CN112279614A - 一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液，包括：水泥浆、水玻璃及由所述水泥浆与所述水玻璃配制而成的双浆液；所述水泥浆包括水泥、膨润土及水，所述水泥浆成分比例为：水泥450；膨润土75；水785；所述水玻璃模数范围为2.8～3.5，所述水泥浆与所述水玻璃的体积比的取值区间为0.1～0.2。根据本发明，从粘度、凝结时间、抗压强度、渗透性等方面，进行系统试验、比选和优化，研发适用于砂性富水地层的同步注浆浆液。
Description
技术领域
本发明涉及软土地层盾构隧道工程的技术领域，特别涉及一种适用于砂 性富水地层的同步注浆浆液。
背景技术
软土地层盾构施工中，盾尾脱出后管环与土体之间会留下一定宽度的环 状空隙，需进行同步注浆以达到防控地层变形、提高隧道抗渗性、保证管片 衬砌早期稳定性、降低隧道椭圆度等目的。
软土地层随道盾构施工同步注浆代表性的浆液类型有水泥-水玻璃双液 浆(简称C-S双液浆)和甲基丙烯酸-水玻璃双液浆(简称M-S双液浆)。尤 以C-S双液浆应用最为广泛。但对于砂性强渗透富水地层盾构同步注浆而言， 两类浆液的配制参数还存在许多不足。
含水的砂性地层的同步注浆浆液主要满足下列指标：
①凝结时间：一般为3～10小时。
②固结体强度：一天不小于0.15MPa。
③浆液的流动性：塑性粘度＜45cp。
④浆液的稳定性：搅拌后静置12小时不离析，具备一定的切力，尤其 是静切力。
⑤固结体的收缩率：＜5％。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种适用于砂性富 水地层的同步注浆浆液，从粘度、凝结时间、抗压强度、渗透性等方面，进 行系统试验、比选和优化适用于砂性富水地层的同步注浆浆液。为了实现根 据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种适用于砂性富水地层的同步注 浆浆液，包括：
水泥浆、水玻璃及由所述水泥浆与所述水玻璃配制而成的双浆液；
所述水泥浆包括水泥、膨润土及水，所述水泥浆成分比例为：
水泥450；
膨润土75；
水785；
所述水玻璃模数范围为2.8～3.5，所述水泥浆与所述水玻璃的体积比的取 值区间为0.1～0.2。
优选的，适用于砂性富水地层的同步注浆浆液还包括以下步骤：
S1、将水泥、膨润土及水按照水泥450、水泥450及水785比例进行搅 拌均匀配制水泥浆；
S2、再根据确定配合比按规范配制的水泥浆与水玻璃溶液进行混合，按 实验方案配制所需的双浆液；
S3、最后进行参数测定。
优选的，所述步骤S3包括以下步骤：
S31、测定双浆液的粘度、静切力、终切力及动切力；
S32、取出一定量的双浆液测定其凝结时间，包括测定其初凝时间与终凝 时间；
S33、最后取出一部分双浆液制作双浆液实验块，检测其早期强度。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：通过按水泥:膨润土:水 ＝450:75:785配制水泥浆，再按水泥+水玻璃配制双液浆，从粘度、凝结时间、 抗压强度、渗透性等方面提高浆液的技术性能，从而满足砂性强渗透富水地 层盾构同步注浆技术要求，调整水玻璃模数可达到相应调整C-S双液浆塑性 粘度，还可调整水玻璃模数可达到相应调整C-S双液浆塑性粘度。
附图说明
图1为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的浆液配 制技术流程图；
图2为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的实施方 案流程框图；
图3为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的普通硅 酸盐水泥C-S双液浆塑性粘度随水玻璃体积比的变化图；
图4为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的325复 合矿渣水泥C-S双液浆稠度系数随水玻璃体积比的变化图；
图5为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的425普 通硅酸盐水泥C-S双液浆动切力随水玻璃体积比的变化图；
图6为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的425普 通硅酸盐水泥C-S双液浆初切力随水玻璃体积比的变化图；
