新型同步注漿漿液配比試驗研究報告

1、新型同步注漿漿液配比試驗研究報告1試驗研究背景盾構(gòu)隧道同步注漿能夠及時填充盾尾建筑空隙，是控制地層沉降的重要手段，也是確保地表建（構(gòu)）筑物安全的重要措施，而同步注漿的漿液類型、性能指標等對注漿效果影響很大。根據(jù)蘇州軌道交通2號線盾構(gòu)區(qū)間的實際情況，要求同步注漿漿液的可注性好，充填性好，且具有一定的固結(jié)強度，不易堵管,適應(yīng)長距離輸送要求。以消石灰、粉煤灰、膨潤土、細砂、水和減水劑為原料的新型漿液具有保水性好、抗水分散性較好、體積收縮小等特點，它克服了現(xiàn)有惰性漿液凝結(jié)時間長、固結(jié)體強度低、體積收縮率大的缺點，同時也克服了普通可硬性漿液凝結(jié)時間短、易堵管、抗水分散性較差的缺點，可實現(xiàn)充填性、流動性、

2、固結(jié)強度三者之間的良好匹配。在上海地鐵工程實踐中，同步注漿采用新型漿液（厚漿）的優(yōu)點已逐步凸現(xiàn)，目前正在進行推廣應(yīng)用。2試驗?zāi)康臑闈M足注漿過程中不堵管的要求，漿液須具備以下兩個重要特點：1）漿液流動性好，可泵送性好；2）坍落度的經(jīng)時變化量小。針對施工現(xiàn)場拌漿系統(tǒng)、運輸及泵送系統(tǒng)的能力，在考察學(xué)習(xí)上海經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，并經(jīng)過與中鐵十七局2號線10標項目部協(xié)商，初步設(shè)定新型漿液初始坍落度值控制值在2426cm之間。通過試驗研究優(yōu)化漿液配合比，使坍落度的經(jīng)時變化量小，探索適用于蘇州水文地質(zhì)條件的，且能滿足蘇州軌道交通2號線工程特點的新型漿液配合比。3新型漿液原材料及漿液性能指標要求3.1新型漿液原材料要

3、求根據(jù)上海建工機施公司、基礎(chǔ)分公司等單位提供的資料，新型漿液由消石灰、粉煤灰、中細砂、膨潤土、水、添加劑等攪拌而成。初定漿液組成原材料的性能要求見表1。表1 漿液原材料要求材料名稱 性能要求石灰消石灰，氫氧化鈣含量85%，320目篩余量0.5%，鈣鎂含量70%粉煤灰級，細度（0.045mm方孔篩篩余）不大于2045%，含水量5% 中細砂河砂，細度模數(shù)1.5，含泥量<5%，使用前過5mm篩膨潤土鈉基，95%通過200目篩，膨脹率1330ml/g水天然水，PH=7，無味添加劑減水率2030%，水化控制能力>20h，水解度<30%說明：1）表1中材料要求適用于A、B區(qū)，C區(qū)同步注漿

4、用砂的細度模數(shù)不小于0.8，其它要求同A、B區(qū)。2）粉煤灰含水量：粉煤灰的含水率影響卸料、貯藏等操作，規(guī)定不大于5%。3）砂：使用前過5mm篩，如夏天砂子溫度太高，須放在涼棚下涼至砂溫38再用。4）水：優(yōu)先使用井水，夏天水溫不要過高，冬天水溫也不要過低，使砂漿溫度適中。3.2新型漿液基本性能要求同步注漿漿液應(yīng)具備以下性能：1）具有良好的長期穩(wěn)定性及流動性，并能保證適當(dāng)?shù)某跄龝r間，以適應(yīng)盾構(gòu)施工以及遠距離輸送的要求；2）具有良好的充填性能；3）在滿足注漿施工的前提下，盡可能早地獲得高于地層的早期強度；4）漿液在地下水環(huán)境中，不易產(chǎn)生稀釋現(xiàn)象；5）漿液固結(jié)后體積收縮小，泌水率小；6）原料來源豐富、

