新型同步注浆浆液配比试验研究报告.doc

1、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、

2、流动性、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

3、标要求3.1 新型浆液原材料要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0.5%，钙镁含量70%粉煤灰 级，细度 （ 0.045mm方孔筛筛余）不大于2045%，含水量5% 中细砂 河砂，细度模数1.5，含泥量20h，水解度0.15Mpa；R 281.0MPa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：

4、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3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

5、验方对上海地铁现场应用的浆液配合比进行试配，并研究其技术指标在借鉴上海新型浆液配比的基础上，采用均匀试验方法对新型改良浆液进行配合比试验上海现场调研提出拌浆材料要求 浆液性能指标要求分析较优配比的性能指标以一组较优配比为基础，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分析试验结果，找出较优配比作为推荐配比4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

6、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 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。表 3 上海地铁工地应用配比（kg/m 3）配比号 石灰 粉煤灰 砂 膨润土 水 减水剂（SK6 ）A1 70 300 700 66 600 1A2 53 400 1067 67 543 4A3 52 400 800 70 640 1-101234567

7、89101121369121518212427坍落度值(cm) 时 间 （ h）A1 2 A3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）5012345678910112567891011213时 间 （ h）稠度（cm）A1 2 A3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。012345678910112202102023024025026027

8、0时 间 （ h）流动度（m）A1 2 A3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。2 3 4 5 6 7 8 90510152025贯入阻力(N)时 间 (h)A1 2A3图 5 浆液的凝结时间曲线6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 浆液密度测试结果试验号 A1 A2 A3试样密度平均值（g/cm 3） 1.833 1.882 1.8285.2 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、

9、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/m 3）材料序号石灰 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 5

10、0.00 392.20 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

11、合比如表 6 所示，其性能指标见图 69。表 6 A、B 区推荐配比（kg/m 3）序号 消石灰 粉煤灰 膨润土 砂 水 减水剂1 60 400 70 800 530 22 70 300 67 930 540 37-101234567891011213121416182022426时 间 （ h）坍落度（cm） 1 2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。-101234567891011213681012时 间

12、 （ h）稠度（cm） 1 2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 9cm，优于上海现场应用配比。-101234567891011213801902021020230240250时 间 （ h）流动度（m） 1 2图 8 推荐配比浆液流动度经时变化曲线由图 8 所示，推荐配比的流动度 3 小时内大于 235mm，6 小时内大于 220mm，优于上海现场应用配比。80123456789101120510152025 1 2贯入阻力（N）时 间 （ h）图 9 推荐配比浆液的凝结时间曲线由图 9 所示，1 号配比的凝结时间在

13、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。浆液配合比如表 7 所示，结果如图下所示。表 7 试验配比（kg/m 3）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 2E4 1.5 60 400 800 70 470 2G10 2.5 60 400 800 70 470 2H4 1.8 60 400 800 70 470 20 2 4 6 810129

14、121518212427时 间 (h)坍落度值(cm) C1E4 G10H4图 10 坍落度经时变化曲线9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。0 2 4 6 8101224681012时 间 (h)稠度(cm) C1 E4 G10 H4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。0 2 4 6 8101216018

15、02020240260时 间 (h)流动度值(m) C1 E4 G10 H4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 的最差，细度模数0.5 的居中。0123456789101120510152025 C1 E4 G10 H4贯入阻力（N）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。105.4 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

16、，试验配合比如表 8 所示，数据曲线如下所示。表 8 试验配比（kg/m 3）试验号 石灰 粉煤灰 砂 膨润土 水 减水剂G1 60 400 800 70 5302 （ PCA1）G4 60 400 800 70 530 0G5 60 400 800 70 530 4（PCA1）0246810121416182022426283032510152025时 间 （ h）坍落度（cm） G1 4 G5图 14 坍落度经时变化曲线-1012345678910112131801902021020230240250时 间 （ h）流动度（m） G1 4 G5图 15 流动度经时变化曲线110123456

17、7891024681012时 间 （ h）稠度（cm） G1 4 5 图 16 稠度经时变化曲线0123456789101120510152025 G1 4 G5贯入阻力（N）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/m

18、 3）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 ）12-10123456789101121391215182124时 间 （ h）坍落度（cm） G1 6 G7图 18 坍落度经时变化曲线01234567891011224681012时 间 （ h）稠度（cm） G1 6 G7图 19 稠度经时变化曲线-101234567891011213601802020240时 间 （ h）流动度（m） G1 6 G7图 20 流动度经时变化曲

19、线0123456789101120510152025 G1 6 G7贯入阻力（N）时 间 （ h）13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/m 3）材料序号石灰 粉煤灰 砂 膨润土 水 减水剂（PCA1）G1 600 400 800 70 530 2G2 600 400 800 70 560 2G3 600 40

20、0 800 70 500 2024681012810121416182022426时 间 （ h）坍落度（cm）G1 2 G3图 22 坍落度经时变化曲线0123456789101121324681012时 间 （ h）稠度（cm） G1 2 G3 图 23 稠度经时变化曲线14-1012345678910112131601802020240时 间 （ h）流动度（m）G1 2 G3图 24 流动度经时变化曲线0123456789101120510152025 G1 2 G3贯入阻力（N）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

21、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 30 kg/m3，砂用量减少 100kg/m3；2）膨润土量增加 60 kg/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/m 3）材料序号石灰 粉煤灰 砂 膨润土 水 减水剂（PCA1）F1 60 400 800 70 530 2F2 60 470 700 100 660

22、2F3 60 400 740 130 760 215-20246810121416182022426283032510152025时 间 (h)坍落度值(cm) F1 2 F3图 26 坍落度经时变化曲线-1012345678910112134681012时 间 (h)稠度值(cm) F1 2 F3图 27 稠度经时变化曲线-1012345678910112131701801902021020230240250 时 间 (h)流动度值(m) F1 2 F3图 28 流动度经时变化曲线160123456789101120510152025 F1 2 F3贯入阻力（N）时 间 （ h）图 29 凝

23、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响。配比如表 12 所示，浆液性能指标曲线如下图所示。表 12 试验配比（kg/m 3）序号 石灰 粉煤灰 砂 膨润土 水 减水剂（ PCA1）G1 60 400 800 70 530 2G8 60 470 700 100 530 2G9 60 400 740 130 530 20 2 4 6 8101251015202530时 间 （ h）坍落度（cm） G1 8 G9图 30 坍落度经时变化曲线0 2 4 6 81012468101214时 间 （ h）稠度（cm） G1 8 G9图 31 稠度经时变化曲线170 2 4 6 8

24、 10 121902021020230240250260时 间 （ h）流动度（m） G1 8 G9图 32 流动度经时变化曲线0123456789101120510152025 G1 8 G9贯入阻力（N）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内维持在较高值，利于泵送。18图 34试验照片6 结论及下一步工作1、在对上海的浆液配比调研和均匀试验结果分析的基础上，推荐了两组苏州轨道交通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/m 3）序号 石灰 粉煤灰 膨润土 砂 水 减水剂1 60 400 70 800 530 22 70 300 67 930 540 32、提出了 A、B 区和 C 区同步注浆拌浆材料的基本要求，具体见表 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。