注浆材料分类及选择

(83io-iAnaa-Aoon-AnHHn-inww-Aaai-innA):吕鵲湛M4注浆材料的分类及选定4.1注浆材料的分类根据注浆材料的使用范围和效果等因素可分为四大类：（1）水玻璃浆材。目前可以说（特别是酸性和中性水复合型水玻璃、气液反应型水玻璃及水玻璃+水泥类等）的使用率极高，其中以日本和东南亚各国及台湾、香港等地区为最。（2）水泥类浆材：（普通水泥、超细水泥、湿磨水泥、硅粉）的使用在国际上也较为普遍。（3）高分子浆材。在日本一些国家除殊情况外一般不太使用，但在俄国和东欧一些国家依然使用。（4）水泥加膨润土浆液。以法国为代表的欧洲国家都习惯于先注水泥、膨润土其目的是充填大的空隙，使地层均质，以防地下水造成的浆液流失和稀释然后，注入胶结时间长且渗透速度慢的水玻璃浆液，构成阻止颗粒间的渗透帷幕，使强度有一定提高，必要时注入高分子浆材进一步提高强度。4.2注浆材料的选定注浆材料应根据堵水要求、加固要求，以及是否作为永久性支护结构等方面，并从无毒性、无污染这一角度综合考虑进行选择。目前国内外常用的注浆材料可基本分为水泥基浆液和非水泥基浆液。水泥基浆液是指以水泥为基本主要材料所配制的浆液。常用的有普通水泥单液浆、超细水泥（MC）单液浆以及特制硫铝酸盐水泥（HSC）浆等等。非水泥基浆液是指水泥基浆液以外的其它注浆材料，例如改性水玻璃、环氧树脂等等。隧道所用的注浆材料应满足耐久性和环保的要求，水泥基浆材具有耐久性好、无毒无污染等优点，因此注浆材料宜以水泥基浆材为主。4.2.1普通水泥单液浆普通水泥中按比例加入一定量的水及相应的外加剂经搅拌而成的浆液称为普通水泥单液浆，其主要特点是结石体具有较高的抗压、抗剪强度，能有效地提高地层的承载能力，且其抗渗性能好，材料来源丰富，价格低廉，注浆工艺相对简单；但由于其颗粒粒径大，在致密的粘土和砂层及微小裂隙条件下渗透困难，而且其凝胶时间不易调节，注浆过程中浆液易流失，因此其应用受到一定的限制。单液水泥浆的配比和结石体的主要性能如下表。性能水灰比粘度（S）密度性能水灰比粘度（S）密度（G/CM3）凝胶时间H-结石率（%）抗压强度（MPA）M初凝终凝3大7大14大280.5:11391.867-4112-36994.146.4615.3天2.00.75:1331.6210-4720-33972.432.605.5411.21:11.415-5625-2782.002.402.428.901.5:1171.3716-5235-47672.042.331.782.22单液水泥浆的配比和结石体的主要性能2:11.317—0748—1551.662.562.102.80注：1、采用42.5R普通硅酸盐水泥；2、测定资料均为平均值。通过观察分析，我们发现普通水泥单液浆具有以下特点：①颗粒粒径大，可渗透注入0.5mm的裂隙和及平均粒径1mm以上的砂子；②凝胶时间长，具有较长的可注期；但凝胶时间不易调节，初凝时间长。③胶结体具有较高的抗压强度，但结实体收缩率较大。4・2・2超细水泥（MC）单液浆超细水泥（MC）是指水泥中的最大颗粒不超过20um，经过特殊磨细加工的水泥，能渗入细砂层和岩石的细小裂隙中。超细水泥浆液性能稳定，其析水性、流动性都比普通水泥有显着改善，浆液结石体具有较高的强度和耐久性。下表是不同配比的超细水泥浆的基本性能。不同配比基本性能水泥浆的生能水灰比、结石率凝胶时间H-抗分散抗压强度（MPA）MIN凝终凝1天3天7天280.61002—104—05944.420.524.2天9.20.894—206—50901.37.017.11:1855—307—30603.45.6注：抗分散性是指将一定重量的浆液倒入流速为0.1m/s的水中，注浆材料的留存率。通过实践观察分析，超细水泥单液浆具有以下特点：①初凝和终凝时间比普通水泥有所缩短；②固结体抗压强度较高，具有早强、高强的特点；③抗分散性较好；④颗粒粒径小；⑤水灰比较大时，结实体略有收缩。4.2.3普通水泥-水玻璃双液浆普通水泥-水玻璃双液浆具有材料来源广、价格适宜、凝胶时间可控等优点，但由于其胶结体后期强度低，耐久性差，受水长期浸泡容易分解，不适合长期堵水和加固围岩。不同配比的浆液特性见下表。不同配比的浆液特性C・・Ws••间胶凝■/EB天1X天3天7天82・・6al・o・・-30一〃O・5.74・72・O・o・・〃35.6.・79.・o・・〃65.6.・79.5・O24.6.6.9.・・8al・o・・-30一/44.5.6.8.9.・o・・〃5.6.8.9.・o・・〃O24.5.8.8.〃824.5.・78.・o・・o3〃94.4.5.・7・o・・4・O24.6.・o・・44.26.

