新型同步注漿漿液配比試驗(yàn)研究報告

1、新型同步注漿漿液配比試驗(yàn)研究報告1試驗(yàn)研究背景盾構(gòu)隧道同步注漿能夠及時填充盾尾建筑空隙，是控制地層沉降的重要手段，也是確保地表建（構(gòu)）筑物安全的重要措施，而同步注漿的漿液類型、性能指標(biāo)等對注漿效果影響很大。根據(jù)蘇州軌道交通2號線盾構(gòu)區(qū)間的實(shí)際情況，要求同步注漿漿液的可注性好，充填性好，且具有一定的固結(jié)強(qiáng)度，不易堵管，適應(yīng)長距離輸送要求。以消石灰、粉煤灰、膨潤土、細(xì)砂、水和減水劑為原料的新型漿液具有保水性好、抗水分散性較好、體積收縮小等特點(diǎn)，它克服了現(xiàn)有惰性漿液凝結(jié)時間長、固結(jié)體強(qiáng)度低、體積收縮率大的缺點(diǎn)，同時也克服了普通可硬性漿液凝結(jié)時間短、易堵管、抗水分散性較差的缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)充填性、流動性、

2、固結(jié)強(qiáng)度三者之間的良好匹配。在上海地鐵工程實(shí)踐中，同步注漿采用新型漿液（厚漿）的優(yōu)點(diǎn)已逐步凸現(xiàn)，目前正在進(jìn)行推廣應(yīng)用。2試驗(yàn)?zāi)康臑闈M足注漿過程中不堵管的要求，漿液須具備以下兩個重要特點(diǎn)：1）漿液流動性好，可泵送性好；2）坍落度的經(jīng)時變化量小。針對施工現(xiàn)場拌漿系統(tǒng)、運(yùn)輸及泵送系統(tǒng)的能力，在考察學(xué)習(xí)上海經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，并經(jīng)過與中鐵十七局2號線10標(biāo)項(xiàng)目部協(xié)商，初步設(shè)定新型漿液初始坍落度值控制值在2426cm之間。通過試驗(yàn)研究優(yōu)化漿液配合比，使坍落度的經(jīng)時變化量小，探索適用于蘇州水文地質(zhì)條件的，且能滿足蘇州軌道交通2號線工程特點(diǎn)的新型漿液配合比。3新型漿液原材料及漿液性能指標(biāo)要求3.1新型漿液原材料要

3、求根據(jù)上海建工機(jī)施公司、基礎(chǔ)分公司等單位提供的資料，新型漿液由消石灰、粉煤灰、中細(xì)砂、膨潤土、水、添加劑等攪拌而成。初定漿液組成原材料的性能要求見表1。表1漿液原材料要求材料名稱性能要求石灰消石灰，氫氧化鈣含量85%,320目篩余量W0.5%,鈣鎂含量70%粉煤灰n級，細(xì)度（0.045mm方孔篩篩余）不大于2045%,含水量w5%中細(xì)砂河砂，細(xì)度模數(shù)1.5,含泥量5%,使用前過5mm篩膨潤土鈉基，95%通過200目篩，膨脹率1330ml/g水天然水，PH=7,無味添加劑減水率2030%,水化控制能力20h,水解度30%說明:1）表1中材料要求適用于A、B區(qū)，C區(qū)同步注漿用砂的細(xì)度模數(shù)不小于0.

4、8,其它要求同A、B區(qū)。2）粉煤灰含水量：粉煤灰的含水率影響卸料、貯藏等操作，規(guī)定不大于5%。3）砂：使用前過5mm篩，如夏天砂子溫度太高，須放在涼棚下涼至砂溫w38c再用。4）水：優(yōu)先使用井水，夏天水溫不要過高，冬天水溫也不要過低，使砂漿溫度適中。3.2 新型漿液基本性能要求同步注漿漿液應(yīng)具備以下性能：1）具有良好的長期穩(wěn)定性及流動性，并能保證適當(dāng)?shù)某跄龝r間，以適應(yīng)盾構(gòu)施工以及遠(yuǎn)距離輸送的要求；2）具有良好的充填性能；3）在滿足注漿施工的前提下，盡可能早地獲得高于地層的早期強(qiáng)度；4）漿液在地下水環(huán)境中，不易產(chǎn)生稀釋現(xiàn)象；5）漿液固結(jié)后體積收縮小，泌水率??；6）原料來源豐富、經(jīng)濟(jì)，施工管理方便

