CN120058319A - 一种用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料科学技术领域，公开了一种用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料及其制备方法，以质量份数计，包括如下原料：普通硅酸盐水泥426~480份，铝酸盐水泥90~100份，半水石膏44~50份，矿粉135~160份，粉煤灰80~135份，纳米蒙脱石改性纤维1.35~1.8份，可再分散乳胶粉1.5~2份，减水剂0.9~1.35份，消泡剂0.9~1.35份，石英砂800~900份，水240~270份。本发明提供的水泥基修补材料具有良好力学性能，早期强度高，后期强度稳定增长且不出现倒缩现象，具有高的抗渗性和抗裂性，抗扰动性能良好，体积稳定性好，新旧界面粘结性能良好，耐久性优异，且易于配制，施工方便。

Description

一种用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料及其制 备方法

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，具体涉及一种用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料及其制备方法。

背景技术

随着交通基础设施建设的快速蓬勃发展，作为交通基础设施重要组成部分的隧道工程也在快速发展，由于其具有缩短里程、节约时间和经济成本等特点，隧道工程在铁路、公路、城市地下轨道交通等领域不可或缺，承担着缓解地面交通压力、连接不同区域的重要作用，是保障交通运输高效、便捷的关键节点。

隧道通常处于地下复杂的地质环境中，长期受到地下水、地层应力、温度变化等多种因素的共同作用。地下水的侵蚀性、地层应力的动态变化以及温度的周期性波动，对隧道衬砌结构造成持续的损伤。同时，隧道内车辆行驶产生的振动荷载，也会对衬砌结构产生不利影响。在上述复杂环境的长期作用下，隧道衬砌结构不可避免地出现各种病害，其中衬砌裂缝是最为常见且危害较大的病害之一。裂缝的出现不仅破坏了衬砌结构的完整性，还为地下水及其他有害介质的侵入提供了通道，进而引发渗漏、钢筋锈蚀、混凝土开裂、掉块等一系列病害问题，这些病害问题的存在不仅影响了隧道的正常运行，具有巨大的安全隐患，而且会降低结构的承载力，严重影响隧道的服役年限。因此，研发出一种既可以提高抗渗性能又可以有效抗扰动的修补材料对隧道工程来说迫在眉睫。

随着材料行业的蓬勃发展，适用于隧道工程衬砌裂缝的修补材料也纷纷涌现，进入大众视野中。目前，对于隧道工程衬砌裂缝的修补材料主要有改性超细水泥、磷酸镁水泥、早强硅酸盐水泥、聚合物水泥浆、环氧树脂修补材料。

中国发明专利CN118598635A提供了用于隧道裂缝修补的磷酸镁水泥及其制备方法，该发明的磷酸镁水泥通过将镁质原料、磷酸盐类材料以及矿物掺和料作为主要组分，并在其中加入缓凝剂、温控剂以及降粘剂，从而延长磷酸镁水泥的终凝时间、提高浆体流动度、提高小时强度和界面粘结性能。实现了磷酸镁水泥凝结时间的有效调控和工作性能的显著提升，且其小时强度和界面粘结性能优异，有效解决了现有修补加固材料粘结性能不足、易老化、强度倒缩等难题。但成本较高，磷酸镁水泥的长期耐久性不足反而会导致修补部位过早失效。

中国发明专利CN117069465A提供了用于隧道工程的高抗渗水泥基修复材料及其配制方法，该发明包括以下原材料组成：硅酸盐水泥、石英砂、粉煤灰、无机膨润土、活性催化剂、脱硫石膏、聚羧酸系减水剂、纤维素醚、聚丙烯酰胺、木质纤维、消泡剂和水，高抗渗水泥基修复材料具有抗折和抗压强度高、粘结强度高、抗渗等级高和抗渗压力大、干缩率低和耐久性等优势；可解决隧道工程中隧道衬砌混凝土自防水性能差的问题，亦可修复已遭渗漏水侵蚀劣化的隧道衬砌结构，解决隧道渗漏水问题，不仅解决传统衬砌混凝土不够密实、收缩开裂或温度荷载应力开裂等造成自防水能力差的问题，亦可对已劣化的传统衬砌混凝土进行及时修补维护，解决隧道工程渗漏水问题。但成本较高，对材料用量敏感，容易影响修补材料的性能。