1:131.5〃2.83.3.66.1.5:1:0.325.5〃2.3.3.5.11:0.032.7〃2.2.3.4.1:0.38.0〃1.2.3.4.1:148.4〃1.2.3.4.分，结石体强度较之间，在不同水灰比下的综合曲线之趋势。试验条件：水泥为32.5R普通硅酸盐水泥，，测15-抗度靳高。试验结果如下图，其曲线代表了水玻璃波美度在（30〜45）试温度为23〜分，结石体强度较之间，在不同水灰比下的综合曲线之趋势。试验条件：水泥为32.5R普通硅酸盐水泥，，测15-抗度靳高。试验结果如下图，其曲线代表了水玻璃波美度在（30〜45）试温度为23〜23.5°C。.水灰比为0.6：1时,"（30〜45）时强度线波美度为水灰比为0.8：1时，波美度为30〜45)水泥浆:mi：.：::ij-水玻璃水泥浆与水玻璃浆体积比对浆液28天强度影响从上图中可以看出，在相同的水灰比条件下，当水玻璃浆：水泥浆的体积比为0.3〜0.8时，结石体强度较高，此外，在水泥-水玻璃配比一定的条件下，水灰比减小，结石体强度提高。通过试验观察分析，普通水泥-水玻璃双液浆具有以下特点：①凝胶时间短且容易控制，具有早强的特点；②浆液配制容易，可注性较好；③胶结体后期强度低，耐久性差，受水长期浸泡容易分解；④胶结体收缩率大。4.2.4特制硫铝酸盐水泥（HSC）单液浆特制硫铝酸盐水泥（HSC）主要由特制硫铝酸盐熟料、石膏、硅粉、减水絮凝剂等组成。HSC浆具有良好的抗分散性和早强、高强的性能，并且具有微膨胀性，胶结后，能有效封堵出水通路，堵水效果较好。表3-7列出了不同配比下的浆液特性。的浆液特性。不同配比浆液性能、性能水灰比、结石率凝胶时间（H-抗分散性%抗压强度（MPA）MI初凝终凝13大7大280.81000-551-1398天.17.620.4天6.11:11001-001-20968.014.018.020.01.21001-302-0096.59.59.616.01.592-002-3083.06.06.810.0注：HSC即分散型硫铝酸盐超细水泥。通过实践观察分析，HSC具有以下特点：①抗分散性好；②抗压强度咼，具有早强、咼强的特点；③结实率咼，并具有微膨胀性。④水灰比大时，抗分散性能有所下降；⑤凝胶时间太短时，可注性和可操作性变差。4.2.5GRM特种水泥GRM是一种凝胶时间可调的超早强自流平水泥基灌浆料，其显着特点是具有超早强、咼强、微膨胀性和密实、可灌性好的特性，且使用简单，可灌性好，无需振捣。其相应的性能如下表GRM注浆材料性能项目凝胶时间抗压强度（MPA）抗折强度（MPA）外加剂含量初W）终凝1H1D3D7D1H1D3D7D帷幕注456.829.35.35.41.6.7.7.43.超刖加338.527.31.38.12.4.5.7.02.堵水1112.30.32.60.13.5.5.6.71.注：水灰比均为0.45，试验温度为20~22°C。通过试验观察分析，GRM灌浆料的具有以下特点：①抗压强度很咼，具有超早强、咼强的特点；②结实体具有微膨胀性；③浆液具有自密实、自流平的特性；④需通过控制外加剂的掺量来控制凝胶时间，施工操作较复杂。通过现场试验结果分析和应用情况，我们对这五种注浆材料得出以下初步结论。