新型单液惰性浆液性能影响研究.pdf

广东建材2023年第8期0 引言为了保证盾构隧道的稳固安全施工，在盾构隧道不断向前掘进的过程中，需要特别关注盾构隧道管片与盾壳尾部之间的缝隙。当管片从盾尾脱离时，管片外壁与周围土层之间会留下一圈缝隙，即盾尾缝隙，其厚度通常为 816cm。这种缝隙可能会对地表建筑物的稳定性造成威胁，因为周边地层的较大变形可能会导致地面下陷。为了最大限度地保证地面稳定，需要采取合理及时的注浆措施来填补壁后缝隙。然而，注浆也存在很多问题，例如由于浆液水化热作用、地下水问题、土体压缩等作用引发诸多不良影响。此外，注浆压力不当也可能导致浆体力学强度、物理大小和凝结时间等特性发生变化，从而引起地面下陷、隧道受力失衡和管片上浮等问题。为了解决这些问题，本文对新型单液惰性浆液进行了优化试验，包括水胶比、胶砂比、膨水比和粉灰比等方面的配比优化，以实现流动性好、固结性好、充填性好的结合效果，相较于单液硬质浆液，单液惰性浆液具有凝结时间短、抗离析性差和施工控制要求低等优点1。1 试验原材料本次试验所用各原料浆料表现指标见表1。新型单液惰性浆液性能影响研究胡 涵(珠海横琴成远工程咨询有限公司)【摘要】盾构隧道管片壁后注浆技术，在解决盾构隧道工程的相关技术难题上发挥重要作用。壁后注浆材料在整个注浆工艺中选取，需综合考虑其注浆效果、相关费用、相关工艺等多个方面。本文选取某工程采用的新型单液惰性浆液作为研究对象，从水胶比、胶砂比、膨胀比、粉灰比四个方面，对其进行室内配合比对照试验，通过研究浆料中各成分对浆液性能的影响，旨在促进壁后注浆技术的应用改进。【关键词】单液惰性浆液；注浆；配合比；隧道工程材料名称水熟石灰膨润土粉煤灰砂性能指标地下水，pH=7，无味。含氢氧化钙85%，筛余量320目0.5%。钠基材料，在200目筛子上的通过率为95%，膨胀率为1320ml/g。粉煤灰級，筛余量为0.045毫米方孔筛分，需保留粉质20%45%，含水量不大于5%。河砂在使用前要经过4.75mm的筛网，保证其细度模数大于或等于0.8，含泥量在5%以下。表1 各原料浆料表现指标2 配合比据有关实验数据显示，新型单液惰性浆液的常用水胶比范围在0.90至1.1之间，而胶砂比则在0.5至0.7之间。为了保证测试的有效性，有利于后续的造型和优化工作，膨润土和水的比例应在0.15到0.35之间，粉灰比范围应在3.0到5.0之间。实验次数是实验因子个数的3倍，共做15组。新型惰性单液浆液的室内配比按表2所示的测试配比表进行了均匀性测试。表格中的数据显示单位为kg/m3，但实验过程中对所需材料的质量并未以体积单位即1m3进行计量。反之，试验者则按试验仪器的容量等比例对材料进行取用2。3 试验仪器和试验方法试验四项性能指标：浆液稠度，凝结时间，泌水率，28d 抗压强度。测试仪器及测试方法的采用有以下材料研究与应用-15广东建材2023年第8期几种：浆液稠度试验采用SC-145砂浆稠度仪，在 建筑砂浆基本性能试验方法标准(JGJ/T70-2009)第四节稠度试验指导下，严格执行。冷凝时间试验严格采用ZKS-100砂浆冷凝时间测定仪，以 建筑砂浆基本性能试验方法标准(JGJ/T70-2009)第八节冷凝时间试验为指导。泌水率检测需要使用1000ml的计量筒，将调制好的混合液倒在计量筒内，直到达到1000ml刻度线的液面为止，见图1。在考场温度2024时，计量筒要盖上保鲜膜，防止水分蒸发。每隔十分钟测量一次，清水会逐渐析出，直到上面的浆液不再发生明显的变化3。泌水率=出水量/浆液总量100%在进行立方体抗压强度试验时，需严格按照 建筑砂浆基本性能试验方法标准 JGJ/T70-2009 第九节有关立方体抗压强度试验的指导意见执行。试验过程如图2所示。4 试验结果及分析根据前面已经阐述过的考查方法，得出考查结果，见新型均匀试验单液惰性浆液结果表3。配方规格经过多重回归分析后，按照表格中的测试结果，就是含量比重。电脑处理采用MATLAB软件，回归机型采用混料Scheffe 多项式4。y=b0+k=15bkxk+j=15k=j5bjkxjxk式中，xj、xk为试验因素，b0、bk、bjk为回归系数。根据试验结果得如下回归关系：稠度：f=14.478237.765493x3+36.483452x21+27.564x1x3+2.2694x2x3凝结时间：f=3.7128267.643x23+121056.1479x24+0.0883x25+87.5295x1x36109.3015x3x4泌水率：f=-0.089+0.1882x10.2116x33.8275x2x4+3.0949x4x528d抗压强度：f=1.6270.198x210.014x25+0.049x1x5对各种影响因子分析的回归分析结果，对各种影响因子和新型单液惰性浆液根据上诉采用回归分析结果。