中国发明专利CN105439506A提供了一种水性环氧树脂改性水泥砂浆修补材料及其制备方法，该发明通过水性环氧树脂及添加剂的加入有效提高水泥砂浆的柔韧性和粘结性能，通过钙镁质膨胀剂的加入有效提高水泥砂浆的抗渗能力，膨胀效应可以弥补改性砂浆自身收缩，降低收缩变形。该发明水性环氧树脂改性水泥砂浆具有凝结时间短、流动度佳、抗压抗折强度高、抗震、收缩变形低、耐久和防水性能好、生产简单及施工方便等特点，具有超高的粘结强度和优良的耐久性。但其受环境温湿度变化影响较大，不太使用于隧道工程的修补。

中国发明专利CN110627445A提供了用于隧道工程的高抗渗水泥基修复材料及其配制方法，该发明属于建筑材料技术领域，由硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、钢渣粉、岩石粉、尾矿砂、石英砂、凹凸棒土、丙烯酸酯乳液、纤维素醚、聚丙烯酰胺、PVA纤维、PET纤维、聚羧酸系减水剂和消泡剂组成。具有易施工、工作性好，保水性好、抗压强度高、抗渗等级高、高韧性和粘结性以及耐久性优良等特点；可适用于隧道工程中衬砌混凝土的施工初期防护或工程后期维护修复。但成本较高，掺入的纤维不易搅拌均匀，影响试件整体的密实性。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料及其制备方法。本发明提供的水泥基修补材料具有良好力学性能，早期强度高，后期强度稳定增长且不出现倒缩现象，具有高的抗渗性和抗裂性，抗扰动性能良好，体积稳定性好，新旧界面粘结性能良好，耐久性优异，且易于配制，施工方便。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料，以质量份数计，包括如下原料：

普通硅酸盐水泥426~480份，铝酸盐水泥90~100份，半水石膏44~50份，矿粉135~160份，粉煤灰80~135份，纳米蒙脱石改性纤维1.35~1.8份，可再分散乳胶粉1.5~2份，减水剂0.9~1.35份，消泡剂0.9~1.35份，石英砂800~900份，水240~270份。

优选的，所述的普通硅酸盐水泥采用SO₃含量小于5%的P·O 42.5普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥采用CA-50的铝酸盐水泥。

优选的，所述的矿粉采用S95级粒化高炉矿渣粉，所述的粉煤灰采用Ⅱ级粉煤灰。

优选的，所述的减水剂采用高效聚羧酸粉状减水剂、消泡剂采用P803型粉末状有机硅消泡剂。

优选的，所述的分散剂采用六偏磷酸钠。

优选的，所述的石英砂采用高纯度粒径为15~40目的级配石英砂，颗粒级配符合Ⅱ级中砂要求。

本发明还提供了如上所述用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料的制备方法，包括如下过程：

将普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、半水石膏、矿粉、粉煤灰、可再分散乳胶粉、纳米蒙脱石改性纤维、减水剂、消泡剂及石英砂混合均匀，得到干料混合物；

向所述干料混合物中加入水并持续搅拌，待干料混合物与水混匀后，得到所述用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料。

优选的：将普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、半水石膏、矿粉、粉煤灰、可再分散乳胶粉、纳米蒙脱石改性纤维、减水剂、消泡剂及石英砂进行混合均匀时，混合时间为2~3min；

向所述干料混合物中加入水并持续搅拌时，先将水在1~2min内全部加入干料混合物，然后再持续搅拌1~2min，使干料混合物与水混匀，得到所述用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料。