5、經(jīng)濟，施工管理方便，并能滿足施工自動化技術(shù)要求；7）漿液無公害，價格便宜。3.3新型漿液性能指標控制要求新型漿液以坍落度為主要管理指標，同時也兼顧稠度、凝結(jié)時間和漿液試塊抗壓強度以等，綜合以上試驗數(shù)據(jù)和分析，新型漿液基本性能控制指標初定為表2所示。表2 漿液性能指標控制要求名稱 性能指標坍落度初始值2426 cm，坍落度在2小時內(nèi)不低于20cm稠度1012.5cm凝結(jié)時間6 h抗壓強度R7>0.15Mpa；R28>1.0MPa密度>1.70g/cm33.4新型漿液組成材料的功能分析1、石灰：石灰能增加漿液的粘度，提高漿液的保水性，并有一定的固結(jié)作用。2、粉煤灰：新型漿液以粉煤

6、灰作為提供漿液固結(jié)強度和調(diào)節(jié)漿液凝結(jié)時間的材料。其中漿液中使用的粉煤灰可以改善漿液的和易性（流動性）。3、膨潤土：膨潤土為類似蒙脫石的硅酸鹽，為溶脹材料，主要具有柱狀結(jié)構(gòu)，因而其水解以后，在砂漿中增大砂漿的穩(wěn)定性，同時其特有的滑動效應(yīng)，在一定程度上提高砂漿的滑動性能，增大可泵性。膨潤土可以減緩漿液的材料分離，降低泌水率，還具有一定的防滲作用。4、砂：在漿液中作為填充料。5、減水劑：主要是減水作用。4技術(shù)路線對上海地鐵現(xiàn)場應(yīng)用的漿液配合比進行試配，并研究其技術(shù)指標在借鑒上海新型漿液配比的基礎(chǔ)上，采用均勻試驗方法對新型改良漿液進行配合比試驗上?，F(xiàn)場調(diào)研提出拌漿材料要求漿液性能指標要求分析較優(yōu)配比的

7、性能指標以一組較優(yōu)配比為基礎(chǔ)，研究用水量、減水劑用量、減水劑品牌、砂的細度模數(shù)以及粉煤灰和膨潤土對漿液性能指標的影響規(guī)律分析試驗結(jié)果，找出較優(yōu)配比作為推薦配比5試驗內(nèi)容與結(jié)果分析試驗測試漿液的基本物理力學(xué)性能，包括坍落度、稠度、流動度、凝結(jié)時間、密度和強度共七項，坍落度測試參考混凝土坍落度的測定方法，用坍落筒測定，其它六項試驗方法主要參考行業(yè)標準建筑砂漿基本性能試驗標準（JGJ/T70-2009）執(zhí)行。試驗首先對上海地鐵工地在用的漿液配比進行了試配，并進行了漿液性能指標測試，在此基礎(chǔ)上開展了均勻試驗，經(jīng)對試驗結(jié)果進行優(yōu)化分析得出了較優(yōu)配比，并作為蘇州軌道交通2號線的推薦漿液配合比。以其中一組推

8、薦配比為基礎(chǔ)，研究用水量、減水劑用量、減水劑品牌、砂的細度模數(shù)以及粉煤灰和膨潤土對漿液性能指標的影響規(guī)律。5.1上海參考配比及試驗結(jié)果分析表3所示配比為在上海地鐵工地現(xiàn)場調(diào)研基礎(chǔ)上，用細度模數(shù)1.5的砂進行試配，當(dāng)坍落度達到24cm左右時的配比。性能指標曲線圖如圖1、圖3、圖4、圖5所示。表3 上海地鐵工地應(yīng)用配比（kg/m3）配比號石灰粉煤灰砂膨潤土水減水劑（SK6）A170300700666001A2534001067675434A352400800706401圖1 坍落度經(jīng)時變化曲線三種配比漿液的坍落度值經(jīng)時變化曲線基本一致，曲線較平緩，可以使坍落度較長時間內(nèi)維持在較高值，以降低堵管的概

