深圳市東江水源工程隧洞加固回填灌漿材料性能分析

張 超，張 碩

(深圳市水務(wù)工程檢測(cè)有限公司，廣東 深圳 518000)

1 概 述

混凝土材料性能對(duì)工程建設(shè)影響較大，材料配比是影響混凝土性能的關(guān)鍵因素。不同條件、不同的施工內(nèi)容對(duì)漿液性能要求也不盡相同。因此，結(jié)合工程實(shí)際情況，通過(guò)試驗(yàn)選取適宜的材料配比是十分必要的[1-4]。結(jié)合東江水源工程隧洞加固工程所需的漿液性能，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果獲取漿液性能數(shù)據(jù)，為現(xiàn)場(chǎng)施工提供參考。

2 工程概況

1996年11月30日，東江水源工程一期工程建設(shè)啟動(dòng)，并于2001年底正式通水，設(shè)計(jì)供水量為3.5×108m3/a。2006年8月5日，二期工程開(kāi)工，于2010年11月26日建成通水，新增供水量3.7×108m3/a。工程?hào)|起惠州，西至深圳市寶安區(qū)，干線全長(zhǎng)106 km。

3 試驗(yàn)?zāi)康募安牧吓浔?/h2>

深圳市東江水源工程隧洞加固項(xiàng)目因工程需要進(jìn)行回填灌漿工作，部分回填灌漿部位空腔較大、灌漿中容易漏漿，水泥漿流動(dòng)性強(qiáng)、在空腔中漏失前不能固結(jié)，不能有效填滿空腔等，因此急需對(duì)灌漿材料及配合比進(jìn)行試配研究，進(jìn)而選擇最為適合的灌漿材料及配合比。

水泥砂漿高漿配比如下:水∶水泥∶砂∶膨潤(rùn)土=4∶1∶2∶0.05(A-1)/4∶1∶2∶0.1(A-2)/4∶1∶2∶0.15(A-3)/3∶1∶2∶0.05(B-1)/3∶1∶2∶0.1(B-2)/3∶1∶2∶0.15(B-3)/2∶1∶2∶0.05(C-1)/2∶1∶2∶0.1(C-2)/2∶1∶2∶0.15(C-3)/1∶1∶2∶0.05(D-1)/1∶1∶2∶0.1(D-2)/1∶1∶2∶0.15(D-3)/0.5∶1∶2∶0.05(E-1)/0.5∶1∶2∶0.1(E-2)/0.5∶1∶2∶0.15(E-3)/2∶1∶1∶0.05(F-1)/2∶1∶1∶0.1(F-2)/2∶1∶1∶0.15(F-3)/1∶1∶1∶0.05(G-1)/1∶1∶1∶0.1(G-2)/1∶1∶1∶0.15(G-3)/0.5∶1∶1∶0.05(H-1)/0.5∶1∶2∶0.1(H-2)/0.5∶1∶1∶0.15(H-3)/2∶1∶0.5∶0.05(I-1)/2∶1∶0.5∶0.1(I-2)/2∶1∶0.5∶0.15(I-3)/1∶1∶0.5∶0.05(J-1)/1∶1∶0.5∶0.1(J-2)/1∶1∶0.5∶0.15(J-3)/0.5∶1∶0.5∶0.05(K-1)/0.5∶1∶0.5∶0.1(K-2)/0.5∶1∶0.5∶0.15(K-3)。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 基本性能分析

1)凝結(jié)時(shí)間變化漿液凝結(jié)時(shí)間主要受水灰比以及膨潤(rùn)土摻量的影響。根據(jù)各比例水泥漿、水泥砂漿與摻合不同比例的膨潤(rùn)土的水泥漿凝結(jié)時(shí)間，可以得出以下結(jié)論：

①比例為4∶1∶0.05的水泥漿凝結(jié)時(shí)間最長(zhǎng)，比例為0.5∶1∶0.15的水泥漿凝結(jié)時(shí)間最短，且隨著膨潤(rùn)土摻量增加，凝結(jié)時(shí)間也縮短。所以，膨潤(rùn)土摻量相同時(shí)，水灰比越大，凝結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)；水灰比越小，凝結(jié)時(shí)間越短。水灰比相同時(shí)，膨潤(rùn)土摻量增加，凝結(jié)時(shí)間縮短。

②水泥砂漿砂率相同時(shí)，水灰比增大，凝結(jié)時(shí)間也隨之增加。水灰比相同時(shí)，砂率增大，凝結(jié)時(shí)間縮短。

2)流動(dòng)性試驗(yàn)結(jié)果分析。水泥漿采用流動(dòng)度表示其流動(dòng)性，水泥砂漿采用流動(dòng)度和稠度表示其流動(dòng)性，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對(duì)，可以得出：