图7为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的425普 通硅酸盐水泥C-S双液浆终切力随水玻璃体积比的变化图；
图8为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的425水 泥C-S双液浆初凝时间随水玻璃体积比的变化图
图9为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的425水 泥C-S双液浆终凝时间随水玻璃体积比的变化图
图10为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的325 复合水泥C-S双液浆初凝时间随水玻璃体积比的变化图
图11为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的325 复合水泥C-S双液浆终凝时间随水玻璃体积比的变化图
图12为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的425 硅酸盐水泥以及325复合水泥中2.85和3.5的三种模样的破坏后的试样图
图13为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液的不同 水泥与不同水玻璃情况下强度均值变化图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-图13，一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液，包括：
水泥浆、水玻璃及由所述水泥浆与所述水玻璃配制而成的双浆液；
所述水泥浆包括水泥、膨润土及水，所述水泥浆成分比例为：
水泥450；
膨润土75；
水785；
所述水玻璃模数范围为2.8～3.5，所述水泥浆与所述水玻璃的体积比的取 值区间为0.1～0.2。
进一步的，还包括以下步骤：
S1、将水泥、膨润土及水按照水泥450、水泥450及水785比例进行搅 拌均匀配制水泥浆；
S2、再根据确定配合比按规范配制的水泥浆与水玻璃溶液进行混合，按 实验方案配制所需的双浆液；
S3、最后进行参数测定。
进一步的，所述步骤S3包括以下步骤：
S31、测定双浆液的粘度、静切力、终切力及动切力；
S32、取出一定量的双浆液测定其凝结时间，包括测定其初凝时间与终凝 时间；
S33、最后取出一部分双浆液制作双浆液实验块，检测其早期强度。
首先，在充分调研基础上，比选确定水泥-水玻璃双液浆为同步注浆的基 本浆液类型。从粘度、凝结时间、抗压强度、渗透性等方面，进行系统试验 比选和优化，研发适用于砂性富水地层的同步注浆浆液。
参照图3-图4，一实施例，对浆液粘度特性的比较分析，对应于不同水 玻璃模数和体积比条件下，PC425普通硅酸盐水泥C-S双液浆与325复合矿 渣水泥C-S双液浆稠度系数变化规律，图3显示：i)水玻璃模数对浆液塑性 粘度影响显著，随模数增加，浆液塑性粘度大幅增加；ii)水玻璃掺入量增大， 浆液塑性粘度显著增大。
由图4可知，3.5和2.85模数的325复合矿渣硅酸盐水泥C-S双液浆的 粘度(以稠度系数来表示)随着水玻璃的体积比的增长而迅速增长，当水玻 璃的体积比在0.08～0.15时变化幅度非常大，当超过0.15时就不再增大。然 而2.3这样的低模数的325复合矿渣硅酸盐水泥C-S双液浆的粘度一直随着 水玻璃的体积比的增加而逐渐减小。
参照图5-图7，其是PC425普通硅酸盐水泥C-S双液浆的动切力、静切 力及终切力的图，对于425普通硅酸盐水泥C-S双液浆进行粘度测试，所述 粘度测试包含塑性粘度和粘聚力的测试，粘聚力测试含动切力、静切力测试。 动切力和静切力较高，则其对浆液中的固相颗粒的悬浮作用相对较好；反之， 静切力太低，易造成固相颗粒沉淀，不利于泥浆的悬渣效果。
众所周知，在一定范围内增加浆液的粘度和粘聚力，可以提高浆液的抗 冲刷能力。
可见，调整水玻璃模数或水玻璃的掺入量均可达到相应调整C-S双液浆 塑性粘度的目的。工程中可根据实际需要，结合模数及掺入量对浆液其它物 理力学性能的影响，综合选用合理的配制参数，以取得相对优化的技术经济 效益。
