張磊

摘 要：隨著盾構(gòu)施工技術越來越多運用于城市軌道交通建設，盾構(gòu)同步注漿對控制隧道變形沉降、提隧道高防水抗?jié)B性能具有重要作用。其中，盾構(gòu)砂漿的流動度、凝結(jié)時間等性能成為了同步注漿施工的關鍵技術指標。本文按中鐵建華南建設有限公司企業(yè)標準中的Ⅱ型砂漿的性能指標確定盾構(gòu)砂漿的基礎配合比，設置對比組來探究泵送劑對盾構(gòu)砂漿工作性能的影響，包括含氣量、凝結(jié)時間、流動度及流動度經(jīng)時損失等方面。

關鍵詞：泵送劑;盾構(gòu)砂漿;流動度

0 前言

盾構(gòu)砂漿是盾構(gòu)法施工地鐵隧道時使用的一種水泥類注漿材料。盾構(gòu)法注漿的目的是填充盾構(gòu)管片和開挖斷面之間的空隙，減少地面沉降[1]。盾構(gòu)砂漿要求具有良好的流動性和穩(wěn)定性，流動度經(jīng)時損失少，在較長時間內(nèi)保持良好的可泵性以及合適的凝結(jié)時間等性能[2-3]。泵送劑是一種改善混凝土泵送性能的外加劑，由緩凝（早強）、減水、引氣、坍落度損失抑制等組分復合而成，具有減水增強效果和緩凝保塑性能[4]。目前國內(nèi)文獻較多研究泵送劑對混凝土性能的影響，缺少泵送劑對盾構(gòu)砂漿影響的研究。本文在盾構(gòu)砂漿基礎組分中添加泵送劑組分，探究不同摻量泵送劑對盾構(gòu)砂漿含氣量[5]、凝結(jié)時間、流動度及流動度經(jīng)時損失等性能的影響，為泵送劑在盾構(gòu)砂漿中的應用提供參考。

1 基礎配合比

本試驗原材料為：

（1）水泥：陽春海螺水泥有限責任公司生產(chǎn)的海螺牌P.O42.5級水泥，其水泥各項技術指標符合GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》標準的要求。

（2）粉煤灰：不低于GB/T1596-2017的Ⅱ級F類別要求。

（3）砂：細骨料符合GB/T14684的規(guī)定，且不含有粒徑大于2.36 mm的顆粒。天然砂的含泥量小于5.0%，泥塊含量小于2.0%。

（4）膨潤土：采用博羅縣熊茂建材有限公司生產(chǎn)的符合GB/T20973-2007《膨潤土》要求的鈣基或鈉基膨潤土。

（5）泵送劑：采用廣東龍湖科技股份有限公司生產(chǎn)的泵送劑，符合JC473《混凝土泵送劑》的要求。

（6）拌和水：符合JC/T2190的要求。

本試驗以中鐵建華南建設有限公司企標Q/ZTJHN1-2019

《膠凝型盾構(gòu)注漿配套干混砂漿》中的Ⅱ型砂漿為基準砂漿，其配合比見表1。

2 泵送劑對盾構(gòu)砂漿工作性能的影響

本試驗以0、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%的泵送劑的摻量設立對比試驗。以0摻量組為空白對照組，編號為A;其余四組為試驗組，依次編號為B、C、D、E。主要試驗包括流動度及流動度經(jīng)時損失試驗、含氣量試驗、凝結(jié)時間試驗。

2.1 流動度及流動度經(jīng)時損失試驗

按照GB50119-2003附錄A進行流動度及流動度經(jīng)時損失試驗，其中截錐形圓模的尺寸改為：高度60 mm±0.5 mm;上口內(nèi)徑70 mm±0.5 mm;下口內(nèi)徑100 mm±0.5 mm;下口外徑120 mm。每次稱取不少于2 000 g的水泥基灌漿材料。

具體試驗結(jié)果見表2，初始流動度、0.5 h流動度與泵送劑摻量的關系見圖1，初始流動度、1 h流動度與泵送劑摻量的關系見圖2。其中，流動度損失率（FL）按照公式（1）計算：

（1）

式中F0為初始流動度，mm;Ft為某一時刻流動度，mm;D為模具直徑，mm。

由表2可以看出，隨著泵送劑摻量的增加，盾構(gòu)砂漿的流動度逐漸增大，流動度損失率逐漸減小。在給定的試驗范圍內(nèi)，漿液流動度隨時間增加而減小，流動度損失率隨時間增加而變大。由圖1可知，在不添加泵送劑時，砂漿的初始流動度為245 mm。隨著泵送劑摻量的增加，砂漿的初始流動度和0.5 h流動度均逐漸上升，0.5 h流動度損失率呈下降趨勢。在泵送劑摻量達到0.2%時，0.5 h流動度損失率達到最小值，為1.85%。由圖2可知，在不添加泵送劑時，砂漿1 h流動度損失15 mm，流動度損失率較大，為6.12%。摻量0.05%、0.1%對應的1 h流動度經(jīng)時損失率逐漸減小，分別為5.88%、4.67%。摻量大于0.1%時，流動度經(jīng)時損失率逐漸增大。摻量為0.15%時，1 h流動度經(jīng)時損失率為9.81%，超過摻量為0時的流動度經(jīng)時損失率;摻量為0.2%時，1 h流動度經(jīng)時損失率為9.26%，雖然比摻量為0.15%時的1 h流動度經(jīng)時損失率低，但是仍然大于摻量為0時的流動度經(jīng)時損失率。摻量達到0.1%時，1 h流動度出現(xiàn)拐點，可能是由于泵送劑摻量達到飽和點摻量附近，此時繼續(xù)增大摻量，水泥對其吸附量不再增加，從而對流動度的提高及其經(jīng)時損失的降低不再起作用，甚至會使流動度經(jīng)時損失超過空白對照組值。

