新型同步注浆浆液配比试验设计研究报告.docx
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新型同步注浆浆液配比试验设计研究报告
新型同步注浆浆液配比试验研究报告
1试验研究背景
盾构隧道同步注浆能够及时填充盾尾建筑空隙，是控制地戻沉降的重要手段，也是确保地表建（构）筑物安全的重要措施，而同步注浆的浆液类型、性能指标等对注浆效果影响很大。
根据轨道交通2号线盾构区间的实际惜况，要求同步注浆浆液的可注性好，充填性好，且具有一定的固结强度，不易堵管，适应长距离输送要求。
以消石灰、粉煤灰、膨润土、细砂、水和减水剂为原料的新型浆液具有保水性好、抗水分散性较好、体积收缩小等特点，它克服了现有惰性浆液凝结时间长、固结体强度低、体积收缩率大的缺点，同时也克服了普通可硬性浆液凝结时间短、易堵管、抗水分散性较差的缺点，可实现充填性、流动性、固结强度三者之间的良好匹配。
在地铁工程实践中，同步注浆采用新型浆液（厚浆）的优点巳逐步凸现，目前正在进行推广应用。
2试验目的
为满足注浆过程中不堵管的要求，浆液须具备以下两个重要特点：
1）浆液流动性好，可泵送性好；2）坍落度的经时变化量小。
针对施工现场拌浆系统、运输及泵送系统的能力，在考察学习经验的基础上，并经过与中铁十七局2号线10标项目部协商，初步设定新型浆液初始坍落度值控制值在24〜26cm之间。
通过试验研究优化浆液配合比，便坍落度的经时变化量小，探索适用于水文地质条件的，且能满足轨道交通2号线工程特点的新型浆液配合比。
3新型浆液原材料及浆液性能指标要求
3.1新型浆液原材料要求
根据建工机施公司、基础分公司等单位提供的资料，新型浆液由消石灰、粉煤灰、中细砂、膨润土、水、添加剂等搅拌而成。
初定浆液组成原材料的性能要求见表1。
*1浆液材料要求
材料名称
性能要求
石灰
消石灰，氢氧化钙含量＞85%,320目筛余量＜0.5%,钙镁含量＞70%
粉煤灰
II级，细度（0.045mm方孔筛筛余）不大干20〜45%,含水量=5%
中细砂
河砂，细度模数＞1-5,含泥量＜5%,使用前过5mm筛
膨润土
钠基，95%通过200目筛，膨胀率13〜30ml/g
水
天然水，PH=7,无味
添加剂
减水率20〜30%,水化控制能力＞20h,水解度＜30%
说明：
1）表1中材料要求适用于A、B区，C区同步注浆用砂的细度模数不小干0.8,其它
要求同A、B区。
2）粉煤灰含水量：
粉煤灰的含水率影响卸料、贮藏等操作，规定不大干5%。
3）砂：
便用前过5mm筛，如夏天砂于温度太商，须放在凉棚下凉至砂温＜38°C再用。
4）水：
优先使用井水，夏温不要过髙，冬温也不要过低，便砂浆温度适中。
3.2新型浆液基本性能要求
同步注浆浆液应具备以下性能：
1）具有良好的长期稳定性及流动性，并能保证适当的初凝时间，以适应盾构施工以及远距离输送的要求；
2）具有良好的充填性能；
3）在满足注浆施工的前提下，尽可能早地获得高于地戻的早期强度；
4）浆液在地下水环境中，不易产生稀释现象；
5）浆液固结后体积收缩小，泌水率小；
6）原料来源丰富、经济，施工管理方便，并能满足施工自动化技术要求；
7）浆液无公害，价格便宜。
3.3新型浆液性能指标控制要求
新型浆液以坍落度为主要管理指标，同时也兼顾稠度、凝结时间和浆液试块抗压强度以等，综合以上试验数据和分析，新型浆液基本性能控制指标初定为表2所示。
