一种使用炉渣、废弃玻璃渣制作的隔震材料及其方法和应用

本发明属于隧道工程，涉及一种使用炉渣、废弃玻璃渣制作的隔震材料及其方法和应用。

背景技术：

1、随着我国经济的快速发展，综合国力的不断提升及高新技术的不断应用，我国已经是世界上隧道建设数量最多、规模最大、技术发展最快的国家。对于隧道隔震层材料的使用，传统的隔震材料易受到温度、使用年限等因素的影响，因此针对于隧道中隔震层的特殊性，有必要研究有效的新型隧道隔震技术。炉渣能够提高混凝土的密实性和抗渗性，并且能够改善混凝土抗化学侵蚀性，玻璃渣具有热稳定性的特点，但隧道中的隔震层更多地集中在设置高弹性的阻尼材料来减小衬砌结构的内力和位移，采用炉渣/废弃玻璃渣作为隔震材料相对来说较少，虽然在隧道隔震层中设置高弹性的阻尼材料能够减少隧道的地震动响应，但其存在着如下不足：

2、(1)橡胶阻尼材料使用寿命较短，使用后期易老化；

3、(2)沥青混合料隔震层的温度稳定性较差，冬季低温时易脆裂,在地震荷载作用下易产生裂缝；

4、(3)由于泡沫混凝土中存在na、k等化学元素对气泡的破坏作用，使得其中的气孔多为开孔，影响了泡沫混凝土的隔震性能；

5、(4)传统的隔震材料虽然能够在一定程度上减小隧道的地震动作用，但不宜就地取材，且相对于炉渣和废弃玻璃渣造价较高。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种使用炉渣、废弃玻璃渣制作的隔震材料及其方法和应用，采用加入炉渣和废弃玻璃渣材料后的隔震材料铺设隧道隔震层，可以延长隧道隔震层的防震寿命，并且减少隔震材料易受温度的影响。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、本发明首先提供一种使用炉渣、废弃玻璃渣制作的隔震材料，其特征在于，包括以下重量比的组份：粗骨料、细骨料、水泥和水，其中水灰比介于0.50～0.55之间，所述水泥中炉渣掺加量按重量百分比为20％～40％，所述水泥中废弃玻璃渣掺加量按重量百分比不得少于水泥重量的8％。

4、进一步，所述粗骨料粒径：10～31.5mm，所述水泥中炉渣、废弃玻璃渣的尺寸为1mm～1.5mm的离散颗粒。

5、进一步，所述粗骨料为颗粒均匀的砾石或碎石，所述细骨料为中砂。

6、进一步，所述矿渣与废弃玻璃重量比为2.5：1。

7、本发明还提供一种使用炉渣、废弃玻璃渣制作的隔震材料的使用方法，其特征在于，

8、包括下述步骤：

9、步骤s1，在围岩和初期支护之间安放有压力盒，所述压力盒由引出的导线传输数据，所述压力盒布设在每代表性地段的断面上；

10、步骤s2，运用初期支护形成的支护抗力值反应隔震层的厚度，初期支护形成的支护抗力由下式控制：

11、

12、(1)式中：ps为初期支护形成的支护抗力，τs为抗剪强度，ds为初期支护、隔震层及二次衬砌厚度之和，b为剪切楔形体高度，αs为初期支护的剪切角，τs、ds和b的计算表达式为：

13、τs＝0.43σc                          (2)

14、(2)式中：σc为正应力；

15、ds＝d初+d隔+d二衬                        (3)

16、(3)式中：d初为初期支护厚度，d隔为隔震层厚度，d二衬为二次衬砌厚度。

17、b＝2r0cosα                          (4)

18、(4)式中：r0为隧道开挖半径，α为滑面与正应力作用方向的夹角，α表达式为：

19、

20、(5)式中：为围岩内摩擦角；

21、步骤s3，由压力盒测得的位移-时间曲线出现反弯点，则表明围岩和支护已呈不稳定状态，可适当增加初期支护的厚度，当初期支护的厚度已经达到行业标准的最大厚度时，可通过增强锚杆的直径和长度的方式进行控制隧道允许的相对位移值，最终得到符合行业标准的支护抗力值；

22、步骤s4，在隧道初期支护和二次衬砌之间铺设隔震层，隔震层与初期支护之间铺设有防水层，由压力盒测得符合行业标准的支护抗力值反推出隔震层的厚度，进而计算出隔震材料的用量，隔震层中隔震材料的用量由下式控制：