参照图8-图11，两种C-S双液浆的初凝和终凝时间，图8和图9结果显 示，425普通硅酸盐水泥C-S双浆液的初凝和终凝时间随水玻璃体积比的增 长而迅速减小。3.5模数的水玻璃双浆液的初凝、终凝时间比同体积比的2.85 和2.3模数的初凝时间和终凝时间要小很多。水玻璃掺入体积比大于0.1时， 浆液的初凝和终凝时间逐渐趋于稳定，提高掺入量对改变浆液凝固时间意义 不大。
由图10、图11可知，325复合矿渣硅酸盐水泥C-S双液浆的初终凝时间 随着水玻璃的体积比的变化趋势如下：首先是初终凝时间随着水玻璃的体积 比的增大而减小，当体积比超过0.12之后又迅速增大。即水玻璃掺入量大于 1.2时，如继续加大掺入量，反而急剧增大浆液的凝固时间，从而对同步注浆 效果产生不利影响。
注浆过程中，当希望浆液渗透或扩散半径(或距离)较远时，要求浆液 的凝结时间或凝胶时间要足够长。对砂性强渗透地层且有地下水运动时，防 止浆液过分稀释或被冲走，要求浆液在注入过程中速凝，即缩短初凝时间。 PC425普通硅酸盐水泥C-S双液浆在凝固时间及其性能可控方面明显优于 325复合矿渣硅酸盐水泥C-S双液浆。
参照图12-13，一试验对425硅酸盐水泥以及325复合水泥中2.85和3.5 两种模数体积比分别为0.05、0.08、0.15和0.2的C-S双液浆的早期初凝强度 进行了测试，每种配比做了三个试样取平均值，以减小误差。其中，水玻璃 模数3.5、配比0.2的试样，由于初凝时间在8天以上并且强度非常小，在试 验时略去，从图13可以看出，对425普通硅酸盐水泥类试样：相同水玻璃体 积比时，水玻璃模数高的试样初凝强度更大；相同水玻璃模数时，水玻璃体 积比越高，试样终凝强度越大；水玻璃为3.5模数的试样强度随着体积比的 提高而迅速增加，其增长速度较2.85模数的试样要快得多。而对325复合矿 渣水泥类试样：水玻璃体积比在大于0.08某处存在一个强度的峰值，随水玻 璃体积比左右变化而减小；在水玻璃配比0.07和0.15附近，两种不同模数的 水玻璃试样强度相等，在水玻璃配比小于0.07和大于0.15时，2.85模数的试 样强度较大，在水玻璃配比介于0.07和0.15之间时，3.5模数的试样强度较 大。相同水玻璃配比和水玻璃模数的条件下，425水泥试样强度整体大于325 水泥试样。随水玻璃配比的增大，325复合矿渣水泥的试样强度在过峰值后 的下降很多。
综合上述各项技术性能试验研究结果，本专利PC425普通硅酸盐水泥C-S 双液浆在粘度、凝结时间、抗压强度、渗透性等方面具有明显优势。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明 的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式 中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域 的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围 所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (3)
1.一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液，其特征在于，包括：
水泥浆、水玻璃及由所述水泥浆与所述水玻璃配制而成的双浆液；
所述水泥浆包括水泥、膨润土及水，所述水泥浆成分比例为：
水泥450；
膨润土75；
水785；
所述水玻璃模数范围为2.8～3.5，所述水泥浆与所述水玻璃的体积比的取值区间为0.1～0.2。
2.如权利要求1所述的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液，其特征在于，还包括以下步骤：
S1、将水泥、膨润土及水按照水泥450、水泥450及水785比例进行搅拌均匀配制水泥浆；
S2、再根据确定配合比按规范配制的水泥浆与水玻璃溶液进行混合，按实验方案配制所需的双浆液；
S3、最后进行参数测定。
3.如权利要求2所述的一种适用于砂性富水地层的同步注浆浆液，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：
S31、测定双浆液的粘度、静切力、终切力及动切力；
S32、取出一定量的双浆液测定其凝结时间，包括测定其初凝时间与终凝时间；
S33、最后取出一部分双浆液制作双浆液实验块，检测其早期强度。
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