优选的，所述纳米蒙脱石改性纤维的制备方法包括：

将纤维在无水乙醇溶液中浸泡235-245min，之后进行洗涤，洗涤后于42-48℃恒温干燥至恒重，得到预处理后的纤维；

将去离子水：无水乙醇：硅烷偶联剂按（0.9-1.1）：（2.9-3.1）：（0.1-0.3）的质量比混合，并用醋酸调整pH至4~5，然后进行超声分散，分散均匀后获得硅烷偶联剂溶液；

将预处理后的纤维在硅烷偶联剂中浸泡115-125min，其中，预处理后的纤维与硅烷偶联剂中去离子水的质量比为0.08：（0.9-1.1），然后分离出纤维，并对纤维用去离子水和无水乙醇的混合液洗涤至中性，洗涤后烘干至恒重，得到经硅烷偶联剂处理后的纤维；

将去离子水：六偏磷酸钠：纳米蒙脱石按质量比为（398-402）：（1.4-1.6）：（6-8）混合，并添加醋酸调整pH至5~6，在57-63℃下快速搅拌18-22min，随后进行超声分散28-32min，得到纳米蒙脱石溶液；

将经硅烷偶联剂处理后的纤维加入纳米蒙脱石溶液中，使用磁力搅拌，在57-63℃下反应175-185min，其中，经硅烷偶联剂处理后的纳米蒙脱石溶液中去离子水的质量比为5：（398-402）；磁力搅拌结束后将纤维分离出来并用无水乙醇与去离子水交替洗涤，洗涤至中性后，将纤维在57-63℃下真空干燥355-365min，得到纳米蒙脱石改性纤维。

优选的，

纤维采用玄武岩纤维、PVA纤维、PP纤维、碳纤维、钢纤维中的至少一种；

硅烷偶联剂采用KH-550型硅烷偶联剂。

本发明具有如下有益效果：

本发明用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料中，矿粉和粉煤灰不但可以改善体系的流动性和粘聚性，也可以填充水泥颗粒之间的空隙，细化体系的孔结构，使体系更加密实，从而提高修补材料的抗渗性。同时可以与水泥中的氢氧化钙等物质发生火山灰反应，生成更多的水化硅酸钙凝胶，进一步提高砂浆的力学强度和耐久性；纳米蒙脱石改性纤维材料能显著提高修补材料的力学强度、粘结强度、抗渗性以及抗扰动性，其主要原因一方面是纳米蒙脱土具有较大的比表面积且为层状结构，能够有效阻隔水分和有害离子的渗透，提高修补材料的抗渗性，且层状结构在材料受到应力时能够发生滑移，吸收一部分能量，从而提高材料的韧性；同时纳米蒙脱土中的活性成分（如SiO₂和Al₂O₃）能够与水泥水化产物中的Ca(OH)₂发生二次水化反应，生成新的水化产物，这些新水化产物填充在水泥基体的孔隙中，进一步增强了材料的微观结构。另一方面是改性纤维在水泥基内部均匀分散后，可以形成三维网状结构，能够有效的分散应力，减少裂缝的产生；同时增强修补材料的韧性和抗扰动性，使其能够承受隧道环境中的动荷载和振动；最后，蒙脱石纳米颗粒附着在纤维表面形成更为粗糙的结构，提高机械咬合力，进而提高修补材料与基体的粘结性能。通过可再分散乳胶粉的加入可以显著的提高水泥基修补材料在温湿度变化、离子侵蚀以及动荷载作用下的粘结强度和内聚力，也能够提高修补材料的抗渗性和防水性，这是因为可再分散乳胶粉可以填充体系内的孔隙，形成更为致密的结构，且乳胶粉在体系中可以形成聚合物膜，阻挡水分渗透的同时可以增强界面的粘结性，从而提升体系整体的内聚力，使修补材料于混凝土基体粘结的更加牢固；又由于乳胶粉形成的聚合物膜具有一定的弹性，能够吸收部分应力，使得修补材料具备一定的变形能力，进一步提高修补材料的抗扰动性。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细描述，各个实施例均为实验例并提供了真实的性能测试数据。