表2浆液性能指标控倒要求
名称
性能指标
坍落度
初始值24〜26cm,坍落度在2小时不低干20cm
稠度
10〜12.5cm
凝结时间
>6h
抗压强度
R7>0.15Mpa；R23>1.0MPa
密度
>1.70g/cm3
3.4新型浆液组成材料的功能分析
1、石灰：
石灰能増加浆液的粘度，提高浆液的保水性，并有一定的固结作用。
2、粉煤灰：
新型浆液以粉煤灰作为提供浆液固结强度和调节浆液凝结时间的材料。
其中浆液中使用的粉煤灰可以改善浆液的和易性（流动性）。
3、膨润土：
膨润土为类似蒙脱石的硅酸盐，为溶胀材料，主要具有柱状结构，因而其水解以后，在砂浆中增大砂浆的稳定性，同时其特有的滑动效应，在一定程度上提高砂浆的滑动性能，增大可泵性。
膨润土可以减缓浆液的材料分离，降低泌水率，还具有一定的防渗作用。
4、砂：
在浆液中作为填充料。
5、减水剂：
主要是减水作用。
4技术賂线
5试验容与结果分析
试验测试浆液的基本物理力学性能，包括坍落度、稠度、流动度、凝结时间、密度和强度共七项，坍落度测试参考混凝土坍落度的测定方法，用坍落筒测定，其它六项试验方法主要参考行业标准《建筑砂浆基本性能试验标准》（JGJ/T70-2009）执行。
试验首先对地铁工地在用的浆液配比进行了试配，并进行了浆液性能指标测试，在此基础上开展了均匀试验，经对试验结果进行优化分析得出了较优配比，并作为轨道交通2号线的推荐浆液配合比。
以其中一组推荐配比为基础，研究用水量、减水剂用量、减水剂品牌、砂的细度模数以及粉煤灰和膨润土对浆液性能指标的影响规律。
5.1參考配比及试验结果分析
表3所示配比为在地铁工地现场调研基础上，用细度模数1.5的砂进行试配，当坍落度达到24cm左右时的配比。
性能指标曲线图如图1、图3、图4、图5所示。
衰3地快工地应用配比（kg/m3）
配比号
石灰
粉煤灰
砂
膨润土
水
减水剂（SK6）
A1
70
300
700
66
600
1
A2
53
400
1067
67
543
4
A3
52
400
800
70
640
1
6■■I■b■I■1■I■I■I■I■I■I■I■i■f■
-1012345678910111213
时间（h）
222111
15
图1坍善度经时变化曲线
三种配比浆液的坍落度值经时变化曲线基本一致，曲线较平缓，可以使坍落度较长时间维持在较高值，以降低堵管的概率。
图2坍落度试验照片（A1号配比，坍落度24.2cm）
图3稠度经时变化曲线
由图3知，A1号配比的稠度经时变化曲线较为平缓，A2号配比稠度经时变化曲线较差，A3号配比的介干两者之间。
图4流动度经时变化曲线
A2号配比的流动度值在开始的6个小时最大，而A1号配比流动度的经时变化曲线最
平缓。
图5浆液的凝结时间曲线
由图5知，A1号配比的凝结时间最短，还不到6个小时，而A2和A3号试验的凝结时间基本一致，达7小时45分钟左右。
表4浆澈密度滝试结果
试验号
Al
A2
A3
试样密度平均值（g/cm3）
1.833
1.882
1.828
5.2均匀试验设计与结果分析
以现场学习交流为基础，以水胶比、膨水比、胶砂比、粉灰比、减胶比为因素，每一个因素按4水平考虑，设计了5因素4水平均匀试验，共10组试验，配比如表5所示。
表5均匀试验配比（kg/n?