5、，并能滿足施工自動化技術(shù)要求；7）漿液無公害，價格便宜。3.3 新型漿液性能指標(biāo)控制要求新型漿液以坍落度為主要管理指標(biāo)，同時也兼顧稠度、凝結(jié)時間和漿液試塊抗壓強(qiáng)度以等，綜合以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析，新型漿液基本性能控制指標(biāo)初定為表2所示。表2漿液性能指標(biāo)控制要求名稱性能指標(biāo)坍落度初始值2426cm,坍落度在2小時內(nèi)不低于20cm稠度1012.5cm凝結(jié)時間>6h抗壓強(qiáng)度R7>0.15Mpa；R28>1.0MPa密度>1.70g/cm33.4 新型漿液組成材料的功能分析1、石灰：石灰能增加漿液的粘度，提高漿液的保水性，并有一定的固結(jié)作用。2、粉煤灰：新型漿液以粉煤灰作為提供漿液

6、固結(jié)強(qiáng)度和調(diào)節(jié)漿液凝結(jié)時間的材料。其中漿液中使用的粉煤灰可以改善漿液的和易性（流動性）3、膨潤土：膨潤土為類似蒙脫石的硅酸鹽，為溶脹材料，主要具有柱狀結(jié)構(gòu)，因而其水解以后，在砂漿中增大砂漿的穩(wěn)定性，同時其特有的滑動效應(yīng)，在一定程度上提高砂漿的滑動性能，增大可泵性。膨潤土可以減緩漿液的材料分離，降低泌水率，還具有一定的防滲作用。4、砂：在漿液中作為填充料。5、減水劑：主要是減水作用。4技術(shù)路線5試驗(yàn)內(nèi)容與結(jié)果分析試驗(yàn)測試漿液的基本物理力學(xué)性能，包括坍落度、稠度、流動度、凝結(jié)時間、密度和強(qiáng)度共七項(xiàng)，坍落度測試參考混凝土坍落度的測定方法，用坍落筒測定，其它六項(xiàng)試驗(yàn)方法主要參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建筑砂漿基本性能

7、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(JGJ/T70-2009)執(zhí)行。試驗(yàn)首先對上海地鐵工地在用的漿液配比進(jìn)行了試配,并進(jìn)行了漿液性能指標(biāo)測試，在此基礎(chǔ)上開展了均勻試驗(yàn)，經(jīng)對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化分析得出了較優(yōu)配比，并作為蘇州軌道交通2號線的推薦漿液配合比。以其中一組推薦配比為基礎(chǔ)，研究用水量、減水劑用量、減水劑品牌、砂的細(xì)度模數(shù)以及粉煤灰和膨潤土對漿液性能指標(biāo)的影響規(guī)律。5.1 上海參考配比及試驗(yàn)結(jié)果分析1.5的砂進(jìn)行試配，當(dāng)坍表3所示配比為在上海地鐵工地現(xiàn)場調(diào)研基礎(chǔ)上，用細(xì)度模數(shù)4、圖5所示。落度達(dá)到24cm左右時的配比。性能指標(biāo)曲線圖如圖1、圖3、圖圖1坍落度經(jīng)時變化曲線三種配比漿液的坍落度值經(jīng)時變化曲線基本一致，曲線較

8、平緩，可以使坍落度較長時間內(nèi)維持在較高值，以降低堵管的概率。圖2坍落度試驗(yàn)照片（A1號配比，坍落度24.2cm）度動流23456時間(h)789N力阻入貫0123456789101112時間（h）圖3稠度經(jīng)時變化曲線由圖3知，A1號配比的稠度經(jīng)時變化曲線較為平緩，A2號配比稠度經(jīng)時變化曲線較差,A3號配比的介于兩者之間。2701260-250-240-230-220-210-200-0123456789101112時間(h)圖4流動度經(jīng)時變化曲線A2號配比的流動度值在開始的6個小時內(nèi)最大，而A1號配比流動度的經(jīng)時變化曲線最平緩。圖5漿液的凝結(jié)時間曲線由圖5知，A1號配比的凝結(jié)時間最短，還不到6