试验编号123456789101112131415膨润土67.595.0125.078.8192.5134.895.2175.079.0137.390.1165.9125.378.1165.0粉煤灰400.0417.0388.9388.9375.0409.1416.3400.0400.0409.1375.0416.4375.8407.5388.5熟石灰100.083.0111.6111.6125.090.983.3100.0100.090.9125.083.3125.390.6111.0水450.0475.0500.0525.0550.0449.4474.9500.0525.0550.0449.8474.5501.0523.1549.0砂1000.0833.3714.0909.3833.3768.9999.2909.0715.0909.1769.6713.81002.1830.0768.5表2 呈现了新型单液惰性浆液均匀试验的配比图1 泌水率试验图2 抗压强度试验材料研究与应用-16广东建材2023年第8期稠度从图3可见，水胶比和膨水比对新型单液惰性浆液稠度影响最大，水胶比不断增大，浆液稠度也不断增大，而膨水比不断增大，浆液稠度随之不断递减；随着胶砂比增大，稠度有先增大后减小的趋势；而浆液稠度与粉灰比变化曲线波动幅度极小，可以不予考虑。凝结时间从图4看，膨水比和粉灰比对新型单液惰性浆液凝结时间影响最小；水胶比和胶砂比对浆液凝结时间影响趋势类似，随着水胶比或胶砂比与粉灰比增大，浆液凝结时间均随之增加。泌水率从图5见，胶砂比对新型单液惰性浆液的泌水率的影响最小；随着水胶比增大，浆液泌水率也随之增加；当膨水比较小的时候，即使微小地增加膨水比，也会显著降低浆液的泌水率。随着膨水比的增大，泌水率的变化趋势逐渐变缓；粉灰比与膨水比影响相反，在含量较低的时候，泌水率变化不明显，随着粉灰比增大到3.5左右时，泌水率明显增大，粉灰比达到4.0后，泌水率先减小后增大。28d抗压强度试验编号123456789101112131415稠度/cm11.812.312.412.76.59.611.26.312.47.612.311.09.513.511.8凝结时间/min480580860750840750540530820880640720570690810泌水率/%1.82.72.04.20.81.01.70.62.51.21.51.61.14.61.728d抗压强度/MPa0.2430.7370.3330.2112.3021.4060.3621.7241.7582.2340.3222.1141.2800.1740.685表3 新型均匀试验单液惰性浆液结果图3 浆液稠度与水胶比、胶砂比、膨水比、粉灰比变化曲线材料研究与应用-17广东建材2023年第8期图4 浆液凝结时间与水胶比、胶砂比、膨水比、粉灰比变化曲线图5 浆液泌水率与水胶比、胶砂比、膨水比、粉灰比变化曲线材料研究与应用-18广东建材2023年第8期根据图6可得知，浆液的抗压强度主要取决于胶凝材料的贡献，而不是水分含量。因此，尽管自由水含量急剧增加，新型单液惰性浆液的抗压强度并不会因此减弱。随着时间的推移，浆液的抗压强度会逐步降低，但降幅在30%左右。新型单液惰性浆液的抗压强度与胶砂比之间存在“M”型变化曲线，但变化幅度不大。此外，膨胀比的变化几乎不会对浆料的抗压强度产生影响2。材料研究与应用图6 浆液抗压强度与水胶比、胶砂比、膨水比、粉灰比变化曲线5 结论稠度：在新型单液惰性浆液中，水胶比和膨水比对稠度的影响最为显著，水胶比不断增大，浆液稠度也不断增大，而膨水比不断增大，浆液稠度随之不断递减。此外，随着胶砂比的增加，稠度也会增加，但呈现先增后减的趋势，因为胶砂比会进一步增加。浆液稠度变化曲线随粉灰比波动幅度很小，可知粉灰比对浆料稠度几乎没有影响。冷凝时间：膨水比和粉灰比对浆液冷凝时间的影响最小；水胶比和胶砂比对浆液凝结时间的影响趋势类似，随着水胶比或胶砂比与粉灰比的增加而增加。泌水率：相对于新型单液惰性浆液而言，胶砂比对泌水率的影响最小。此外，浆液的泌水率也会随着水胶比的提高而相应提高。当膨水比较小时，浆液的泌水率会明显降低，即使膨水比微小地增加。随着膨水比的增大，泌水率的变化趋势变得缓慢，而排水量开始减少。粉灰比与膨水比的作用相反，其含量较低时，泌水率并不会明显改变。但当粉灰比增大到3.5左右时，泌水率会明显增加，而当粉灰比达到4.0后，泌水率会先减小后增大。强度：在制作新型单液惰性浆料试块时，影响28天抗压强度的最主要因素是水胶比，影响最小的是膨胀比。随着水胶比的增加，胶凝物质的含量相对减少，因此浆液的抗压强度在28天中逐渐降低。强度值随粉灰比变化而呈抛物线状，并在达到顶点后开始下降，直到粉灰比中间值出现曲线顶点。【参考文献】1 贺雄飞.单液惰性同步注浆浆液的配合比试验研究J.隧道建设,2012,32(sup2):24-30.2 王友冕.新型单液惰性浆性能优化试验及体积收缩规律研究D.北京交通大学,2017.3 梁精华.盾构隧道壁后注浆材料配比优化及浆体变形特性研究D.河海大学,2006.4 关颖南.混料试验设计M.上海:上海科学技术出版社,1990.-19