新型同步注漿漿液配比試驗(yàn)設(shè)計(jì)研究報(bào)告

1、新型同步注漿漿液配比試驗(yàn)研究報(bào)告1試驗(yàn)研究背景盾構(gòu)隧道同步注漿能夠與時(shí)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(biāo)等對(duì)注漿效果影響很大。根據(jù)軌道交通2號(hào)線盾構(gòu)區(qū)間的實(shí)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(qiáng)度，不易堵管,適應(yīng)長(zhǎng)距離輸送要求。以消石灰、粉煤灰、膨潤(rùn)土、細(xì)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(diǎn)，它克服了現(xiàn)有惰性漿液凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、固結(jié)體強(qiáng)度低、體積收縮率大的缺點(diǎn)，同時(shí)也克服了普通可硬性漿液凝結(jié)時(shí)間短、易堵管、抗水分散性較差的缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)充填性、流動(dòng)性、固結(jié)

2、強(qiáng)度三者之間的良好匹配。在地鐵工程實(shí)踐中，同步注漿采用新型漿液（厚漿）的優(yōu)點(diǎn)已逐步凸現(xiàn)，目前正在進(jìn)行推廣應(yīng)用。2試驗(yàn)?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(gè)重要特點(diǎn)：1）漿液流動(dòng)性好，可泵送性好；2）坍落度的經(jīng)時(shí)變化量小。針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)拌漿系統(tǒng)、運(yùn)輸與泵送系統(tǒng)的能力，在考察學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，并經(jīng)過與中鐵十七局2號(hào)線10標(biāo)項(xiàng)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(yàn)研究?jī)?yōu)化漿液配合比，使坍落度的經(jīng)時(shí)變化量小，探索適用于水文地質(zhì)條件的，且能滿足軌道交通2號(hào)線工程特點(diǎn)的新型漿液配合比。3新型漿液原材料與漿液性能指標(biāo)要求3.1新型漿液原材料要求根據(jù)建工機(jī)施公司、

3、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(xì)砂、膨潤(rùn)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(jí)，細(xì)度（0.045mm方孔篩篩余）不大于2045%，含水量5% 中細(xì)砂河砂，細(xì)度模數(shù)1.5，含泥量<5%，使用前過5mm篩膨潤(rùn)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)同步注漿用砂的細(xì)度模數(shù)不小于0.8

4、，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，夏溫不要過高，冬溫也不要過低，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(zhǎng)期穩(wěn)定性與流動(dòng)性，并能保證適當(dāng)?shù)某跄龝r(shí)間，以適應(yīng)盾構(gòu)施工以與遠(yuǎn)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(qiáng)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、經(jīng)濟(jì)，施工管理方便，并能滿足施工自

5、動(dòng)化技術(shù)要求；7）漿液無公害，價(jià)格便宜。3.3新型漿液性能指標(biāo)控制要求新型漿液以坍落度為主要管理指標(biāo)，同時(shí)也兼顧稠度、凝結(jié)時(shí)間和漿液試塊抗壓強(qiáng)度以等，綜合以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析，新型漿液基本性能控制指標(biāo)初定為表2所示。表2 漿液性能指標(biāo)控制要求名稱性能指標(biāo)坍落度初始值2426cm，坍落度在2小時(shí)不低于20cm稠度1012.5cm凝結(jié)時(shí)間6 h抗壓強(qiáng)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：新型漿液以粉煤灰作為提供漿液固結(jié)強(qiáng)度和調(diào)節(jié)漿液凝結(jié)時(shí)間

6、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(dòng)性）。3、膨潤(rùn)土：膨潤(rùn)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(shí)其特有的滑動(dòng)效應(yīng)，在一定程度上提高砂漿的滑動(dòng)性能，增大可泵性。膨潤(rùn)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(duì)XX地鐵現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的漿液配合比進(jìn)行試配，并研究其技術(shù)指標(biāo)在借鑒XX新型漿液配比的基礎(chǔ)上，采用均勻試驗(yàn)方法對(duì)新型改良漿液進(jìn)行配合比試驗(yàn)XX現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研提出拌漿材料要求漿液性能指標(biāo)要求分析較優(yōu)配比的性能指標(biāo)以一組較優(yōu)配比為基礎(chǔ)，研究用水量

