Shunzhi(Guangzhou Zhongjiang Expressway Management Office of South Guangdong Communications,Jiangmen 529724,Guangd
3、ong China)Abstract:To study the grouting performance of new grouting materials in grouting reinforcement of tunnel rock andsoil mass,polyurethane/cement-based composite grouting materials areprepared by using polyurethane slurry andcement slurry in the laboratory.Then the hydrolysis test,mechanical
4、test and microscopic characteristics observation werecarried out on the grouting stone body under the conditions of different polyurethane/cement ratio and curing time.The results showed that:when the curing time was long,with the increase of polyurethane slurry content inthe composite grouting mate
5、rial,the compressive strength of the grouting stone body showed a gradual decreasetrend.Under the same polyurethane:cement ratio,the longer the hydrolysis timewas,the smaller the compressivestrength of the grouting stone bodywouldbe.When the grouting material was not mixed with polyurethane slurry,t
6、hestructure of the solidified cement grouting materialwas obviously damaged after 24 hours of hydrolysis test;With thegradual increase of polyurethane:cement ratio,the hydrolytic damage phenomenon of grouting stone body after hydrolysis had been significantly improved,and the internal structurewas m
7、ore compact.2023 年 3 月第 50 卷第 3 期doi:10.3969 j.issn.1001-5922.2023.03.028Vol.50 No.03,Mar.2023收稿日期:2022-08-12;修回日期:2023-03-10作者简介:蔡顺枝(1990-),男,硕士,工程师,研究方向:高速公路项目建设;E-mail:。引文格式:蔡顺枝.隧道加固用聚氨酯复合注浆材料制备及性能试验分析J.粘接,2023,50(3):114-117.114学术论文粘接书书书智能设计检测?年?月第?卷第?期?Academic papers材料科技应用在岩土体注浆加固工程中,水泥注浆材料是最为常
8、见的注浆材料。水泥注浆材料具有结石体强度高、价格便宜、注浆材料易获得等优势,因此被广泛应用于岩土体加固工程中1-4。然而,水泥基注浆材料也存在一定的局限性,在特殊情况下不能适用。水泥浆液凝固时间长、强度发展缓慢、抗分散性差、不适于细微裂缝灌浆,因此,在地下隧道建设工程富水地质条件下岩土体注浆加固不能适用5-7。因此,通过改良水泥注浆材料提升其注浆性能具有广阔的研发前景。在岩土体加固工程中,化学注浆技术也是一种重要的技术手段8-9。其中,聚氨酯注浆材料工程性能优良,具有凝结速度快、能够适用微裂缝注浆加固,因此应用最为广泛。然而,聚氨酯注浆材料加固的结石体强度较低,仍存在一定的局限性,不能满足工程
9、建设需求10-12。综上所述,考虑利用聚氨酯注浆材料对水泥注浆材料进行改良,综合二者的优良性能,具有较好的研发可能性。为研究新型注浆材料在隧道岩土体注浆加固中的注浆性能,室内利用聚氨酯浆材和水泥浆材,制备了聚氨酯/水泥基复合注浆材料,并对不同聚氨酯/水泥比和养护时间条件下的注浆结石体开展了水解试验、力学试验和细观特征观察。1试验材料与方法1.1材料本次试验研究制备的聚氨酯/水泥注浆材料的主要原料,(1)主剂A:二苯甲烷二异氰酸酯(MDI);(2)主剂B:环氧丙烷聚醚多元醇;(3)稀释剂:丙酮;(4)催化剂:三乙醇胺;(5)缓凝剂:磷酸;(6)扩链剂:1,4丁二醇;(7)乳化剂:吐温-80;(8
10、)水泥:P O42.5普通硅酸盐水泥。此外,研究所用砂土试样为重塑砂土试样,砂土试样级配曲线如图1所示。小于某粒径之土质量百分比/%1010.10.010.001颗粒直径/mm100806040200图1粉细砂试样级配曲线Fig.1Grading curve of silty and fine sand samples由图1可知,试样属于粉细砂,平均粒径0.171 mm,不均匀系数1.77,曲率系数0.99,密度2.71 g/cm3。1.2注浆材料制备参照大量现有研究成果,最终确定聚氨酯注浆材料的制备方法:将等量50 mL的二苯基甲烷二异氰酸酯(主剂A)和环氧丙烷聚醚(主剂B)均匀混合,加入一
11、定量(1 mL)的三乙醇胺(催化剂)和1,4-丁二醇(扩链剂)等辅助剂后,将混合液液溶于一定量的丙酮(溶剂)溶液中,控制反应温度在4050,制得聚氨酯预聚体,再将预聚体与其他附加剂混合配得浆液。最后,再将聚氨酯预聚体和水泥以不同比例混合,得到新型聚氨酯/水泥复合注浆材料。1.3试验方案为研究注浆材料的工程性能,将制备得到的新型注浆材料注入砂土试样中,并开展室内综合试验研究。首先,取水泥浆10 mL,并将不同体积2.5、5、7.5和10 mL的聚氨酯浆材分别加入水泥,则聚氨酯/水泥比分别为1 4、1 2、3 4和1 1;取等体积、不同水泥含量的混合浆材分别注入砂土试样(标准试样H=40 mm80
12、 mm)中;此外,同时,设置空白对照组,仅向砂土试样中注入与上述试验组等体积的水泥注浆材料。此外,为研究养护时间对聚氨酯/水泥复合注浆材料性能的影响,同时设置了3个不同养护时间4、8和12 h下的注浆结石体力学性质试验。试样组编号及试验设置具体如表1所示。表1试样组编号及试验设置Tab.1Sample group number and test design分组ABCDE试样编号A1-A3B1-B3C1-C3D1-D3E1-E3聚氨酯浆材 水泥浆材0 11 41 23 41 1养护时间/h4、8、124、8、124、8、124、8、124、8、12备注对照组试验组试验组试验组试验组此外,由于地
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