本发明通过提高修补材料的工作性能、力学性能以及粘结性能，同时充分解决隧道工程修补应具备的高抗渗性和高抗扰动性的技术方案，通过复合矿物掺合料、纳米蒙脱石改性纤维材料及可再分散乳胶粉的共同作用，得到了一种用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修复材料。本发明的具体方案如下：

本发明用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料，包括以下质量份数组分的原料制成：普通硅酸盐水泥426~480份，铝酸盐水泥90~100份，半水石膏44~50份，矿粉135~160份，粉煤灰80~135份，纳米蒙脱石改性纤维1.35~1.8份，可再分散乳胶粉1.5~2份，减水剂0.9~1.35份，消泡剂0.9~1.35份，石英砂800~900份，水240~270份。

本发明上述方案中，所述的普通硅酸盐水泥可采用SO₃含量小于5%的P·O 42.5普通硅酸盐水泥。铝酸盐水泥可采用类型是CA-50的铝酸盐水泥。半水石膏可采用纯度高于99.0%的工业级半水石膏。矿粉可采用S95级粒化高炉矿渣粉。粉煤灰可采用Ⅱ级粉煤灰。减水剂可采用高效聚羧酸粉状减水剂。消泡剂可采用P803型粉末状有机硅消泡剂。分散剂可采用六偏磷酸钠。石英砂可采用高纯度粒径可采用15~40目的级配石英砂，颗粒级配复合Ⅱ级中砂要求。

本发明上述方案中采用的纳米蒙脱石改性纤维是通过纳米材料和硅烷偶联剂对纤维进行表面处理得到的。其中，纤维可采用玄武岩纤维、PVA纤维、PP纤维、碳纤维、钢纤维中的至少一种。纳米材料采用纳米蒙脱土。硅烷偶联剂可采用KH-550型硅烷偶联剂。

本发明上述用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、首先将纤维在无水乙醇溶液中浸泡4h±5min，洗涤后在45±3℃下恒温干燥至恒重，得到预处理后的纤维；然后将去离子水：无水乙醇：硅烷偶联剂按1±0.1：3±0.1：0.2±0.1的质量比在烧杯中混合，使用醋酸调整pH至4~5，将该烧杯放入超声分散仪中进行超声分散，分散均匀后获得硅烷偶联剂溶液，此处的分散时间和原料的用量有关，本发明不做具体的限定；随后取一定量的前述预处理后的纤维放入配制好的硅烷偶联剂中浸泡2h±5min后，取出纤维用去离子水和无水乙醇的混合液洗涤、过滤2~3次（此时能保证洗涤至中性），并在80±3℃真空烘箱中干燥6h±5min，冷却至室温，然后将纤维放入干燥皿中干燥至恒重。其中，预处理后的纤维与硅烷偶联剂中去离子水的质量比为0.08：1±0.1。

步骤二、将去离子水：六偏磷酸钠：纳米蒙脱石按质量比为400±2：1.5±0.1：7±1混合，然后添加适量醋酸调整pH至5~6，在60±3℃下快速搅拌20±2min，随后用超声分散仪超声分散30±2min，得到纳米蒙脱石溶液；称取一定量的经硅烷偶联剂处理后的纤维放入配制好的纳米蒙脱石溶液中，使用磁力搅拌机在60±3℃下反应3h±5min，将反应后的纤维捞出并用无水乙醇与去离子水交替洗涤3次（此时能保证洗涤至中性），过滤后60±3℃真空干燥6h±5min，即得到最终的纳米蒙脱石改性纤维。其中，经硅烷偶联剂处理后的纳米蒙脱石溶液中去离子水的质量比为5：400±2。

