水泥-水玻璃雙液漿材料的性能研究

張崇峻

摘要：以北京16號線地鐵施工為背景，將可硬化抗剪性漿液分別與水玻璃、水泥漿體混合形成雙液漿，并通過室內試驗對兩類雙液漿的密度、強度等指標進行了對比分析。研究結果表明：當加入水泥漿體B液時，雙液漿密度所有提高，泌水率會因所加水泥漿液水灰比的減小而減小，稠度降低速度和漿液8h抗剪強度與其相反，表現出隨之增大的趨勢。在加入水泥B液后，漿液抗壓強度得到提升，且提升幅度隨著水泥水灰比的減小而增大。當加入水玻璃B液時，雙液漿的泌水率和密度明顯減小，稠度和抗剪強度降低程度隨著所加水玻璃波美度的提高而提高，且水玻璃在增強雙液漿抗剪強度方面有更強的效果。雙液漿28d強度在加入水玻璃B液后都處于0.8MPa之上。假如B液選擇水泥漿體，其水灰比要在0.33以下才能使雙液漿各項指標達到工程標準。假如B液選擇水玻璃，其波美度要超過12Be'才能使雙液漿各項指標達到工程標準。

關鍵詞：可硬化抗剪性漿液；水玻璃；雙液漿；漿液抗壓強；抗剪強度

0? ?引言

在地鐵的施工過程中，不可避免會用到注漿工藝，當前傳統注漿材料大致有兩類，分別為主要為可硬性漿與單液惰性漿。由于后者無法硬化，不能對附近環境和隧道的穩定起到良好的保護作用，已逐漸淘汰；前者是在后者的基礎上加入膠凝材料，雖有一定的強度，但應用場景限制較多，也逐漸淘汰[1-2]。

如今在國內過地鐵工程中，主流注漿技術為雙液型液漿技術，通常由A液和B液兩種液體組成，前者一般是抗剪型液漿，后者通常是功能組分[3-4]。這種雙液漿流動性較好，早期強度較高，是較為理想的注漿材料。王亞龍[5]等配制了一種新型雙液注漿材料，并對其強度、流動性等指標進行了試驗，表明該材料能夠很好的滿足工程需要。劉永超[6]等對比分析了在隧道漏砂漏水封堵過程中不同注漿材料的封堵效果，發現雙液漿效果優異。

基于此，為了確定北京16號線地鐵施工中所用漿液配比，使其各項性能達到工程標準，保證工程的順利進行，通過室內試驗對其各種配比的密度、強度等指標進行對比分析，為相關工程提供了指導和借鑒。

1? ?工程概況

北京16號線地鐵看丹站至榆樹莊站區間，起于規劃豐西二號路與規劃康辛路十字交口處的看丹站站西端。地鐵施工開挖前，提前進行深孔注漿，開挖過程中嚴格控制開挖步距0.5m，及時進行初支背后注漿，控制地層沉降。

在下穿范圍對區間結構拱頂采用深孔注漿加固，注漿漿液選擇水泥-水玻璃雙液漿。土體在注漿后的無側限抗壓強度要大于800kPa，同時土體要具有較好的自立性和均勻性。在開始大范圍注漿時之前，必須開展注漿試驗，對漿液的配合比進行確定，必要時可對、注漿壓力、注漿孔距離等參數進行適當調整。

2? ?試驗方式

2.1? ?雙漿液材料選擇及配比設計

室內雙液漿試驗的A液屬于抗剪型可硬化液漿，其組成主要包括水、熟石灰、膨潤土、粉煤灰。各組成中膨潤土類型為復合鈉基膨潤土；河砂含水率為4.3%，細度模數為2.55；粉煤灰類型為F類Ⅱ級灰，并添加聚羧酸型高效減水劑來對流動度進行調整。A液的具體配合比如表1所示。

水玻璃和水泥為B液的主要成分，其中水玻璃類型為工業級，其模數為2.2～2.5，將其以不同波美度來混合A液；水泥類型為P.C32.5級水泥為水泥類型，將其制備成多個水灰比水泥漿體來混合A液。A、B液的具體配合比如表1和表2所示。

2.2? ?泌水率和密度和稠度損失

混合A、B液后，在1L的容量筒中加入混合料并測出其質量，將測出的質量減去筒質量即可得出漿液密度。之后靜置容量筒2h，靜置完畢后用將漿液表面泌水用吸管吸出并測出質量，其和總水量的比值就代表泌水率。根據國家相關標準對0h、2h、4h、8h的稠度值進行測試，以此來對雙液漿的稠度損失進行評估。

2.3? ?抗剪切強度和無側限抗壓強度

在室內通過微型十字板剪切儀對雙液漿的抗剪切強度進行測試，測試時間分別為0h、2h、4h、8h。注意測試過程中，要把十字板插入漿液內部，插入深入是十字板高度的2倍。

十字板啟動后旋轉至外圈指針和內圈指針分離時，即為漿液的抗剪強度值。另外，根據土工試驗標準對雙液漿結石體的無側限抗壓強度進行測試，測試齡期分別為3d、7d、28d。

3? ?分析試驗結果

3.1? ?泌水率和密度

靜止狀態下漿液析出水的比率即為泌水率，其代表了漿液的穩定性。漿液在2h內泌水率不超過5%，即認為比較穩定，但在實際工程中通常不超過3%。雙液體漿泌水率和密度如圖1所示。