7、、減水劑用量、減水劑品牌、砂的細(xì)度模數(shù)以與粉煤灰和膨潤(rùn)土對(duì)漿液性能指標(biāo)的影響規(guī)律分析試驗(yàn)結(jié)果，找出較優(yōu)配比作為推薦配比5試驗(yàn)容與結(jié)果分析試驗(yàn)測(cè)試漿液的基本物理力學(xué)性能，包括坍落度、稠度、流動(dòng)度、凝結(jié)時(shí)間、密度和強(qiáng)度共七項(xiàng)，坍落度測(cè)試參考混凝土坍落度的測(cè)定方法，用坍落筒測(cè)定，其它六項(xiàng)試驗(yàn)方法主要參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建筑砂漿基本性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（JGJ/T70-2009）執(zhí)行。試驗(yàn)首先對(duì)地鐵工地在用的漿液配比進(jìn)行了試配，并進(jìn)行了漿液性能指標(biāo)測(cè)試，在此基礎(chǔ)上開展了均勻試驗(yàn)，經(jīng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化分析得出了較優(yōu)配比，并作為軌道交通2號(hào)線的推薦漿液配合比。以其中一組推薦配比為基礎(chǔ)，研究用水量、減水劑用量、減水劑品牌、

8、砂的細(xì)度模數(shù)以與粉煤灰和膨潤(rùn)土對(duì)漿液性能指標(biāo)的影響規(guī)律。5.1參考配比與試驗(yàn)結(jié)果分析表3所示配比為在地鐵工地現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研基礎(chǔ)上，用細(xì)度模數(shù)1.5的砂進(jìn)行試配，當(dāng)坍落度達(dá)到24cm左右時(shí)的配比。性能指標(biāo)曲線圖如圖1、圖3、圖4、圖5所示。表3 地鐵工地應(yīng)用配比（kg/m3）配比號(hào)石灰粉煤灰砂膨潤(rùn)土水減水劑（SK6）A170300700666001A2534001067675434A352400800706401圖1 坍落度經(jīng)時(shí)變化曲線三種配比漿液的坍落度值經(jīng)時(shí)變化曲線基本一致，曲線較平緩，可以使坍落度較長(zhǎng)時(shí)間維持在較高值，以降低堵管的概率。圖2 坍落度試驗(yàn)照片（A1號(hào)配比，坍落度24.2cm）圖3

9、稠度經(jīng)時(shí)變化曲線由圖3知，A1號(hào)配比的稠度經(jīng)時(shí)變化曲線較為平緩，A2號(hào)配比稠度經(jīng)時(shí)變化曲線較差，A3號(hào)配比的介于兩者之間。圖4 流動(dòng)度經(jīng)時(shí)變化曲線A2號(hào)配比的流動(dòng)度值在開始的6個(gè)小時(shí)最大，而A1號(hào)配比流動(dòng)度的經(jīng)時(shí)變化曲線最平緩。圖5 漿液的凝結(jié)時(shí)間曲線由圖5知，A1號(hào)配比的凝結(jié)時(shí)間最短，還不到6個(gè)小時(shí)，而A2和A3號(hào)試驗(yàn)的凝結(jié)時(shí)間基本一致，達(dá)7小時(shí)45分鐘左右。表4 漿液密度測(cè)試結(jié)果試驗(yàn)號(hào)A1A2A3試樣密度平均值（g/cm3）1.8331.8821.8285.2均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析以現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)交流為基礎(chǔ)，以水膠比、膨水比、膠砂比、粉灰比、減膠比為因素，每一個(gè)因素按4水平考慮，設(shè)計(jì)了5因素4水

10、平均勻試驗(yàn)，共10組試驗(yàn)，配比如表5所示。表5 均勻試驗(yàn)配比（kg/m3） 材料序號(hào)石灰粉煤灰砂膨潤(rùn)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 B673.33 280.00 1100.00 75.00 547.80 3.33 B7

