第33卷第28期 魏 鑫等:盾构施工同步注浆用水泥砂浆配合比试验研究2007年10月
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1 配比试验情况
为满足本次试验研究需要,准备的主要砂浆试验仪器见表1。
表1 主要砂浆试验仪器
仪器名称砂浆拌合机砂浆凝结时间测定仪砂浆筒度测定仪
SC145
1台
规格UJZ215ZKS2100
数量1台1台
在初始砂浆配合比的基础上,试验分为三个阶段:
1)第一阶段试验。按照当时所使用的配合比,在试验室拌制砂浆,测定凝结时间、砂浆稠度和比重等指标。配比见表2。
表2 砂浆配合比
水泥100
kg
减水剂2
2)在上一步调整试验的基础上,固定水泥量为100kg的情况
下,同时改变粉煤灰及石灰的用量,寻找砂浆凝结时间变化的规律。试验结果统计见图4(小,,粉煤灰180
膨润土80
砂600
水250
经测定,砂浆稠度值为125mm,比重为1.7kg/L。凝结时间记录曲线见图1。由图1可见
,砂浆在拌制完成后20.5h达到凝结(曲线中所对应的砂浆凝结时间测定仪表盘读数为15N,即强度为0.5MPa)。这种砂浆流动性过大,凝结时间较长,考虑到地下水稀释的影响,实际凝结时间将大于24h,远远不能满足要求。
2)第二阶段试验。根据对上一阶段砂浆试验的分析,认为凝结时间过长、流动性过大的最主要原因就是加入了较多量的膨润土,而膨润土的加入会导致砂浆最终强度较低。据此并通过查阅相关资料,在配合比中取消了膨润土,增加了可以加速凝结的石灰,新配比见表3。
表3 新的砂浆配合比
水泥
130
粉煤灰250
石灰40
砂550
减水剂3
从图4可见,随着粉煤灰和石灰用量的增加,砂浆凝结时间逐渐缩短。石灰使用量取40kg的特性曲线,随粉煤灰用量的变化,凝结时间变化均匀,可在2h～10h之间变化,而此时砂浆稠度统计见表4。
表4 砂浆稠度统计
水泥用量/kg
粉煤灰用量/kg
230250270290
100
石灰用量/kg
稠度/mm121116121106
40
kg
水
230
经测定,本配合比砂浆稠度值为
81mm,比重为2.1kg/L。凝结时间记录见图2。
经观察,稠度值在110mm左右的浆液流动性可满足浆液运输和注入的要求。
3)第三阶段试验。根据第二阶段试验中的一系列配合比,综合考虑材料含水量及地下水对砂浆的稀释影响,安排搅拌站按表5的配合比进行拌制使用。
表5 最终砂浆配合比
水泥120
粉煤灰250
石灰40
砂550
减水剂3
水230
经多次抽样测定,砂
浆稠度值平均为107mm,比重为
1.89kg/L,凝结时间为6h～8h,能较好满足实际施工需要。因此选定此配比为基本配合比,当材料或天气等因素发生较大变化时再作及时调整。
2 配浆材料对砂浆影响的总结
由图2可知,砂浆在拌制完成后约3.5h达到凝结,凝结时间
已大大缩短。但是,对该配比拌制的砂浆,稠度值偏小,难于流动,很容易造成注浆管路堵塞。而过短的凝结时间,不能很好地满足现场施工的需要。
经分析认为,只要在新配合比的基础上调整水泥、粉煤灰和石灰三种水化反应材料的使用量,可以达到调整凝结时间的目的。
1)按每次调整量20kg,只调整粉煤灰用量,调整范围为200kg～300kg(共6组),试验结果见图3。
经过一系列的试验分析不难看出,几种主要材料在盾构施工所用的单液浆中有如下特点:
1)在水泥使用量较低的情况下,水泥量的变化对凝结时间影响较小,对最终强度的提高有显著作用,但对成本产生不利影响;
2)细砂的使用量受天气影响较大,要根据砂含水量来调整实际用砂量和用水量;
3)粉煤灰和石灰的使用要综合考虑,两种材料的增加可以缩短砂浆凝结时间。粉煤灰能与水泥互补短长、均衡协作,可增加砂浆的流动性,改善和易性。石灰作为激发剂,使粉煤灰发生水化反应[2]。