步骤三、润湿搅拌机，按照配比将普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、半水石膏、矿粉、粉煤灰、可再分散乳胶粉、纳米蒙脱石改性纤维、减水剂、消泡剂及石英砂在搅拌机中充分均匀搅拌制成干料混合物，搅拌时间为2~3min；

步骤四、依次向步骤三所得的干料混合物中加入水进行慢速搅拌(140±5r/min)，搅拌时间为1~2min；随后将搅拌机转速提高为快速搅拌(285±10r/min)，直至纤维均匀的分散在浆体中，无团聚现象出现后停止搅拌，搅拌时间为1~2min，得到本发明用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料。

上述制备方法中，参数数值后“±”后的数字为相应参数允许的偏差，在对应的偏差范围内，本发明的技术方案均是可行的。

本发明使用普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥及半水石膏复配，并掺入了矿粉、粉煤灰、纳米蒙脱石改性纤维材料、可再分散乳胶粉，保证了水泥基修补材料具有较高的早期强度和稳定发展的后期强度，扰动后的试件也有较高的力学强度，修补材料的抗渗性和抗裂性也得到了进一步的提升，与此同时，本发明的水泥基修补材料体积稳定性好，具有良好的新旧界面粘结性能，耐久性好，易于配制，施工方便。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的水泥基修补材料以普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和半水石膏为基体组成，所构成的三元体系能够快速凝结硬化，缩短修补时间，早期强度高且后期强度稳定增长，有一定的抗扰动性，具有一定的微膨胀性，使得修补材料和混凝土基体能够紧密结合，增强界面的粘结性能，抗渗性好，耐久性好，其主要原因是三元体系水化早期可以生成大量的钙矾石和水化铝酸钙，填充体系内部的空隙，改善体系的孔隙率，从而提高体系的密实度，获得更高的力学强度，同时钙矾石含有大量结晶水，对体系而言具有一定的膨胀性能，可以和基础混凝土形成很好的粘结；

掺入的矿粉和粉煤灰不但可以改善体系的流动性和粘聚性，也可以填充水泥颗粒之间的空隙，细化体系的孔结构，使体系更加密实，从而提高修补材料的抗渗性。同时可以与水泥中的氢氧化钙等物质发生火山灰反应，生成更多的水化硅酸钙凝胶，进一步提高砂浆的力学强度和耐久性；

掺入的纳米蒙脱石改性纤维材料能显著提高修补材料的力学强度、粘结强度、抗渗性以及抗扰动性，其主要原因一方面为纳米蒙脱土具有较大的比表面积且为层状结构，能够有效阻隔水分和有害离子的渗透，提高修补材料的抗渗性，且层状结构在材料受到应力时能够发生滑移，吸收一部分能量，从而提高材料的韧性；同时纳米蒙脱土中的活性成分（如SiO₂和Al₂O₃）能够与水泥水化产物中的Ca(OH)₂发生二次水化反应，生成新的水化产物，这些新水化产物填充在水泥基体的孔隙中，进一步增强了材料的微观结构。另一方面改性纤维在水泥基内部均匀分散后，可以形成三维网状结构，能够有效的分散应力，减少裂缝的产生；同时增强修补材料的韧性和抗扰动性，使其能够承受隧道环境中的动荷载和振动；最后，蒙脱石纳米颗粒附着在纤维表面形成更为粗糙的结构，提高机械咬合力，进而提高修补材料与基体的粘结性能。

掺入的可再分散乳胶粉可以显著的提高水泥基修补材料在温湿度变化、离子侵蚀以及动荷载作用下的粘结强度和内聚力，也能够提高修补材料的抗渗性和防水性，这是因为可再分散乳胶粉可以填充体系内的孔隙，形成更为致密的结构，且乳胶粉在体系中可以形成聚合物膜，阻挡水分渗透的同时可以增强界面的粘结性，从而提升体系整体的内聚力，使修补材料于混凝土基体粘结的更加牢固；又由于乳胶粉形成的聚合物膜具有一定的弹性，能够吸收部分应力，使得修补材料具备一定的变形能力，进一步提高修补材料的抗扰动性。