11、80.00 313.30 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(yùn)用軟件對(duì)均勻試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元回歸分析和自動(dòng)實(shí)驗(yàn)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(píng)價(jià)指標(biāo)，推薦較優(yōu)的配合比如表6所示，其性能指標(biāo)見圖69。表6 A、B區(qū)推薦配比（kg/m3）序號(hào)消石灰粉煤灰膨潤(rùn)土砂水減水劑1604007080053

12、02270300679305403圖6 推薦配比漿液坍落度經(jīng)時(shí)變化曲線推薦配比的初始坍落度在2425cm之間，3小時(shí)坍落度不小于20cm，8小時(shí)坍落度不小于16cm，12小時(shí)坍落度不小于14cm，保坍效果良好，不輸于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用配比。圖7 推薦配比漿液稠度經(jīng)時(shí)變化曲線由圖7所示，推薦配比稠度在3小時(shí)大于10cm，8小時(shí)大于9cm，優(yōu)于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用配比。圖8 推薦配比漿液流動(dòng)度經(jīng)時(shí)變化曲線由圖8所示，推薦配比的流動(dòng)度3小時(shí)大于235mm，6小時(shí)大于220mm，優(yōu)于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用配比。圖9 推薦配比漿液的凝結(jié)時(shí)間曲線由圖9所示，1號(hào)配比的凝結(jié)時(shí)間在9小時(shí)以上，遠(yuǎn)超過了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用配比的凝結(jié)時(shí)間。5.3砂的細(xì)度模數(shù)對(duì)

13、漿液性能指標(biāo)的影響為檢驗(yàn)砂的細(xì)度模數(shù)對(duì)漿液性能指標(biāo)的影響規(guī)律，在保持其它配比不變情況下，分別采用細(xì)度模數(shù)0.5、1.5和2.5的的砂進(jìn)行試驗(yàn)。漿液配合比如表7所示，結(jié)果如圖下所示。表7 試驗(yàn)配比（kg/m3）試驗(yàn)號(hào)細(xì)度模數(shù)石灰粉煤灰砂膨潤(rùn)土水減水劑（PCA1）C10.560400800704702E41.560400800704702G102.560400800704702H41.860400800704702圖10 坍落度經(jīng)時(shí)變化曲線圖10說明，開始時(shí)，細(xì)度模數(shù)2.5的砂配制的漿液坍落度較小，但經(jīng)時(shí)變化曲線較平緩，細(xì)度模數(shù)1.5的和0.5的坍落度經(jīng)時(shí)變化曲線比較接近，后期細(xì)度模數(shù)1.5的砂拌

14、制的漿液的坍落度稍大于細(xì)度模數(shù)為0.5的。圖11 稠度經(jīng)時(shí)變化曲線圖11所示為細(xì)度模數(shù)1.5的砂拌制的漿液稠度值最大，細(xì)度模數(shù)2.5的最差，細(xì)度模數(shù)0.5的居中。圖12 流動(dòng)度經(jīng)時(shí)變化曲線圖12表示細(xì)度模數(shù)1.5的砂拌制的漿液流動(dòng)度最好，細(xì)度模數(shù)2.5的最差，細(xì)度模數(shù)0.5的居中。圖13 凝結(jié)時(shí)間曲線由圖13知，細(xì)度模數(shù)0.5的砂拌制的漿液凝結(jié)時(shí)間最短，1.5和2.5的比較接近。5.4減水劑用量對(duì)漿液性能指標(biāo)的影響為測(cè)試減水劑摻加量對(duì)漿液性能指標(biāo)的影響，以表6的推薦配比1為基礎(chǔ)，采取其它材料摻加量不變，改變減水劑加量進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)配合比如表8所示，數(shù)據(jù)曲線如下所示。表8 試驗(yàn)配比（kg/m

