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