通过掺加消泡剂，使水泥基修补材料内部气泡明显减少，改善体系的孔隙结构，进一步提高修补材料的密实度，不但可以提高修补材料的力学性能，还可以提高修补材料的抗渗性；

通过掺加减水剂能够根据工程要求调整修补材料的凝结硬化时间，并提高了浆体的流动度，易于现场施工。

本发明以下实施例中，采用了两种纳米蒙脱石改性纤维，其中一种纳米蒙脱石改性纤维中的纤维采用PP纤维，则该纳米蒙脱石改性纤维记为纳米蒙脱石改性PP纤维；另一种纳米蒙脱石改性纤维中的纤维采用PVA纤维，则该纳米蒙脱石改性纤维记为纳米蒙脱石改性PVA纤维。

纳米蒙脱石改性PP纤维的制备方法包括以下步骤：

步骤一、首先将PP纤维在无水乙醇溶液中浸泡4h，洗涤后45℃恒温干燥至恒重；然后将去离子水：无水乙醇：KH-550型硅烷偶联剂按1：3：0.2的质量比在烧杯中混合，使用醋酸调整pH至4~5，将该烧杯放入超声分散仪中进行超声分散15min，获得硅烷偶联剂溶液；随后取一定量的PP纤维放入配制好的硅烷偶联剂中浸泡2h后，取出纤维用去离子水和无水乙醇的混合液洗涤、过滤3次，并在80℃真空烘箱中干燥6h，冷却至室温，然后将纤维放入干燥皿中干燥至恒重。其中，预处理后的纤维与硅烷偶联剂中去离子水的质量比为8：100。

步骤二、将去离子水：六偏磷酸钠：纳米蒙脱石按质量比为400：1.5：7混合，然后添加适量醋酸调整pH至5~6，在60℃下用磁力搅拌机高速搅拌（2000r/min）20min，随后用超声分散仪超声分散30min；称取一定量的经硅烷偶联剂处理后的纤维放入配制好的纳米蒙脱石溶液中，使用磁力搅拌机在60℃下反应3h，将反应后的纤维捞出并用无水乙醇与去离子水交替洗涤3次，过滤后在60℃真空干燥6h，即得到最终的纳米蒙脱石改性PP纤维。其中，经硅烷偶联剂处理后的纳米蒙脱石溶液中去离子水的质量比为5：400。

纳米蒙脱石改性PVA纤维的制备方法和纳米蒙脱石改性PP纤维的制备方法相同，不同点仅在于所采用的纤维不同，制备纳米蒙脱石改性PVA纤维时采用的纤维为PVA纤维。

本发明下述实施例和对比例中，普通硅酸盐水泥采用SO₃含量小于5%的P·O 42.5普通硅酸盐水泥。铝酸盐水泥采用类型是CA-50的铝酸盐水泥。矿粉采用S95级粒化高炉矿渣粉。粉煤灰采用Ⅱ级粉煤灰。减水剂采用高效聚羧酸粉状减水剂。消泡剂采用P803型粉末状有机硅消泡剂。分散剂采用六偏磷酸钠。石英砂采用高纯度粒径采用15~40目的级配石英砂，颗粒级配复合Ⅱ级中砂要求。

实施例1

以质量份数计，本实施例用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料的原料包括：普通硅酸盐水泥480g，铝酸盐水泥100g，半水石膏50g，矿粉135g，粉煤灰135g，水270g，纳米蒙脱石改性PP纤维1.35g，高效聚羧酸减水剂1.08g，P803型粉末消泡剂1.08g，石英砂900g。