）
\材料
序
石灰
粉煤灰
砂
膨润土
水
减水剂
B1
40.00
296.70
833.30
60.00
503.30
5.00
B2
46.67
330.00
1033.00
85.00
414.40
4.67
B3
53.33
363.30
1233.00
55.00
570.00
4.33
B4
60.00
396.70
700.00
80.00
481.10
4.00
B5
66.67
430.00
900.00
50.00
392.20
3.67
B6
73.33
280.00
1100.00
75.00
547.80
3.33
B7
80.00
313.30
1300.00
45.00
458.90
3.00
B8
86.67
346.70
766.70
70.00
370.00
2.67
B9
93.33
380.00
966.70
40.00
525.60
2.33
B10
100.00
413.30
1167.00
65.00
436.70
2.00
运用软件对均匀试验结果进行多元回归分析和自动实验优化，并充分考虑了各材料在浆
液中的作用，以坍落度管理为中心，以防止堵管为重要评价指标，推荐较优的配合比如表6所示，其性能指标见图6〜9。
表6A、B区推粗比（kg/n?
）
序号
消石灰
粉煤灰
膨润土
秒
水
减水剂
1
60
400
70
800
530
2
2
70
300
67
930
540
3
图6推荐配比浆裁坍落度经时变化曲线
推荐配比的初始坍落度在24〜25cm之间，3小时坍落度不小于20cm,8小时坍落度不小T16cm,12小时坍落度不小于14cm,保坍效果良好，不输于现场应用配比。
图7推荐配比浆液穩度経时变化曲线
由图7所示，推荐配比稠度在3小时大T10cm,8小时大干9cm,优于现场应用配
比。
图8推荐配比浆隈流动度经时变化曲线
由图8所示，推荐配比的流动度3小时大干235mm,6小时大于220mm,优于现场应用配比。
图9推粗比浆液的凝结时问曲线
由图9所示，1号配比的凝结时间在9小时以上，远超过了现场应用配比的凝结时间。
5.3砂的细度模数对浆液性能指标的影响
为检验砂的细度模数对浆液性能指标的影响规律，在保持其它配比不变情况下，分别采用细度模数0•久1・5和2・5的的砂进行试验。
浆液配合比如表7所示，结果如图下所示。
表7试验配比（kg/m3）
试验号
细度模数
石灰
粉煤灰
砂
膨润土
水
减水剂（PCA1）
C1
0.5
60
400
800
70
470
2
E4
1.5
60
400
800
70
470
2
G10
2.5
60
400
800
70
470
2
H4
1.8
60
400
800
70
470
2
图10坍落度经时变化曲线
图10说明，开始时，细度模数2.5的砂配制的浆液坍落度较小，但经时变化曲线较平缓，细度模数1.5的和0.5的坍落度经时变化曲线比较接近，后期细度模数1.5的砂拌制的浆液的坍落度稍大于细度模数为0.5的。
图H稱度经时变化曲线
图11所示为细度模数1・5的砂拌制的浆液稠度值最大，细度模数2.5的最差，细度模数0.5的居中。
024681012
时间（h）
图12流动度经时变化曲线
图12表示细度模数1.5的砂拌制的浆液流动度最好，细度模数2.5的星差，细度模数
0.5的居中。
时间（h）
图13凝结时间曲线
由图13知，细度模数0.5的砂拌制的浆液凝结时间最短，1.5和2.5的比较接近。
5.4诚水剂用量对浆液性能指标的影响
为测试减水剂掺加量对浆液性能指标的影响，以表6的推荐配比1为基础，采取其它材料掺加量不变，改变减水剂加量进行对比试验，试验配合比如表8所示，数据曲线如下所示。
*8试验配比（kg/m3）
试验号
石灰
粉煤灰
砂
膨润土
水
减水剂
G1
60
400
800
70
530
2
（PCA1）
G4
60
400
800
70
530
0
G5
60
400
800
70
530
4（PCA1）
图14坍落度经时变化曲线
图15流动度経时变化曲线
图16穩度经时变化曲线
父二二MYES
0123456789101112
时间（h）
图17凝结时间曲线
由图14、15、16可知，加入减水剂能够使浆液的坍落度、稠度和流动度的经时变化曲线变的很平缓，减水剂掺加量增加能使浆液的坍落度值、流动度值也随着增加。
掺加减水剂能延长浆液的凝结时间。
5.5不同fir牌减水剂对浆液性能指标的影响
为测试不同品牌减水剂对浆液性能指标的影晌，用三种品牌减水剂对同一配比的浆液进
行了对比试验，配合比如表9所示，对比结果如下图所示。
«9试验JE比（kg/m3）
序号
石灰
粉煤灰
砂
膨润土
水
减水剂
G1
60
400
800
70
530
2（PCA1）
G6
60
400
800
70
530
2（五龙）
G7
60
400
800
70
530
2（SK6）
-1012345678910111213
时间（h）
图19稠度经时变化曲找
图20流动度経时变化曲线
图21凝结时间曲线
总体来看，PCA1型减水剂对浆液的坍落度、稠度、流动度的经时变化曲线更加平缓,掺加PCA1型减水剂的浆液凝结时间也最长。
5.6水量对浆液性能指标的形响
固体物料和减水剂加量不变时，只改变水量，浆液性能指标的变化规律如图22、23、
24、25所示，配比如表10所示。
表10试验JE比（kg/n?
