11 粘度时变材料可控灌浆技术
一、技术名称:粘度时变材料可控灌浆技术
二、技术类别:减碳技术
三、所属领域及适用范围:建材行业复杂岩土体灌浆,适用于水利水 电、交通、冶金矿山、地质灾害防治及山区城市建设等地基加固与防渗
四、该技术应用现状及产业化情况
我国环青藏高原东侧地区,由于活跃的构造环境和深切峡谷的地 貌特征,导致这一地区地质结构复杂。随着许多重大工程实施,揭露 出岩体中存在较为普遍的陡倾宽缝,这些岩体内部地质缺陷,对工程 安全产生重要影响,成为制约工程建设可行性的重大地质问题。用常规水泥灌浆加固这类特殊岩体,由于流动时间长,灌入的材料顺着裂 缝流动,漏失异常严重,常导致施工无法正常进行,灌浆工程量难以“控制”,水泥浪费严重。如装机 360 万 kW 的雅砻江锦屏一级水电站,存在大量这类复杂岩体,需进行灌浆处理,普通水泥年漏失量达 18~20 万吨。据不完全统计,我国相关灌浆工程的水泥漏失量每年不少于1000 万吨。 该技术通过调节水泥浆的粘度,控制其初始流动度与凝结时间,并有效控制水泥浆液的扩散范围,大量减少复杂地层灌浆的水泥用量。 目前,该技术已在四川、云南、贵州、新疆、河北等地成功实施多个 工程项目,在复杂地层灌浆工程中将具有广阔的发展前景。
五、技术内容
1. 技术原理
粘度时变性灌浆材料以普通硅酸盐水泥为基础浆液,掺加高分子聚合物以及硬凝剂和调节剂,配制成一种新型的粘度时变性注浆材料。 高分子聚合物溶剂可以抑制水泥浆的析水,提高浆液结石率;使用硬 凝促进剂不仅早期强度高,而且还能有效调节浆液凝结时间;时间调 节剂可以调节浆液铝酸三钙的水化进度,控制浆液的稠化时间,使得浆液能具有较好流动性能。该技术可有效控制浆液的使用和排放,降 低水泥用量,减少二氧化碳排放。
2.关键技术
(1)粘度时变性灌浆材料制备技术
利用粘度时变灌浆材料水化过程的溶剂化膜理论,构建水泥-外掺剂相互作用水化、硬化原理,为水泥基灌浆材料外掺剂的选择奠定了 理论基础(见图 1)。研发的 SJP 型系列水泥基粘度时变性灌浆材料, 具有流动性可控性的特点,同时可解决速凝灌(注)浆材料早期强度高、 但后期强度低这一国际难题。
(2)浆液扩散测试技术
采用浆液扩散测试系统,实现不同倾角、不同结构面宽度、不同 隙充填材料浆液的扩散范围测量,为灌浆材料在复杂岩土体中的扩散 提供技术支撑(见图 2)。
3. 工艺流程
该技术的工艺流程主要包括掺入材料加工合成、普通水泥浆搅拌、加入外掺剂、测试扩散范围、完成灌浆等过程,图3为掺入剂合成工艺流程示意图。
六、主要技术指标
1. SJP-1粘度时变灌浆材料:1)可泵期30-90min; 2)终凝5.5-8h;3)结石体强度比普通水泥浆高10-20%;适用地层:陡倾宽缝岩层、松 散覆盖土层、动水地层;
2. SJP-2粘度时变灌浆材料:1)冻融系数降低20-30%; 2)50个 冻融周期强度比普通水泥浆高50%;适用地层:短时冻土、季节性冻 土和多年冻土;
3. SJP-3粘度时变灌浆材料:1)线膨胀率降低40%; 2)后期强 度与普通水泥相比高80%;适用地层:湖沼相盐渍土和滨海相软土。
七、技术鉴定情况
该技术于 2010 年通过四川省科技厅组织的技术成果鉴定,已获 1项国家发明专利,2 项实用新型专利,并先后荣获 2013 年第十五届中 国专利金奖、2014 年四川省专利特等奖及 2013 年四川省科技进步一 等奖。
八、典型用户及投资效益
典型用户:中国水电第七工程局锦屏施工局、锦屏一级水电站 七·十四局联营体、中国水电七局斜卡项目部、中冶集团西北岩土工程 有限公司、四川荟骏基础工程有限公司等。
典型案例 1
案例名称:锦屏一级水电站左岸边坡锚索灌浆加固
建设规模:拱坝坝高 305 m,坝顶高程 1885m,坝基、锚索灌浆工程量达 400 万延长米。建设条件:对裂隙宽大、陡倾、发育的岩层灌 浆,注浆过程中漏浆现象非常严重,采用传统灌浆设备即可满足施工 要求。主要建设内容:应用粘度时变性浆材对普通水泥浆无法完成灌 注的节理裂隙发育、结构面宽大、陡倾、延伸长的锚索注浆孔进行施 工。主要设备为注浆扩散测试装置、泥浆泵、空压机等配套设备。锦 屏一级水电站灌浆项目(含坝基加固、边坡支护、防渗帷幕等)总投 资 50 亿元,灌浆材料投资约 8000 万元,建设周期为 10 年,年节约水 泥 20 万 t,项目年减排量约 10.6 万 tCO2。年节省投资成本为 0.8 亿元, 建设期节约成本 8 亿元,碳减排成本为-800~-400 元/tCO2。
典型案例 2
案例名称:中冶成勘九寨·云顶悦榕山庄酒店边坡治理工程
建设规模:2.3×104m2 边坡加固工程。建设条件:岩层破碎、裂隙、断层极度发育,局部地段有地层空腔,注浆过程中漏浆现象非常严重, 采用传统灌浆设备即可满足施工要求。主要建设内容:采用粘时变性 浆材岩层破碎、裂隙发育地层锚杆成孔难,普通水泥浆液无法完成灌 注的锚杆孔进行灌注。主要设备为注浆扩散测试装置、泥浆泵、空压机等配套设备。边坡加固总投资 350 万元,建设期为 0.5 年。共节约水泥 480 吨,综合节约生产成本 19 万元。项目实施期间减排量约255tCO2,碳减排成本为-800~-400 元/tCO2。
九、推广前景和减排潜力
随着我国城镇化的快速推进,大型水电、隧道等工程建设对水泥 建筑材料的需求量将大大增加,在节约水泥方面,粘度时变型灌浆材 料具有广阔的发展前景。预计未来 5 年,该技术的推广比例将达到30%,灌浆材料总投资约 3.2 亿元,预计年节约水泥 90 万吨,可形成 年碳减排能力 48 万吨 CO2。
由武汉节能协会办公室整理