9、個小時，而A2和A3號試驗(yàn)的凝結(jié)時間基本一致，達(dá)7小時45分鐘左右。表4漿液密度測試結(jié)果試驗(yàn)號A1A2A3試樣密度平均值（g/cm3）1.8331.8821.8285.2 均勻試驗(yàn)設(shè)計與結(jié)果分析以上?，F(xiàn)場學(xué)習(xí)交流為基礎(chǔ)，以水膠比、膨水比、膠砂比、粉灰比、減膠比為因素，每一個因素按4水平考慮，設(shè)計了5因素4水平均勻試驗(yàn)，共10組試驗(yàn)，配比如表5所示。表5均勻試驗(yàn)配比（kg/m3）材料石灰粉煤灰砂膨潤土水減水劑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運(yùn)用軟件對均勻試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元回歸分析和自動實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，并充分考慮了各材料在漿液中的作用，以坍落度

11、管理為中心，以防止堵管為重要評價指標(biāo)，推薦較優(yōu)的配合比如表6所示，其性能指標(biāo)見圖69。表6A、B區(qū)推薦配比（kg/m3）序號消石灰粉煤灰膨潤土砂水減水劑1604007080053022703006793054032642086422211156間時O11圖6推薦配比漿液坍落度經(jīng)時變化曲線推薦配比的初始坍落度在2425cm之間，3小時內(nèi)坍落度不小于20cm,8小時內(nèi)坍落度不小于16cm,12小時內(nèi)坍落度不小于14cm,保坍效果良好，不輸于上?，F(xiàn)場應(yīng)用配比。-1012345678910111213時間（h）圖7推薦配比漿液稠度經(jīng)時變化曲線由圖7所示，推薦配比稠度在3小時內(nèi)大于10cm,8小時內(nèi)大于

12、9cm,優(yōu)于上?，F(xiàn)場應(yīng)用配比。250度動流240-230-22021020019010時間（h）圖8推薦配比漿液流動度經(jīng)時變化曲線180-1由圖8所示，推薦配比的流動度3小時內(nèi)大于235mm,6小時內(nèi)大于220mm,優(yōu)于上?，F(xiàn)場應(yīng)用配比。25raIei1i1i1i-b1n,i1n0123456789101112時間（h）圖9推薦配比漿液的凝結(jié)時間曲線由圖9所示，1號配比的凝Z時間在9小時以上，遠(yuǎn)超過了上?，F(xiàn)場應(yīng)用配比的凝結(jié)時間。5.3 砂的細(xì)度模數(shù)對漿液性能指標(biāo)的影響為檢驗(yàn)砂的細(xì)度模數(shù)對漿液性能指標(biāo)的影響規(guī)律，在保持其它配比不變情況下，分別采用細(xì)度模數(shù)0.5、1.5和2.5的的砂進(jìn)行試驗(yàn)。漿液

13、配合比如表7所示，結(jié)果如圖下所示。表7試驗(yàn)配比（kg/m3）試驗(yàn)號細(xì)度模數(shù)石灰粉煤灰砂膨潤土水減水劑（PCA1）C10.560400800704702E41.560400800704702G102.560400800704702H41.860400800704702271C10246時間(h)81012值度落坍圖10坍落度經(jīng)時變化曲線圖10說明，開始時，細(xì)度模數(shù)2.5的砂配制的漿液坍落度較小，但經(jīng)時變化曲線較平緩，細(xì)度模數(shù)1.5的和0.5的坍落度經(jīng)時變化曲線比較接近，后期細(xì)度模數(shù)1.5的砂拌制的漿液的坍落度稍大于細(xì)度模數(shù)為0.5的。時間(h)度稠26002468時間(h)圖12流動度經(jīng)時變化曲

14、線1.5的砂拌制的漿液流動度最好，細(xì)度模數(shù)1012C1E4G10HH4值度動流0123456789101112時間(h)圖11稠度經(jīng)時變化曲線圖11所示為細(xì)度模數(shù)1.5的砂拌制的漿液稠度值最大，細(xì)度模數(shù)2.5的最差，細(xì)度模數(shù)0.5的居中。2.5的最差，細(xì)度模數(shù)圖12表示細(xì)度模數(shù)0.5的居中。圖13凝結(jié)時間曲線由圖13知，細(xì)度模數(shù)0.5的砂拌制的漿液凝結(jié)時間最短，1.5和2.5的比較接近。5.4 減水劑用量對漿液性能指標(biāo)的影響為測試減水劑摻加量對漿液性能指標(biāo)的影響，以表6的推薦配比1為基礎(chǔ)，采取其它材料摻加量不變，改變減水劑加量進(jìn)行對比試驗(yàn)，試驗(yàn)配合比如表8所示，數(shù)據(jù)曲線如下所示。0246810