）
\^料
序
石灰
粉煤灰
砂
膨润土
水
减水剂（PCA1）
G1
600
400
800
70
530
2
G2
600
400
800
70
560
2
G3
600
400
800
70
500
2
图22坍落度经时变化曲线
012345678910111213
时间（h）
图24流动度经时变化曲线
0123456789101112
时间（h）
图25凝结时间曲线
水量増大后，浆液的稠度值和流动度值也随着增大；水量减少，浆液的凝结时间也缩短。
5.7粉煤灰和膨润土用量对浆液性能指标的形响
为测试粉煤灰和膨润土对浆液性能指标的影响规律，以表6推荐配比1为基准，调整配比：
1）粉煤灰量增加70kg/m3,膨润土量増加3Okg/n?
砂用量减少100kg/m3;
2）膨润土量增加60kg/m3,砂用量减少60kg/m3o
①调整水量使浆液初试坍落度基本相同，测试浆液性能指标与表6推荐配比进行比较,
配合比如表11所示，比较结果见下图。
衰11试验配比（kg/n?
）
序
石灰
粉煤灰
砂
膨润土
水
减水剂（PCA1）
Fl
60
400
800
70
530
2
F2
60
470
700
100
660
2
F3
60
400
740
130
760
2
JI
5
2
Ji
20
-202468101214161820222426283032
时间⑹
图26坍箱度经时变化曲线
IIIIIIIIIIIIII
-1012345678910111213
时间（h）
图27税度经时变化曲线
时间（h）
图28流动度经时变化曲线
图29凝结时间试验曲线
②相同水量时，粉煤灰和膨润土加量对浆液性能指标的影晌。
配比如表12所示，浆液性能指标曲线如下图所示。
寰12试验配比（kg/n?
）
序号
石灰
粉煤灰
砂
膨润土
水
减水剂（PCA1）
G1
60
400
800
70
530
2
G8
60
470
700
100
530
2
G9
60
400
740
130
530
2
（E）熒诜去
图30坍落度经时变化曲线
图31穩度经时变化曲线
图32流动度经时变化曲线
251
0123456789101112
时间（h）
图33凝结时间曲线
粉煤灰和膨润土量增加后，浆液的流动度能长时间维持在较高值，利干泵送。
图34试验照片
6结论及下一步工作
1、在对的浆液配比调研和均匀试验结果分析的基础上，推荐了两组轨道交通2号线盾构隧道同步注浆的浆液配比，具体见表6。
表6A、B区推荐配比（kg/n?
）
序号
石灰
粉煤灰
膨润土
砂
水
减水剂
1
60
400
70
800
530
2
2
70
300
67
930
540
3
2、提出了A、B区和C区同步注浆拌浆材料的基本要求，具依见表1。
3、在试验分析的基础上，提出了浆液性能指标基本要求，具体见表2,并且经试验验证了所提出的控制指标的可行性。
4、下一步计划使用现场自动成套拌浆设备进行试拌；
5、盾构始发后，择机进行现场试验，试用新型同步浆液。
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