普通水泥可注性好，注浆时能够得到较大的注浆量和注浆加固范围。结实体强度咼，能有效地提咼地层的承载能力。但普通水泥单液浆抗分散性能差，易被地下水稀释，影响其强度和堵水性能，且由于其收缩率较大，因而不宜在水压咼、流速大、对堵水要求很咼的条件下采用。由于普通水泥颗粒粒径大，在致密的粘土及微小裂隙条件下渗透困难，仅能渗透注入0.5mm的裂隙。普通水泥的优势在于料源广，价格低，结实体强度咼。普通水泥适用于水量小、水压低、裂隙宽或砂层颗粒直径大等地质条件，常用于节理、裂隙发育的地层及中粗砂、砂砾石地层的注浆。超细水泥固结体抗压、抗剪强度较咼，具有早强、咼强的特点，能得到好的注浆加固效果；超细水泥颗粒粒径小，可灌性强，渗透注浆时能注入宽度大于0.05mm的裂缝，能得到较好的堵水和加固效果。但超细水泥单液浆终凝时间仍较长，受地下水稀释影响，对其凝胶性能会产生影响，因而在水压高、流速大条件下会有一定的浆液损失；另外，当水灰比较大时，浆液略有收缩。在价格上超细水泥要高于普通水泥。超细水泥适宜于岩石的细小裂隙或致密的粘土层等地层。HSC即特制硫铝酸盐超细水泥，具有较好的抗分散性，能有效地控制注浆区域，适宜在高水压、水流速大的条件下注浆施工；HSC浆具有早强、高强、高抗渗、流动度大的特点，能有效提高地层的承载能力；其浆液结实体具有微膨胀性，胶结后，能有效地封堵住各种出水通路，注浆后堵水效果显着。但考虑到水灰比大时，其抗分散性能有所下降；而凝胶时间太短时，可注性和可操作性又会变差；所以施工时水灰比通常取1：1。另外，HSC价格较普通水泥要高。HSC适宜于富含水且有一定水压的破碎岩层、出水管地道层等。普通水泥-水玻璃双液浆可注性较好，可渗透注入裂隙为0.2mm以上的岩体；其凝胶时间短且容易控制，具有早强的特点，普通水泥-水玻璃双液浆配制容易，使用方便，价格中等。但其胶结体后期强度低，受水长期浸泡容易分解；且胶结体耐久性差，收缩率大，对长期堵水和加固围岩不利。普通水泥-水玻璃双液浆适用于临时堵水、控制注浆加固范围以及止浆墙渗漏时的快速封堵。GRM（即超早强自流平水泥基灌浆料）是一种凝胶时间可调的水硬性新型灌浆材料，其显着特点是具有超早强、高强、微膨胀性和自密实、自流平的特性，但其抗分散性一般，施工时需通过控制外加剂掺量调整凝胶时间，现场操作较复杂，且价格偏高。GRM主要适用于铁路基床、路基路面的抢修补强，快速锚固、基础灌浆加固工程。4.3关于对注浆材料选取的建议注浆材料的选取主要应根据浆液的可行性、可注性、环保及经济性进行综合分析，另外，还应结合其地质特征和注浆加固方案要求，从堵水性、耐久性（耐腐蚀性）和工艺可操作性综合考虑进行注浆材料选择。根据室内试验初步结论，综合以上特性进行比较分析，并结合相关地质条件，建议隧道注浆以普通水泥－水玻璃双液浆、超细水泥-水玻璃双液浆、HSC单液浆为主要浆材，普通水泥单液浆和超细水泥单液浆为辅助浆材；对于隧道的涌泥坍塌地段的全断面超前预注浆，注浆材料以超细水泥-水玻璃双液浆或HSC单液浆为主，超细水泥单液浆为辅；对于隧道的涌泥坍塌地段的径向注浆或补充注浆，注浆材料以水泥-水玻璃双液浆为主，普通水泥单液浆为辅。各类浆液的水灰比、体积比及凝胶时间范围如下表所示，各注浆材料具体配合比应在后面的现场试验和推广应用中不断优化和完善，并最终确定下来