23、

24、(6)式中：mcp为隔震材料的用量，n为设置隔震层所对应的圆心角，r0为开挖半径，d隔为隔震层厚度，l为隧道长度；

25、步骤s5，根据隔震材料的用量可求出所需粗骨料、细骨料、水泥用量，由下式控制：

26、

27、(7)式中：mwo为隔震材料用水量，mco为隔震材料水泥用量，mgo为隔震材料粗骨料用量，mso为隔震材料细骨料用量，βs为砂率，mco计算表达式为：

28、

29、(8)式中：为水灰比；

30、步骤s6，根据所求出的隔震材料的水泥用量mco，按照水泥中炉渣掺加量的重量百分比为20％，水泥中废弃玻璃渣掺加量的重量百分比为8％，即可求出炉渣m炉渣和废弃玻璃渣m玻璃的用量，由下式控制：

31、

32、(9)式中：m炉渣为隔震材料的炉渣用量，m玻璃为隔震材料的废弃玻璃渣用量。

33、进一步，所述的步骤s1，所述压力盒设置在每代表性地段1～2个断面上，每断面布设3～7个压力盒。

34、本发明再提供一种使用炉渣、废弃玻璃渣制作的隔震材料在隧道中的应用，其特征在于：将所述使用炉渣和废弃玻璃渣制作的隔震材料应用于隧道的隔震层。

35、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

36、(1)本发明的隔震材料利用炉渣能够提高混凝土的密实性和抗渗性以及改善混凝土抗侵蚀性的优点，玻璃渣具有耐高温的性能，在隔震层中放入炉渣/废弃玻璃渣材料，能够延长隔震材料使用寿命，解决传统粘弹性材料热稳定性差的问题。

37、(2)本发明的隔震材料以初期支护形成支护抗力值间接反应炉渣和废弃玻璃渣材料用量，思路简洁明了，利用炉渣和废弃玻璃渣代替传统的粘弹性隔震材料，炉渣和废弃玻璃渣易就地取材、使用寿命长、施工方便、经济效果突出。

38、(3)本发明的隔震材料在使用时，运用压力盒测得符合行业标准的支护抗力值反推出隔震层厚度，进而计算出隔震层中炉渣和废弃玻璃渣的用量。

技术特征：

1.一种使用炉渣、废弃玻璃渣制作的隔震材料，其特征在于，包括以下重量比的组份：粗骨料、细骨料、水泥和水，其中水灰比介于0.50～0.55之间，所述水泥中炉渣掺加量按重量百分比为20％～40％，所述水泥中废弃玻璃渣掺加量按重量百分比不得少于水泥重量的8％。

2.根据权利要求1所述的一种使用炉渣、废弃玻璃渣制作的隔震材料，其特征在于，所述粗骨料粒径为10～31.5mm，所述水泥中炉渣、废弃玻璃渣的尺寸为1mm～1.5mm的离散颗粒。

3.根据权利要求1或2所述的一种使用炉渣、废弃玻璃渣制作的隔震材料，其特征在于，所述粗骨料为颗粒均匀的砾石或碎石，所述细骨料为中砂。

4.根据权利要求3所述的一种使用炉渣、废弃玻璃渣制作的隔震材料，其特征在于，所述矿渣与废弃玻璃重量比为2.5：1。

5.一种基于上述任意一权利要求所述的隔震材料的使用方法，其特征在于，包括下述步骤：

6.根据权利要求4所述的一种使用炉渣、废弃玻璃渣制作的隔震材料的使用方法，其特征在于，所述的步骤s1，所述压力盒(3)设置在每代表性地段1～2个断面上，每个断面布设3～7个所述压力盒(3)。

7.一种使用炉渣、废弃玻璃渣制作的隔震材料在隧道中的应用，其特征在于：将所述的权利要求1-4任意一项使用炉渣和废弃玻璃渣制作的隔震材料应用于隧道的隔震层。

技术总结
本发明涉及一种使用炉渣、废弃玻璃渣制作的隔震材料及其方法和应用，所述的隔震材料包括以下重量比的组份：粗骨料、细骨料、水泥和水，其中水灰比介于0.50～0.55之间，所述水泥中炉渣掺加量按重量百分比为20％～40％，所述水泥中废弃玻璃渣掺加量按重量百分比不得少于水泥重量的8％；本发明通过利用炉渣的高密实性、抗渗性和抗侵蚀性以及玻璃渣的耐高温性，在隧道隔震层中放入炉渣和废弃玻璃渣材料，可以延长隔震层防震寿命，并且减少隔震材料易受温度的影响。

技术研发人员：程选生,何九如,程楚云,程兮巍,刘少龙,赵一波,刘宇,郑晶晶,王浩,熊治凯,孙悦,包欣欣,祁冠杰,尹思远,李光恒
受保护的技术使用者：兰州理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13