按以下步骤将上述原料制备成一种用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修复材料：

步骤一、润湿搅拌机，按照配比将普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、半水石膏、矿粉、粉煤灰、可再分散乳胶粉、纳米蒙脱石改性PP纤维、减水剂、消泡剂及石英砂在搅拌机中充分均匀搅拌制成干料混合物，搅拌时间3min；

步骤二、依次向步骤一所得的干料混合物中加入水进行慢速搅拌，搅拌时间为2min；随后将搅拌机转速提高为快速搅拌，直至PP纤维均匀的分散在浆体中，无团聚现象出现后停止搅拌，搅拌时间为2min，得到本实施例用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料。

实施例2

以质量份数计，本实施例用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料的原料包括：普通硅酸盐水泥480g，铝酸盐水泥100g，半水石膏50g，矿粉135g，粉煤灰135g，水270g，纳米蒙脱石改性PP纤维1.8g，高效聚羧酸减水剂1.26g，P803型粉末消泡剂1.26g，石英砂900g。

本实施例用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料的制备方法与实施例1相同。

实施例3

以质量份数计，本实施例用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料的原料包括：普通硅酸盐水泥426g，铝酸盐水泥90g，半水石膏44g，矿粉160g，粉煤灰80g，水240g，纳米蒙脱石改性PP纤维1.8g，可再生乳胶粉2g，高效聚羧酸减水剂1.35g，P803型粉末消泡剂1.35g，石英砂800g。

本实施例用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料的制备方法与实施例1相同。

实施例4

以质量份数计，本实施例用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料的原料包括：普通硅酸盐水泥426g，铝酸盐水泥90g，半水石膏44g，矿粉160g，粉煤灰80g，水240g，纳米蒙脱石改性PVA纤维1.35g，可再生乳胶粉2g，高效聚羧酸减水剂1.26g，P803型粉末消泡剂1.26g，石英砂800g。

本实施例用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料的制备方法与实施例1相同。

实施例5

以质量份数计，本实施例用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料的原料包括：普通硅酸盐水泥480g，铝酸盐水泥100g，半水石膏50g，矿粉135g，粉煤灰135g，水270g，纳米蒙脱石改性PVA纤维1.35g，可再生乳胶粉1.5g，高效聚羧酸减水剂1.35g，P803型粉末消泡剂1.35g，石英砂900g。

本实施例用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料的制备方法与实施例1相同。

对比例；

以质量份数计，本对比例修补材料的原料包括：普通硅酸盐水泥480g，铝酸盐水泥100g，半水石膏50g，矿粉135g，粉煤灰135g，水270g，高效聚羧酸减水剂0.9g，P803型粉末消泡剂0.9g，石英砂900g。

本对比例修补材料的制备方法与实施例1相同。

上述实施例1~实施例5及对比例所得材料的试件在不同条件下的各种性能测试，具体测试结果如下表1所示：

表1

由表1测试结果可知，本发明各实施例的初凝终凝时间适宜，且初凝时间与终凝时间之间的时间间隔比较低，使得修补材料的受扰期较短，减少了修补材料受扰概率；早期强度和后期强度性能优异，受扰后的1d抗压强度均在40MPa以上，1d抗折强度均大于9MPa，28d抗压强度均在72MPa以上，28d抗折强度均大于15MPa；粘结强度较对比例相比提升了很多，受扰后的粘结强度损失也变小，说明该修补材料的抗扰动能力较高，可以改善扰动对水泥基修补材料的负面影响。同时，也可以从表1中看出各实施例制备的砂浆试件抗渗性能也很优异。

综上所述，本发明提供的用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修复材料，具有良好的力学性能、粘结性能、抗渗性和抗扰动性，能够很好的用于隧道工程混凝土结构的修补。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料，其特征在于，以质量份数计，包括如下原料：

普通硅酸盐水泥426~480份，铝酸盐水泥90~100份，半水石膏44~50份，矿粉135~160份，粉煤灰80~135份，纳米蒙脱石改性纤维1.35~1.8份，可再分散乳胶粉1.5~2份，减水剂0.9~1.35份，消泡剂0.9~1.35份，石英砂800~900份，水240~270份。

