新型同步注浆浆液配比试验设计研究报告.docx

1、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、

2、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2426cm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

3、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2045%,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1330ml/g水天然水，PH=7,无味添加剂减水率2030%,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、

4、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38C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

5、，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2426 cm,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R70.15Mpa； R231.0MPa密度1.70g/cm33.4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

6、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

7、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

8、号石灰粉煤灰砂膨润土水减水剂(SK6)A170300700666001A2534001067675434A3524008007064016 I b I 1 I I I I I I I i f -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13时间(h)2 2 2 11115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

9、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AlA2A3试样密度平均值(g/cm3)1.8331.8821.8285.2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B140.00

10、296.70833.3060.00503.305.00B246.67330.001033.0085.00414.404.67B353.33363.301233.0055.00570.004.33B460.00396.70700.0080.00481.104.00B566.67430.00900.0050.00392.203.67B673.33280.001100.0075.00547.803.33B780.00313.301300.0045.00458.903.00B886.67346.70766.7070.00370.002.67B993.33380.00966.7040.00525.602

11、.33B10100.00413.301167.0065.00436.702.00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69。表6 A、B区推粗比(kg/n?)序号消石灰粉煤灰膨润土秒水减水剂160400708005302270300679305403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2425cm之间，3小时坍落度不小于20cm, 8小时坍落 度不小T 16cm, 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

12、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T 10cm, 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15和25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

13、剂 (PCA1)C10.560400800704702E41.560400800704702G102.560400800704702H41.860400800704702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15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。0 2 4 6 8 10 12时间(h)图12流动度经时变化曲线图12表示细度模数1

14、.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G160400800705302(PCA1)G460400800705300G560400800705304(PCA1)图14坍落度经时变化曲线图15流动度経时

15、变化曲线图16穩度经时变化曲线父二二 MYES0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12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G160400800705302 (PCA1)G66

16、0400800705302 （五龙）G760400800705302 (SK6)-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13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)G1600400800705302G26

17、00400800705602G3600400800705002图22坍落度经时变化曲线0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13时间(h)图24流动度经时变化曲线0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12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60 kg/m3,砂用量减

18、少60kg/m3o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)Fl60400800705302F2604707001006602F3604007401307602JI52Ji20-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32时间图26坍箱度经时变化曲线I I I I I I I I I I I I I I-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13时间(h)图27税度经时变化曲线时间(h

19、)图28流动度经时变化曲线图29凝结时间试验曲线相同水量时，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)G160400800705302G8604707001005302G9604007401305302(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2510 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12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6 A、B区推荐配比（kg/n?）序号石灰粉煤灰膨润土砂水减水剂1604007080053022703006793054032、 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。