《粘度时变灌浆材料创制及复杂岩土体加固应用》

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该项目属于地质灾害监测预报与防治领域。

我国自上世纪50年代灌浆技术应用以来,在水利水电、公路、铁路、地质灾害防治等多个领域发挥了重要作用。据不完全统计,目前我国年灌浆重超过1亿吨,占全球工程量的50%以上。西部大开发实施以来,“西电东送”水电能源基地、西气东输、南水北调及“一带一路”交通大通道等工程建设中,大量灌浆工程中经常遇到大漏失通道、高压涌水及溶洞等复杂地层,出现“灌不住、顺缝跑”,导致灌浆效果差、灌浆质量不能满足工程运行,甚至部分工程报废。

项目组以青藏高原及其东南缘重大基础工程设施建设为依托,在国家自然科学基金委、有关部委及地方政府的支持下,针对坝基渗漏、隧道突水、建筑物地基渗漏、震裂山体加固等工程难题,持续开展了十余年研究工作,在水泥-外掺剂体系水化机理、粘度时变灌浆材料创制、浆液扩散、设备及机具等方面,取得了一批原创性的、填补国际空白的学术成果与技术发明:

(1)首次发现改性纤维素钠在水泥颗粒表面溶解成膜,提出了水泥-外掺剂水化过程的溶剂化膜理论,为粘度时变创制奠定了理论基础,确定了改性纤维钠0.02-0.1、合成钙硅质早强剂0.5-2、酰胺类聚合物稳定剂0.05-0.1等组份。

(2)发明了初始流动度大、可灌性好,临近可泵期粘度突增的SJP水泥基灌浆材料,破解了水泥基速凝灌浆材料早期强度高、后期强度低这一国际难题。SJP材料初始流动度220-260mm,可泵期10-90min,初凝4h-6h,28d结石体抗压强度高出普通水泥浆10%-20%、高出水泥-水玻璃双液35%-55%。

(3)创制了注浆扩散测试系统。模拟浆液地层中的扩散半径与边界,可实现0~90°倾角、0~25mm宽度、0~1MPa压力注浆扩散测试,控制尺度6.4m×3.8m,达到隐蔽注浆“可视化”目的,搭建设计与工程施工之间的“桥梁”。

(4)研发了粘度时变灌浆加固设备与机具,提高了复杂地层灌浆适应性与效率,实现灌浆施工由“粗放型”向“精细化”转化。相比常规灌浆方法,水泥用量可减少30%-50%、工效提高40%-60%,有些工程减少水泥量高达90%。

授权发明专利23项、实用新型专利30项,核心专利获第十五届中国专利金奖、首届四川省专利特等奖;产品注册商标2个,列入全国重点推广低碳项目;成果编入3部国家、行业规范。成果2013年获四川省科技进步一等奖、2012年新疆自治区科技进步一等奖,2016年第一完成人获第九届全国发明创业奖•人物奖。

截止2017年12月底,成果已推广至国内16个省市自治区,解决了一批灌浆工程难题,如坝高305m的锦屏一级水电站左岸边坡、海拔4800m的西藏米拉山特长公路隧道、汶川地震震裂山体等灌浆加固。十年来,参与120余项重大工程,据不完全统计,为企业新增产值21亿元,新增利润4.6亿元。由于工程节约大量水泥用量,相应减少了二氧化碳排量,对保护生态环境有重要意义。

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