2.根据权利要求1所述的一种用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料，其特征在于，所述的普通硅酸盐水泥采用SO₃含量小于5%的P·O 42.5普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥采用CA-50的铝酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的一种用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料，其特征在于，所述的矿粉采用S95级粒化高炉矿渣粉，所述的粉煤灰采用Ⅱ级粉煤灰。

4.根据权利要求1所述的一种用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料，其特征在于，所述的减水剂采用高效聚羧酸粉状减水剂、消泡剂采用P803型粉末状有机硅消泡剂。

5.根据权利要求1所述的一种用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料，其特征在于，所述的分散剂采用六偏磷酸钠。

6.根据权利要求1所述的一种用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料，其特征在于，所述的石英砂采用高纯度粒径为15~40目的级配石英砂，颗粒级配符合Ⅱ级中砂要求。

7.权利要求1-6任意一项所述的一种用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料的制备方法，其特征在于，包括如下过程：

将普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、半水石膏、矿粉、粉煤灰、可再分散乳胶粉、纳米蒙脱石改性纤维、减水剂、消泡剂及石英砂混合均匀，得到干料混合物；

向所述干料混合物中加入水并持续搅拌，待干料混合物与水混匀后，得到所述用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料。

8.根据权利要求7所述的一种用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料的制备方法，其特征在于：

将普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、半水石膏、矿粉、粉煤灰、可再分散乳胶粉、纳米蒙脱石改性纤维、减水剂、消泡剂及石英砂进行混合均匀时，混合时间为2~3min；

向所述干料混合物中加入水并持续搅拌时，先将水在1~2min内全部加入干料混合物，然后再持续搅拌1~2min，使干料混合物与水混匀，得到所述用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料。

9.根据权利要求8所述的一种用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料的制备方法，其特征在于：

所述纳米蒙脱石改性纤维的制备方法包括：

将纤维在无水乙醇溶液中浸泡235-245min，之后进行洗涤，洗涤后于42-48℃恒温干燥至恒重，得到预处理后的纤维；

将去离子水：无水乙醇：硅烷偶联剂按（0.9-1.1）：（2.9-3.1）：（0.1-0.3）的质量比混合，并用醋酸调整pH至4~5，然后进行超声分散，分散均匀后获得硅烷偶联剂溶液；

将预处理后的纤维在硅烷偶联剂中浸泡115-125min，其中，预处理后的纤维与硅烷偶联剂中去离子水的质量比为0.08：（0.9-1.1），然后分离出纤维，并对纤维用去离子水和无水乙醇的混合液洗涤至中性，洗涤后烘干至恒重，得到经硅烷偶联剂处理后的纤维；

将去离子水：六偏磷酸钠：纳米蒙脱石按质量比为（398-402）：（1.4-1.6）：（6-8）混合，并添加醋酸调整pH至5~6，在57-63℃下快速搅拌18-22min，随后进行超声分散28-32min，得到纳米蒙脱石溶液；

将经硅烷偶联剂处理后的纤维加入纳米蒙脱石溶液中，使用磁力搅拌，在57-63℃下反应175-185min，其中，经硅烷偶联剂处理后的纳米蒙脱石溶液中去离子水的质量比为5：（398-402）；磁力搅拌结束后将纤维分离出来并用无水乙醇与去离子水交替洗涤，洗涤至中性后，将纤维在57-63℃下真空干燥355-365min，得到纳米蒙脱石改性纤维。

10.根据权利要求9所述的一种用于隧道工程的高抗渗高抗扰动水泥基修补材料的制备方法，其特征在于：

纤维采用玄武岩纤维、PVA纤维、PP纤维、碳纤维、钢纤维中的至少一种；

硅烷偶联剂采用KH-550型硅烷偶联剂。