15、1214161820222426283032時間（h）1度落坍250r圖14坍落度經(jīng)時變化曲線240-230220-210-200-190-時間（h）G1*G4180-110111213表8試驗(yàn)配比（kg/m3）試驗(yàn)號石灰粉煤灰砂膨潤土水減水劑G160400800705302(PCA1)G460400800705300G560400800705304(PCA1)圖15流動度經(jīng)時變化曲線由圖14、線變的很平緩,12-10G1G4上G5度8m8c2-123456時間(h)7891020-15-10-5-00圖16稠度經(jīng)時變化曲線47101112時間（h）圖17凝結(jié)時間曲線GG1G415、16可知，

16、加入減水劑能夠使?jié){液的坍落度、稠度和流動度的經(jīng)時變化曲減水劑摻加量增加能使?jié){液的坍落度值、流動度值也隨著增加。摻加減水劑能延長漿液的凝結(jié)時間。5.5 不同品牌減水劑對漿液性能指標(biāo)的影響為測試不同品牌減水劑對漿液性能指標(biāo)的影響，用三種品牌減水劑對同一配比的漿液進(jìn)行了對比試驗(yàn)，配合比如表9所示，對比結(jié)果如下圖所示。表9試驗(yàn)配比（kg/m3）序號石灰粉煤灰砂膨潤土水減水劑G160400800705302(PCA1)G660400800705302（五龍）G760400800705302(SK6)-1012345678910111213時間（h）圖18坍落度經(jīng)時變化曲線4-"ml度動流012

17、3456789101112時間（h）圖19稠度經(jīng)時變化曲線240220200180160-1012345678910111213時間（h）圖20流動度經(jīng)時變化曲線Ml力阻入貫0123456789101112時間（h）圖21凝結(jié)時間曲線總體來看，PCA1型減水劑對漿液的坍落度、稠度、流動度的經(jīng)時變化曲線更加平緩,摻加PCA1型減水劑的漿液凝結(jié)時間也最長。5.6 水量對漿液性能指標(biāo)的影響固體物料和減水劑加量不變時，只改變水量，漿液性能指標(biāo)的變化規(guī)律如圖22、23、24、25所示，配比如表10所示。表10試驗(yàn)配比（kg/m3）材料序號石灰粉煤灰砂膨潤土水減水劑(PCA1)G1600400800705

18、302G2600400800705602G3600400800705002圖22坍落度經(jīng)時變化曲線2-012345678910111213時間（h）圖23稠度經(jīng)時變化曲線IIIIIIIIIIIIII-1012345678910111213時間（h）度動流圖24流動度經(jīng)時變化曲線25r0123456789101112時間（h）圖25凝結(jié)時間曲線水量增大后，漿液的稠度值和流動度值也隨著增大；水量減少，漿液的凝結(jié)時間也縮短。5.7 粉煤灰和膨潤土用量對漿液性能指標(biāo)的影響為測試粉煤灰和膨潤土對漿液性能指標(biāo)的影響規(guī)律，以表6推薦配比1為基準(zhǔn)，調(diào)整配比:1）粉煤灰量增加70kg/m3,膨潤土量增加30kg/m3,砂用量減少100kg/m3;2）膨潤土量增加60kg/m3,砂用量減少60kg/m3。調(diào)整水量使?jié){液初試坍落度基本相同，測試漿液性能指標(biāo)與表6推薦配比進(jìn)行比較,配合比如表11所示，比較結(jié)果見下圖。表11試驗(yàn)配比（kg/m3）#料X石灰粉煤灰砂膨潤土水減水劑（PCA1）F160400800705302F2604707001006602F3604007401307602-202468101214161820222426283032505052211值度落坍時間(h)圖26坍落度經(jīng)時變化曲線kF值度動流-1012345678910111213