盾构法粉细砂渣料配制同步注浆材料及改性研究_王周渊.pdf

NEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALS0引言目前，地铁盾构施工中产生的废弃泥浆采用压滤脱水实现泥水分离，得到粉细砂等固体废弃物1。为响应国家绿色环保可持续发展战略，一些学者针对不同地区地铁盾构施工产生的废渣开展了相关研究。申兴柱等2针对深圳地铁 7 号线盾构施工中产生的渣土，通过添加渣土体积30%钠基膨润土，显著改善渣土的抗渗性及工作性能。邱龑等3针对在地铁盾构过程中遇到的富水砂层，采用外掺法添加质量比为 17 的膨润土对废弃渣土进行改性，当掺入砂土体积 10%的膨润土时可满足施工需求。李海斌等4以地铁渣土为主要原材料，加入质量掺量为 20%的氧化镁后在 700 进行烧结，成功制备出盾构法粉细砂渣料配制同步注浆材料及改性研究王周渊1，2，沈尔卜1，2，田松3，阎宝宝1，2，李涛涌1，2，杨武1，2（1.中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，湖北 武汉430040；2.中交二航武汉港湾新材料有限公司，湖北 黄冈438300；3.中交二航局成都城市建设工程有限公司，四川 成都610000）摘要：依托福州地铁项目，采用盾构粉细砂渣料等质量取代河砂制备同步注浆材料，研究了水胶比、胶砂比、膨水比及粉灰比对注浆材料性能的影响。结果表明：随粉细砂取代率的增大，同步注浆材料性能逐渐劣化；对粉细砂同步注浆材料稠度的影响顺序为：水胶比胶砂比粉灰比膨水比、对抗压强度的影响顺序为：水胶比胶砂比膨水比粉灰比；当水胶比为 0.75、胶砂比为 0.6、膨水比为 0.18、粉灰比为 3 时，其初始及 1 h 稠度分别为 124、115 mm，初始及 1 h 流动度分别为 235、225 mm，泌水率为 2.0%，3、28 d 抗压强度分别为 0.9、2.9 MPa，满足现场施工需求。关键词：地铁盾构施工；同步注浆材料；废弃粉细砂；固废利用；正交试验中图分类号：TU472文献标识码：A文章编号：1001-702X（2023）02-0101-04Study on the preparation and modification of synchronous grouting materials withfine sand slag by shield machineWANG Zhouyuan1，2，SHEN Erpu1，2，TIAN Song3，YAN Baobao1，2，LI Taoyong1，2，YANG Wu1，2（1.CCCC Wuhan Harbor Engineering Design and Research Institute Co.Ltd.，Wuhan 430040，China；2.CCCC Second Airlines Wuhan Harbor New Materials Co.Ltd.，Huanggang 438300，China；3.CCCC-2 Chengdu Urban Construction Engineering Co.Ltd.，Chengdu 610000，China）Abstract：Relying on the Fuzhou Metro Project，synchronous grouting materials were prepared by quality ratio replacement of river sand with shield silt fine sand slag.The influence rules of water-to-mortar ratio，mortar-to-sand ratio，swelling water ratio and flyash-to-cement ratio on the properties of grouting materials were analyzed.The results show that with the increase of fine sand content，the properties of synchronous grouting materials gradually deteriorate.The main and secondary factors influencing the consistencyand compressive strength of the fine sand synchronous grouting material are：water-to-mortar ratiomortar-to-sand ratio fly ash-to-cement ratio swelling water ratio，water-to-mortar ratiomortar-to-sand ratio swelling water ratio fly ash-to-cement ratio，respectively.When the water-to-mortar ratio is 0.75，the mortar-to-sand ratio is 0.6，the swelling water ratio is 0.18，and the fly ash-to-cement ratiois 3，the consistency and 1h consistency retention values reach 124mm and 115mm，respectively，the initial fluidity and 1h fluidity retention values are 235mm and 225mm，the water bleeding rate is 2.0%，and the compressive strength of 3d and 28d reaches 0.9 MPaand 2.9MPa，respectively，meeting the needs of on-site construction.Key words：metro shield construction，synchronous grouting material，waste silty sand，solid waste utilization，orthogonal test收稿日期：2022-04-20；修订日期：2023-01-29作者简介：王周渊，男，1994 年生，助理工程师，E-mail：。