2.2 含氣量試驗

參照JGJ/T70《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》含氣量測定方法，各組試樣的含氣量試驗結(jié)果見表3，泵送劑摻量對盾構(gòu)砂漿含氣量的影響見圖3。

通過圖3可以得出，隨著泵送劑摻量的不斷增多，盾構(gòu)砂漿的含氣量不斷增大。未摻泵送劑的基準砂漿含氣量為2.7%;當泵送劑摻量提高至0.05%時，盾構(gòu)砂漿含氣量為2.9%，含氣量相對于基準砂漿并未出現(xiàn)明顯增加，這主要是由于砂漿配合比中引入了占膠凝材料質(zhì)量75%的粉煤灰，而粉煤灰對泵送劑中的引氣組分具有吸附作用，在一定程度抑制泵送劑的引氣作用。隨著泵送劑摻量的進一步提高，盾構(gòu)砂漿含氣量以接近正比例的速率增加，當泵送劑摻量為0.2%時，含氣量高達4.5%。泵送劑摻量達到一定值時，泵送劑中的引氣組分會使盾構(gòu)砂漿中的鈣鹽產(chǎn)生沉淀并吸附在氣泡液膜表面，增加了氣泡液膜的厚度，提高了氣泡的穩(wěn)定性。因此，隨著泵送劑摻量的提高，盾構(gòu)砂漿含氣量呈近線性遞增。

由以上分析可知，泵送劑中的引氣組分會使砂漿引入適量的微氣泡。隨著砂漿的凝固，氣液固三相界面轉(zhuǎn)變?yōu)闅夤潭嘟缑?，形成穩(wěn)固又封閉的空間，從而切斷毛細通道，使得盾構(gòu)砂漿的抗?jié)B性能有很大提高。泵送劑的摻量越多，其抗?jié)B性能越好。

2.3 凝結(jié)時間試驗

參照的GB/T1346《水泥標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》測定凝結(jié)時間，不同摻量泵送劑對盾構(gòu)砂漿凝結(jié)時間影響的試驗結(jié)果見表4。

通過圖4所示的砂漿凝結(jié)時間和泵送劑摻量關系可以得出，未摻泵送劑時，基準砂漿的凝結(jié)時間是550 min，當泵送劑摻量在0到0.2%之間時，隨著泵送劑摻量逐漸增大，砂漿的凝結(jié)時間在不斷的增大且逐漸趨于平緩，其原因是泵送劑中含有緩凝的組分，控制了流動度的損失，起到一定的緩凝效果。因此泵送劑的摻量越大，緩凝組分的摻量也逐漸增大，砂漿的凝結(jié)時間也會隨之增大。

3 結(jié)論

（1）泵送劑有助于盾構(gòu)砂漿流動度的提高，但過量的泵送劑會導致水泥對泵送劑中減水組分的吸附達到飽和狀態(tài)，對流動度的提高效果不明顯，對流動度經(jīng)時損失的降低效果，甚至會使流動度經(jīng)時損失增大，起到負面效果。

（2）泵送劑中的引氣組分，提高了盾構(gòu)砂漿的含氣量。適當?shù)暮瑲饬考瓤梢詼p少盾構(gòu)砂漿的泵送阻力，防止砂漿泌水、離析，又可以提高盾構(gòu)砂漿的防水抗?jié)B性能。因為在砂漿中引入氣泡凝結(jié)后形成的封閉空間阻斷了毛細通道中水的滲透作用，所以針對地下富水區(qū)段的盾構(gòu)隧道，注漿材料可以適當摻加泵送劑，提高砂漿的抗?jié)B性能。

（3）隨著泵送劑摻量增大，泵送劑中的緩凝組分所起的作用越大，砂漿的凝結(jié)時間越來越長，增長的速率逐漸變小。泵送劑摻量在0.2%以內(nèi)增大時，對凝結(jié)時間的影響較小，凝結(jié)時間的延長不會影響到施工環(huán)節(jié)。

參考文獻：

[1]Hashimoto T，Brinkman J，Konda T，Kano Y，F(xiàn)eddema A. Simultaneous backfill grouting，pressure development in construction phase in the long-term.Tunn Und Space Techn.，2004（19）：447.

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[5]李軍，馬志剛.泵送劑和膨脹劑對新型路面自流平砂漿性能的影響[J].涂料工業(yè)，2013，43（6）：63-65+79.