從圖1a中能夠得出，單組僅有A液時的泌水率（3.25%）不符合工程要求。當加入水泥漿體B液時，泌水率會因水泥漿液水灰比的減小而減小，且泌水率在水灰比處于0.33以下時達到工程標準。從圖1b中能夠得出，加入水玻璃B液能夠使漿液的泌水率明顯減小，并且增大水玻璃波美度會使漿液泌水率慢慢減小，泌水率在波美度超過12Be'后減小至2%以內。

密度指標能夠將漿液內部結構的緊密程度反映出來，會對漿液的注漿性能造成較大影響，通常情況下漿液的密度要超過1800kg/m3。從圖1a中能夠得出，漿液的密度在加入水泥漿體B液時有小幅度的增大。此現象是因為水泥漿體密度較高，整體提高了混合漿液的密度。漿液密度在加入水玻璃B液后呈現出大幅度減小的趨勢，減小幅度近2.5%。

3.2? ?稠度損失

稠度是表示漿液在外力作用或自重情況下流動能力的指標，7.5～7.8cm為初始漿液稠度的范圍。雙液體漿稠度變化規律如圖2所示。

從圖2a中能夠得出，雙液漿稠度降低速度隨著所加水泥漿體水灰比的減小而增大，在水灰比低于0.33時，雙漿液稠度在8h處在3cm以下。此現象是由于隨著水泥漿體水灰比的減小，雙漿液中水泥和所產生水化產物的占比不斷提高，阻礙了漿液的流動。

從圖2b中能夠得出，雙液漿稠度降低程度隨著所加B液水玻璃波美度的提高而提高，這種趨勢在前4h比較明顯，雙漿液稠度在8h時后的平均值約3cm。此現象是由于隨著水玻璃波美度的提高，有更多的Na2O·nSiO2加入到化學反應當中，加快了反應時間，減小了漿液的流動能力。

3.3? ?抗剪切強度和無側限抗壓強度

在盾構機脫出管片后，隧道在浮力作用下向上浮起，而漿液在此時并未完全硬化，只能通過漿液自身的抗剪能力和內部摩擦力來抑制隧道的上浮，所以確保新拌漿液有足夠的抗剪強度和內部摩擦力十分重要。

新拌漿液的抗剪強度越大，其抑制隧道上浮的能力也就越強，在實際工程里，把漿液在8h時抗剪強度大于800Pa作為標準。雙液體漿抗剪強度變化規律如圖3所示。

從圖3中能夠看出，各分組抗剪強度隨著時間的增長而增長，在8h后超達到了工程標準800Pa。當加入的水泥漿體B液水灰比減小時，漿液的8h和初始抗剪強度都有所增大。當加入的水玻璃B液波美度的增大，漿液抗剪強度也隨之增大，其中漿液8h強度增大較為明顯。通過對比能夠發現，水玻璃在增強雙液漿抗剪強度方面有更強的效果。

本工程要求土體在注漿后的無側限抗壓強度要大于800kPa，同時土體要具有較好的自立性和均勻性。雙液體漿無側限抗壓強度變化規律如圖4所示。

從圖4中能夠看出，28dA液漿的強度達不到工程要求，在加入水泥B液后，漿液抗壓強度得到提升，且提升幅度隨著水泥水灰比的減小而增大，液漿28d強度在水灰比處于0.5以下時高于0.8MPa。雙液漿28d強度在加入水玻璃B液后都處于0.8MPa之上，這也表明水玻璃在增強雙液漿無側限抗壓強度方面有更強的效果。

4? ?結束語

為了確定雙漿液的正確配比，使其各項性能達到工程標準，保證工程的順利進行，本文以北京16號線地鐵施工為背景，通過室內試驗對其各種配比的密度、強度等指標進行了對比分析，得出以下結論：

當加入水泥漿體B液時，雙液漿密度有所提高；泌水率會因所加水泥漿液水灰比的減小而減小，稠度降低速度和漿液8h抗剪強度與其相反，表現出隨之增大的趨勢；28dA液漿的強度達不到工程要求，在加入水泥B液后，漿液抗壓強度得到提升，且提升幅度隨著水泥水灰比的減小而增大。

當加入水玻璃B液時，雙液漿的泌水率和密度明顯減小，稠度和抗剪強度降低程度隨著所加水玻璃波美度的提高而提高，且水玻璃在增強雙液漿抗剪強度方面有更強的效果；雙液漿28d強度在加入水玻璃B液后都處于0.8MPa之上，這也表明水玻璃在增強雙液漿無側限抗壓強度方面有更強的效果。

假如B液選擇水泥漿體，其水灰比要在0.33以下才能使雙液漿各項指標達到工程標準；假如B液選擇水玻璃，其波美度要超過12Be'才能使雙液漿各項指標達到工程標準。

參考文獻

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[5] 劉永超，袁振宇，等.不同注漿材料對隧道漏水漏砂封堵效果試驗研究[J].巖土工程學報，2021，43（S2）：249-252.

[6] 王亞龍，王鴻凱，等.盾構法同步注漿新型雙液注漿材料性能研究[J].粉煤灰綜合利用，2021，35（5）：68-72.