中国科技核心期刊101新型建筑材料202302一种除磷陶粒。目前，针对盾构法渣料的应用集中于制备烧结砖或陶粒产品的制备，不仅生产过程能耗较大，且运输成本较高。而用于配制盾构施工所需的同步注浆液的研究鲜见报道。本文依托福州地铁项目，通过测试盾构法粉细砂渣料的物理性能指标，采用粉细砂代替河砂制备同步注浆材料；并进行多因素正交试验，探究不同配合比同步注浆料的工作性能及力学性能，制备出性能优异的同步注浆液，实现废弃渣土的绿色高效再利用。1试验1.1原材料水泥：冀东 P O42.5 水泥，主要性能见表 1；粉煤灰：级，武汉三源特种建材有限公司，45 m 方孔筛筛余 20.4%；有机膨润土：武汉恒冠新材料科技有限公司，表观黏度为 29mPa s，细度为 300 目；砂：福州厚庭至桔园洲区间隧道盾构废弃粉细砂及河砂，筛分结果、物理性能分别见表 2 和表 3。表 1水泥的主要性能表 2废弃粉细砂与河砂的分计筛余表 3废弃粉细砂与河砂的物理性能1.2试验配合比（1）采用废弃粉细砂分别按 0、30%、50%、70%、100%等质量取代河砂制备同步注浆液材料（GM），研究粉细砂取代率对GM 性能的影响，具体配合比见表 4。表 4粉细砂取代河砂制备同步注浆材料配合比g（2）胶凝材料由水泥、粉煤灰和膨润土组成，采用粉细砂完全替代河砂，以水胶比、胶砂比、膨水比（膨润土与水的质量比）、粉灰比（粉煤灰与水泥的质量比）为 4 因素，进行 4 因素4 水平正交试验，因素水平见表 5，具体试验设计见表 6。表 5正交试验因素水平表 6正交试验同步注浆材料配合比1.3试验方法同步注浆材料的稠度、稠度经时损失、凝结时间参照 JGJ/T702009 建筑砂浆基本性能测试方法标准 进行测试；流动度和流动度经时损失参照 GB/T 504482015 水泥基灌浆材料应用技术规范进行测试；无测限抗压强度参照 JGJ/T2332011 水泥土配合比设计规程 进行测试。2试验结果与讨论2.1粉细砂取代率对同步注浆材料性能的影响2.1.1粉细砂取代率对 GM 稠度的影响（见图 1）由图 1 可知，随粉细砂取代率增加，GM 的初始及 1 h 稠度均先增大后减小。当粉细砂取代率为 30%时，GM 初始稠度达到最大值 126 mm，1 h 稠度为 120 mm，符合 T/CECS 5632018 盾构法隧道同步注浆材料应用技术规程 的要求；继续增大粉细砂取代率，GM 稠度逐渐减小，粉细砂取代率为比表面积/（m2/kg）标准稠度需水量/%凝结时间/min抗压强度/MPa初凝3 d28 d34527.413722126.249.3终凝4.752.361.180.60.30.15 0.075 0.0750.30.40.45.824.936.528.33.43.110.123.423.628.66.54.31.3粉细砂河砂筛孔尺寸/mm分计筛余/%项目表观密度/（kg/m3）堆积密度/（kg/m3）含泥量/%细度模数粉细砂2059100912.491.1河砂258014612.802.7编号水泥粉煤灰膨润土河砂粉细砂水A1904506010000330A29045060700300330A39045060500500330A49045060300700330A5904506001000330水平因素水胶比（A）胶砂比（B）膨水比（C）粉灰比（D）10.450.40.21620.550.50.18530.650.60.15440.750.70.123编号 ABCD水泥/g 粉煤灰/g膨润土/g粉细砂/g水/g1#1111955706918353302#12221296456816773783#13331736906315484194#14442397165414364535#21231295167117903936#22141805409516324497#23411207275815004958#24321497438013895349#313415847368174545310#324314658262158751611#3312126630119145556712#3421119711110134461213#414210451862170351214#42319858587154557915#4324183549114141363616#44131566241461322695王周渊，等：盾构法粉细砂渣料配制同步注浆材料及改性研究102NEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALS图 1粉细砂取代率对 GM 稠度的影响100%时，GM 的初始及 1 h 稠度分别为 103、97 mm，较掺入30%粉细砂时分别降低了 18.3%、10.8%。粉细砂细度模数仅为 1.1，河砂细度模数为 2.7，随粉细砂取代率增大，复合细骨料细度模数逐渐减小、总比表面积增大、需水量增大，导致同步注浆液中自由水含量降低，稠度逐渐减小5；粉细砂取代率为 30%时，复合细骨料体系的级配可得到一定程度改善，从而在水胶比不变的情况下，注浆材料稠度有所增大。2.1.2粉细砂取代率对 GM 流动度的影响（见图 2）图 2粉细砂取代率对 GM 流动度的影响由图 2 可知，随粉细砂取代率的增加，GM 的初始及 1 h流动度都逐渐减小，且浆体流动度经时损失先增大后减小。当粉细砂取代率为 50%时，GM 的初始及 1 h 流动度分别为280、260 mm，较不