15、3）試驗(yàn)號(hào)石灰粉煤灰砂膨潤(rùn)土水減水劑G160400800705302 （PCA1）G460400800705300G560400800705304（PCA1）圖14 坍落度經(jīng)時(shí)變化曲線圖15 流動(dòng)度經(jīng)時(shí)變化曲線圖16 稠度經(jīng)時(shí)變化曲線圖17 凝結(jié)時(shí)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(dòng)度的經(jīng)時(shí)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(dòng)度值也隨著增加。摻加減水劑能延長(zhǎng)漿液的凝結(jié)時(shí)間。5.5不同品牌減水劑對(duì)漿液性能指標(biāo)的影響為測(cè)試不同品牌減水劑對(duì)漿液性能指標(biāo)的影響，用三種品牌減水劑對(duì)同一配比的漿液進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，配合比如表9所示，對(duì)比結(jié)果如下圖所

16、示。表9 試驗(yàn)配比（kg/m3）序號(hào)石灰粉煤灰砂膨潤(rùn)土水減水劑G160400800705302（PCA1）G660400800705302（五龍）G760400800705302（SK6）圖18 坍落度經(jīng)時(shí)變化曲線圖19 稠度經(jīng)時(shí)變化曲線圖20 流動(dòng)度經(jīng)時(shí)變化曲線圖21 凝結(jié)時(shí)間曲線總體來看，PCA1型減水劑對(duì)漿液的坍落度、稠度、流動(dòng)度的經(jīng)時(shí)變化曲線更加平緩，摻加PCA1型減水劑的漿液凝結(jié)時(shí)間也最長(zhǎng)。5.6水量對(duì)漿液性能指標(biāo)的影響固體物料和減水劑加量不變時(shí)，只改變水量，漿液性能指標(biāo)的變化規(guī)律如圖22、23、24、25所示，配比如表10所示。表10 試驗(yàn)配比（kg/m3）材料序號(hào)石灰粉煤灰砂膨潤(rùn)

17、土水減水劑（PCA1）G1600400800705302G2600400800705602G3600400800705002圖22 坍落度經(jīng)時(shí)變化曲線圖23 稠度經(jīng)時(shí)變化曲線圖24 流動(dòng)度經(jīng)時(shí)變化曲線圖25 凝結(jié)時(shí)間曲線水量增大后，漿液的稠度值和流動(dòng)度值也隨著增大；水量減少，漿液的凝結(jié)時(shí)間也縮短。5.7粉煤灰和膨潤(rùn)土用量對(duì)漿液性能指標(biāo)的影響為測(cè)試粉煤灰和膨潤(rùn)土對(duì)漿液性能指標(biāo)的影響規(guī)律，以表6推薦配比1為基準(zhǔn)，調(diào)整配比：1）粉煤灰量增加70kg/m3，膨潤(rùn)土量增加30 kg/m3，砂用量減少100kg/m3；2）膨潤(rùn)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

18、一樣，測(cè)試漿液性能指標(biāo)與表6推薦配比進(jìn)行比較，配合比如表11所示，比較結(jié)果見下圖。表11 試驗(yàn)配比（kg/m3）材料序號(hào)石灰粉煤灰砂膨潤(rùn)土水減水劑（PCA1）F160400800705302F2604707001006602F3604007401307602圖26 坍落度經(jīng)時(shí)變化曲線圖27 稠度經(jīng)時(shí)變化曲線圖28 流動(dòng)度經(jīng)時(shí)變化曲線圖29 凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)曲線一樣水量時(shí)，粉煤灰和膨潤(rùn)土加量對(duì)漿液性能指標(biāo)的影響。配比如表12所示，漿液性能指標(biāo)曲線如下圖所示。表12 試驗(yàn)配比（kg/m3）序號(hào)石灰粉煤灰砂膨潤(rùn)土水減水劑（PCA1）G160400800705302G8604707001005302G9604007401305302圖30 坍落度經(jīng)時(shí)變化曲線圖31 稠度經(jīng)時(shí)變化曲線圖32 流動(dòng)度經(jīng)時(shí)變化曲線圖33 凝結(jié)時(shí)間曲線粉煤灰和膨潤(rùn)土量增加后，漿液的流動(dòng)度能長(zhǎng)時(shí)間維持