盾构隧道大掺量粉煤灰同步注浆材料优化设计

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1、盾构隧道大掺量粉煤灰同步注浆材料优化设计 隧道网www.stec.net(2007-4-8)  来源:隧道建设   摘 要:通过掺加粉煤灰、膨润土、高效减水剂等措施,对盾构法同步注浆用水泥砂浆配合比进行优化设计,探讨了粉煤灰掺量、减水剂种类和掺量、水胶比、胶砂比等与流动度、结石体3d、14d、28d抗压强度、凝结时间之间的关系,得到具有高工作性的大掺量粉煤灰同步注浆材料。  关键词:盾构法 同步注浆 大掺量粉煤灰 工作性能  中图分类号:U455.43     文献标识码:B    0 前言   盾构法同步注浆就是在隧道内将具有适当的早期及最终强度的材料,通过注浆泵及盾尾的注浆管,按规定

2、的注浆压力和注浆量在盾构推进的同时填人盾尾空隙内,从而有效控制地面沉降,确保管片的早期稳定性,并形成衬砌防水的第一道防线。而盾构法同步注浆工艺要求浆液具有较高的工作性能,即“流动性+稳定性+可塑性+易密性”,同时还要具有较小的流动经时损失及适宜的凝结时间等。   盾构法施工时,如果砂浆稳定性差,则易分层离析,容易导致注浆堵管、堵泵现象,从而影响注浆效果和施工进度。因此,盾构法要求注浆材料具有良好的稳定性和流动性,即高工作性能。为了使砂浆初始具有良好的工作性能,流动经时损失小,结合过江隧道项目,对大掺量粉煤灰水泥砂浆进行了前期的试验研究。  1 同步注浆材料性能要求  为满足盾构法施工工艺

3、,实现背后注浆的目的,同步注浆浆液要求满足下列条件[2]:  ① 浆液工作性能好,易泵送,3h可泵性好(流动度>180mm):  ② 浆液稳定性好,不离析,不分层,抗水分散,体积泌水率<2.5%为宜;  ③ 具有一定的早期强度,28d强度>2.5MPa;  ④ 浆液的凝结时间可以控制;  ⑤ 浆液无毒、无害、无刺激性气味、原材料来源广泛、价格低廉。  本实验通过掺加减水剂、膨润土、大掺量粉煤灰的措施达到同步注浆材料的性能要求。  2 原材料与实验方法  2.1 原材料  水泥:湖北黄石华新水泥厂产42.5普通硅酸盐水泥。  细集料:巴河中砂,细度模数为2.7,含泥量小于1.O%。  粉煤

4、灰:密度2.79/cm3,比表面积4300cm2/g。   钠基膨润土:含水率<10%。  减水剂:武汉武钢浩源外加剂厂生产的萘系缓凝减水剂FDN一9001,减水率为20%~25%,粉状;武汉联合WLH一031缓凝减水剂,减水率23%,液状。  水泥、粉煤灰的化学成分与细度见表l。表1 原材料的化学组成和物理性能  2.2 买验方法  ①流动度测试按GB8077—87《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行试验H];  ②浆液凝结时间按JGJl0一90《建筑砂浆基本性能试验方法》进行检验b];  ③试件抗压强度按GBl77—85[61所提供的方法进行试验;  ④泌水率采用l00ml量筒,上盖双

5、层塑料膜,保持室温24~30%,按浆液静置3h后的上浮水体积与总体积比计算。  3 实验结果与讨论  3.1减水剂优选试验   由图l所示,掺加FDN9001、WLH一031后,砂浆流动度增大,但由于减水剂的主要化学成分不同,因此,它们的吸附、分散、润湿、润滑的作用也就不相同,从而对砂浆流动度的影响也不同,同时减水剂的加入有减缓流动经时损失的作用。从减水效果与缓凝保塑效果来看,WLH-031的作用效果要优于FDN9001,这说明WLH一031是一种具有多功能的多组分复合材料,既具有较强的减水效果又具有较强的缓凝保塑效果,可以基本满足砂浆的性能要求,作为盾构法同步注浆材料的外加剂使用。图1

6、 减水剂对流动度影响曲线  3.2膨润土对砂浆性能的影响  图2流动度试验结果表明:不加膨润土时,砂浆即使具有较大的流动度,但并不能自由的从容器内流出;加入膨润土后,使砂浆的流动性降低,流动经时损失加快,但浆液的稳定性好,黏聚性增大,即使砂浆相当黏稠(流动度小于115mm)时,砂浆仍可以从容器中流出。当加入减水剂后使流动性增加,并且减缓了流动经时损失,所以掺加膨润土的同时加入减水剂对砂浆性能有着重要的作用。这是因为膨润土自身是吸水溶胀性材料,使浆液自由水减少,导致流动性下降,黏性增大。就其结构来看,其具有柱状结构,水解后在砂浆中可形成卡屋结构(膨润土在水中高度分散搭接成网络结构,并使大量

7、的自由水转变为网络结构中的束缚水,而形成非牛顿液体类型的触变性凝胶),既增加了对砂浆的滑动效应,又增大了砂浆的稳定性。在一定程度上,它可以增大同步注浆的可泵性,防止堵泵、堵管现象。图2 膨润土对流动度影响曲线  3.3 配合比优化  为配制出具有和易性佳、保水稳定性好、易于泵送的高工作性能的同步注浆水泥砂浆,共进行了21组试验并进行优化。  3.3.1 水胶比、胶砂比优化  试验采用WLH一031缓凝减水剂、华新42.5普通硅酸盐水

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