9、率。 圖2 坍落度試驗照片（A1號配比，坍落度24.2cm）圖3 稠度經(jīng)時變化曲線由圖3知，A1號配比的稠度經(jīng)時變化曲線較為平緩，A2號配比稠度經(jīng)時變化曲線較差，A3號配比的介于兩者之間。圖4 流動度經(jīng)時變化曲線A2號配比的流動度值在開始的6個小時內(nèi)最大，而A1號配比流動度的經(jīng)時變化曲線最平緩。圖5 漿液的凝結(jié)時間曲線由圖5知，A1號配比的凝結(jié)時間最短，還不到6個小時，而A2和A3號試驗的凝結(jié)時間基本一致，達7小時45分鐘左右。表4 漿液密度測試結(jié)果試驗號A1A2A3試樣密度平均值（g/cm3）1.8331.8821.8285.2均勻試驗設(shè)計與結(jié)果分析以上?，F(xiàn)場學(xué)習(xí)交流為基礎(chǔ)，以水膠比、膨水比

10、、膠砂比、粉灰比、減膠比為因素，每一個因素按4水平考慮，設(shè)計了5因素4水平均勻試驗，共10組試驗，配比如表5所示。表5 均勻試驗配比（kg/m3） 材料序號石灰粉煤灰砂膨潤土水減水劑B140.00 296.70 833.30 60.00 503.30 5.00 B246.67 330.00 1033.00 85.00 414.40 4.67 B353.33 363.30 1233.00 55.00 570.00 4.33 B460.00 396.70 700.00 80.00 481.10 4.00 B566.67 430.00 900.00 50.00 392.20 3.67 B673.33

11、 280.00 1100.00 75.00 547.80 3.33 B780.00 313.30 1300.00 45.00 458.90 3.00 B886.67 346.70 766.70 70.00 370.00 2.67 B993.33 380.00 966.70 40.00 525.60 2.33 B10100.00 413.30 1167.00 65.00 436.70 2.00 運用軟件對均勻試驗結(jié)果進行多元回歸分析和自動實驗優(yōu)化，并充分考慮了各材料在漿液中的作用，以坍落度管理為中心，以防止堵管為重要評價指標，推薦較優(yōu)的配合比如表6所示，其性能指標見圖69。表6 A、B區(qū)推薦配比

12、（kg/m3）序號消石灰粉煤灰膨潤土砂水減水劑160400708005302270300679305403圖6 推薦配比漿液坍落度經(jīng)時變化曲線推薦配比的初始坍落度在2425cm之間，3小時內(nèi)坍落度不小于20cm，8小時內(nèi)坍落度不小于16cm，12小時內(nèi)坍落度不小于14cm，保坍效果良好，不輸于上?，F(xiàn)場應(yīng)用配比。圖7 推薦配比漿液稠度經(jīng)時變化曲線由圖7所示，推薦配比稠度在3小時內(nèi)大于10cm，8小時內(nèi)大于9cm，優(yōu)于上?，F(xiàn)場應(yīng)用配比。圖8 推薦配比漿液流動度經(jīng)時變化曲線由圖8所示，推薦配比的流動度3小時內(nèi)大于235mm，6小時內(nèi)大于220mm，優(yōu)于上海現(xiàn)場應(yīng)用配比。圖9 推薦配比漿液的凝結(jié)時間曲

13、線由圖9所示，1號配比的凝結(jié)時間在9小時以上，遠超過了上海現(xiàn)場應(yīng)用配比的凝結(jié)時間。5.3砂的細度模數(shù)對漿液性能指標的影響為檢驗砂的細度模數(shù)對漿液性能指標的影響規(guī)律，在保持其它配比不變情況下，分別采用細度模數(shù)0.5、1.5和2.5的的砂進行試驗。漿液配合比如表7所示，結(jié)果如圖下所示。表7 試驗配比（kg/m3）試驗號細度模數(shù)石灰粉煤灰砂膨潤土水減水劑（PCA1）C10.560400800704702E41.560400800704702G102.560400800704702H41.860400800704702圖10 坍落度經(jīng)時變化曲線圖10說明，開始時，細度模數(shù)2.5的砂配制的漿液坍落度較小

14、，但經(jīng)時變化曲線較平緩，細度模數(shù)1.5的和0.5的坍落度經(jīng)時變化曲線比較接近，后期細度模數(shù)1.5的砂拌制的漿液的坍落度稍大于細度模數(shù)為0.5的。圖11 稠度經(jīng)時變化曲線圖11所示為細度模數(shù)1.5的砂拌制的漿液稠度值最大，細度模數(shù)2.5的最差，細度模數(shù)0.5的居中。圖12 流動度經(jīng)時變化曲線圖12表示細度模數(shù)1.5的砂拌制的漿液流動度最好，細度模數(shù)2.5的最差，細度模數(shù)0.5的居中。圖13 凝結(jié)時間曲線由圖13知，細度模數(shù)0.5的砂拌制的漿液凝結(jié)時間最短，1.5和2.5的比較接近。5.4減水劑用量對漿液性能指標的影響為測試減水劑摻加量對漿液性能指標的影響，以表6的推薦配比1為基礎(chǔ)，采取其它材料摻

