新型同步注浆浆液配比试验研究报告

1、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，是控制地层沉降的重要手段，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。根据苏州轨道交通2号线盾构区间的实际情况，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、

2、固结强度三者之间的良好匹配。在上海地铁工程实践中，同步注浆采用新型浆液（厚浆）的优点已逐步凸现，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，在考察学习上海经验的基础上，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，使坍落度的经时变化量小，探索适用于苏州水文地质条件的，且能满足苏州轨道交通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

3、求根据上海建工机施公司、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。表1浆液原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W0.5%,钙镁含量70%粉煤灰n级，细度（0.045mm方孔筛筛余）不大于2045%,含水量w5%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、B区，C区同步注浆用砂的细度模数不小于0.

4、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，规定不大于5%。3）砂：使用前过5mm筛，如夏天砂子温度太高，须放在凉棚下凉至砂温w38c再用。4）水：优先使用井水，夏天水温不要过高，冬天水温也不要过低，使砂浆温度适中。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层的早期强度；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

5、，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浆液性能指标控制要求名称性能指标坍落度初始值2426cm,坍落度在2小时内不低于20cm稠度1012.5cm凝结时间>6h抗压强度R7>0.15Mpa；R28>1.0MPa密度>1.70g/cm33.4 新型浆液组成材料的功能分析1、石灰：石灰能增加浆液的粘度，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

6、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技术路线5试验内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

7、试验标准(JGJ/T70-2009)执行。试验首先对上海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，并作为苏州轨道交通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 上海参考配比及试验结果分析1.5的砂进行试配，当坍表3所示配比为在上海地铁工地现场调研基础上，用细度模数4、图5所示。落度达到24cm左右时的配比。性能指标曲线图如图1、图3、图图1坍落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

8、平缓，可以使坍落度较长时间内维持在较高值，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）度动流23456时间(h)789N力阻入贯0123456789101112时间（h）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号配比的介于两者之间。2701260-250-240-230-220-210-200-0123456789101112时间(h)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个小时内最大，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

9、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浆液密度测试结果试验号A1A2A3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上海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/m3）材料石灰粉煤灰砂膨润土水减水剂B140.00296.70833.3060.00503.305.00B246.67330.001033.0085.00414.404.67B353.33363.301233.0055.005

10、70.004.33B460.00396.70700.0080.00481.104.00B566.67430.00900.0050.00392.203.67B673.33280.001100.0075.00547.803.33B780.00313.301300.0045.00458.903.00B886.67346.70766.7070.00370.002.67B993.33380.00966.7040.00525.602.33B10100.00413.301167.0065.00436.702.00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

11、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6A、B区推荐配比（kg/m3）序号消石灰粉煤灰膨润土砂水减水剂1604007080053022703006793054032642086422211156间时O11图6推荐配比浆液坍落度经时变化曲线推荐配比的初始坍落度在2425cm之间，3小时内坍落度不小于20cm,8小时内坍落度不小于16cm,12小时内坍落度不小于14cm,保坍效果良好，不输于上海现场应用配比。-1012345678910111213时间（h）图7推荐配比浆液稠度经时变化曲线由图7所示，推荐配比稠度在3小时内大于10cm,8小时内大于

12、9cm,优于上海现场应用配比。250度动流240-230-22021020019010时间（h）图8推荐配比浆液流动度经时变化曲线180-1由图8所示，推荐配比的流动度3小时内大于235mm,6小时内大于220mm,优于上海现场应用配比。25raIei1i1i1i-b1n,i1n0123456789101112时间（h）图9推荐配比浆液的凝结时间曲线由图9所示，1号配比的凝Z时间在9小时以上，远超过了上海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0.5、1.5和2.5的的砂进行试验。浆液

13、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）C10.560400800704702E41.560400800704702G102.560400800704702H41.860400800704702271C10246时间(h)81012值度落坍图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。时间(h)度稠26002468时间(h)图12流动度经时变化曲

14、线1.5的砂拌制的浆液流动度最好，细度模数1012C1E4G10HH4值度动流0123456789101112时间(h)图11稠度经时变化曲线图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。2.5的最差，细度模数图12表示细度模数0.5的居中。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 减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。0246810

15、1214161820222426283032时间（h）1度落坍250r图14坍落度经时变化曲线240-230220-210-200-190-时间（h）G1*G4180-110111213表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15流动度经时变化曲线由图14、线变的很平缓,12-10G1G4上G5度8m8c2-123456时间(h)7891020-15-10-5-00图16稠度经时变化曲线47101112时间（h）图17凝结时间曲线GG1G415、16可知，

16、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 不同品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响，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。表9试验配比（kg/m3）序号石灰粉煤灰砂膨润土水减水剂G160400800705302(PCA1)G660400800705302（五龙）G760400800705302(SK6)-1012345678910111213时间（h）图18坍落度经时变化曲线4-"ml度动流012

17、3456789101112时间（h）图19稠度经时变化曲线240220200180160-1012345678910111213时间（h）图20流动度经时变化曲线Ml力阻入贯0123456789101112时间（h）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影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试验配比（kg/m3）材料序号石灰粉煤灰砂膨润土水减水剂(PCA1)G1600400800705

18、302G2600400800705602G3600400800705002图22坍落度经时变化曲线2-012345678910111213时间（h）图23稠度经时变化曲线IIIIIIIIIIIIII-1012345678910111213时间（h）度动流图24流动度经时变化曲线25r0123456789101112时间（h）图25凝结时间曲线水量增大后，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影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,膨润土量增加30kg/m3,砂用量减少100kg/m3;2）膨润土量增加60kg/m3,砂用量减少60kg/m3。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。表11试验配比（kg/m3）#料X石灰粉煤灰砂膨润土水减水剂（PCA1）F160400800705302F2604707001006602F3604007401307602-202468101214161820222426283032505052211值度落坍时间(h)图26坍落度经时变化曲线kF值度动流-1012345678910111213