15、加量不變，改變減水劑加量進行對比試驗，試驗配合比如表8所示，數(shù)據(jù)曲線如下所示。表8 試驗配比（kg/m3）試驗號石灰粉煤灰砂膨潤土水減水劑G160400800705302 （PCA1）G460400800705300G560400800705304（PCA1）圖14 坍落度經(jīng)時變化曲線圖15 流動度經(jīng)時變化曲線圖16 稠度經(jīng)時變化曲線圖17 凝結(jié)時間曲線由圖14、15、16可知，加入減水劑能夠使?jié){液的坍落度、稠度和流動度的經(jīng)時變化曲線變的很平緩，減水劑摻加量增加能使?jié){液的坍落度值、流動度值也隨著增加。摻加減水劑能延長漿液的凝結(jié)時間。5.5不同品牌減水劑對漿液性能指標的影響為測試不同品牌減水劑對

16、漿液性能指標的影響，用三種品牌減水劑對同一配比的漿液進行了對比試驗，配合比如表9所示，對比結(jié)果如下圖所示。表9 試驗配比（kg/m3）序號石灰粉煤灰砂膨潤土水減水劑G160400800705302（PCA1）G660400800705302（五龍）G760400800705302（SK6）圖18 坍落度經(jīng)時變化曲線圖19 稠度經(jīng)時變化曲線圖20 流動度經(jīng)時變化曲線圖21 凝結(jié)時間曲線總體來看，PCA1型減水劑對漿液的坍落度、稠度、流動度的經(jīng)時變化曲線更加平緩，摻加PCA1型減水劑的漿液凝結(jié)時間也最長。5.6水量對漿液性能指標的影響固體物料和減水劑加量不變時，只改變水量，漿液性能指標的變化規(guī)律如

17、圖22、23、24、25所示，配比如表10所示。表10 試驗配比（kg/m3）材料序號石灰粉煤灰砂膨潤土水減水劑（PCA1）G1600400800705302G2600400800705602G3600400800705002圖22 坍落度經(jīng)時變化曲線圖23 稠度經(jīng)時變化曲線圖24 流動度經(jīng)時變化曲線圖25 凝結(jié)時間曲線水量增大后，漿液的稠度值和流動度值也隨著增大；水量減少，漿液的凝結(jié)時間也縮短。5.7粉煤灰和膨潤土用量對漿液性能指標的影響為測試粉煤灰和膨潤土對漿液性能指標的影響規(guī)律，以表6推薦配比1為基準，調(diào)整配比：1）粉煤灰量增加70kg/m3，膨潤土量增加30 kg/m3，砂用量減少10

18、0kg/m3；2）膨潤土量增加60 kg/m3，砂用量減少60kg/m3。調(diào)整水量使?jié){液初試坍落度基本相同，測試漿液性能指標與表6推薦配比進行比較，配合比如表11所示，比較結(jié)果見下圖。表11 試驗配比（kg/m3）材料序號石灰粉煤灰砂膨潤土水減水劑（PCA1）F160400800705302F2604707001006602F3604007401307602圖26 坍落度經(jīng)時變化曲線圖27 稠度經(jīng)時變化曲線圖28 流動度經(jīng)時變化曲線圖29 凝結(jié)時間試驗曲線相同水量時，粉煤灰和膨潤土加量對漿液性能指標的影響。配比如表12所示，漿液性能指標曲線如下圖所示。表12 試驗配比（kg/m3）序號石灰粉煤灰砂膨潤土水減水劑（PCA1）G160400800705302G8604707001005302G9604007401305302圖30 坍落度經(jīng)時變化曲線圖31 稠度經(jīng)時變化曲線圖32 流動度經(jīng)時變化曲線圖33 凝結(jié)時間曲線粉煤灰和膨潤土量增加后，漿液的流動度能長時間