①水泥漿水灰比1∶1、2∶1、3∶1、4∶1(膨潤(rùn)土摻量5%、10%、15%)的流動(dòng)度較大，通過(guò)流動(dòng)度測(cè)定儀測(cè)出其流動(dòng)度均在8～12 s之間(水的流動(dòng)度為8.0±0.2 s)，與水相差不多，流動(dòng)性較大，建議舍去。

②水泥漿水灰比0.5∶1(膨潤(rùn)土摻量5%、10%、15%)的流動(dòng)性明顯降低，而摻量為10%及15%的漿液流動(dòng)性太差，基本不流動(dòng)，不建議選用。膨潤(rùn)土摻量為5%的狀態(tài)與委托要求的“漿液需要有一定的流動(dòng)性，但流動(dòng)性不能太大，能夠有效填滿空腔的同時(shí)，流失較小，漿液流動(dòng)性類似于牙膏狀”基本吻合，此比例流動(dòng)性符合要求。

③水泥砂漿水∶水泥∶砂為4∶1∶2、3∶1∶2、2∶1∶2、2∶1∶1、1∶1∶1、2∶1∶0.5、1∶1∶0.5(膨潤(rùn)土摻量5%、10%、15%)的流動(dòng)性通過(guò)流動(dòng)度測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定，其流動(dòng)度均在300 mm以上，已超過(guò)儀器最大測(cè)定范圍。通過(guò)水泥砂漿稠度測(cè)定儀測(cè)定，其稠度均在145 mm以上，流動(dòng)性較大。因此，這21組比例建議舍去。水∶水泥∶砂為0.5∶1∶1、0.5∶1∶0.5、1∶1∶2(膨潤(rùn)土摻量5%、10%、15%)，此比例流動(dòng)性符合要求。

④水泥砂漿水∶水泥∶砂為0.5∶1∶2(膨潤(rùn)土摻量5%、10%、15%)通過(guò)砂漿攪拌機(jī)制漿后，其流動(dòng)性較差，建議舍去。

3)保水性、泌水性試驗(yàn)結(jié)果分析。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對(duì)，水泥漿液的泌水率隨著水灰比的增大而增大。當(dāng)水灰比大于0.5∶1時(shí)，泌水率明顯上升；當(dāng)水灰比大于1∶1時(shí)，泌水率均在10%以上；當(dāng)水灰比到4∶1時(shí)，泌水率已在50%以上。因此，從泌水率性能考慮可以發(fā)現(xiàn)，隨著膨潤(rùn)土摻量增加，泌水率顯著降低，建議水灰比4∶1、3∶1、2∶1的配比比例舍去，選用水灰比1∶1或0.5∶1的配比比例。而水泥漿、水泥砂漿保水性，在水灰比大于0.5∶1的配比比例拌和物中普遍因其泌水率較大，保水性能較差。在0.5∶1的配比比例中可以發(fā)現(xiàn)，隨著膨潤(rùn)土摻量增加，砂漿保水性顯著提高。

4.2 抗壓強(qiáng)度分析

通過(guò)對(duì)表1抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對(duì)，可得：

表1 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

1)水泥漿水∶水泥∶膨潤(rùn)土=4∶1∶0.05、4∶1∶0.10、4∶1∶0.15、3∶1∶0.05、3∶1∶0.10、3∶1∶0.15、2∶1∶0.05、2∶1∶0.10、2∶1∶0.15、1∶1∶0.05、1∶1∶0.10、1∶1∶0.15這些比例的預(yù)測(cè)28 d強(qiáng)度值低于原結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度，不符合設(shè)計(jì)要求，建議舍去。

2)水泥漿水∶水泥∶膨潤(rùn)土=0.5∶1∶0.05、0.5∶1∶0.10、0.5∶1∶0.15這些比例的28 d強(qiáng)度值高于原結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度，可以選用。

3)水泥漿水灰比相同時(shí)，膨潤(rùn)土摻量增加，水泥漿強(qiáng)度略有降低；膨潤(rùn)土摻量相同時(shí)，水灰比增大，水泥漿強(qiáng)度降低。

4)水泥砂漿水∶水泥∶砂∶膨潤(rùn)土=4∶1∶2∶0.05、4∶1∶2∶0.10、4∶1∶2∶0.15、3∶1∶2∶0.05、3∶1∶2∶0.10、3∶1∶2∶0.15、2∶1∶2∶0.05、2∶1∶2∶0.10、2∶1∶2∶0.15、1∶1∶2∶0.05、1∶1∶2∶0.10、1∶1∶2∶0.15、2∶1∶1∶0.05、2∶1∶1∶0.10、2∶1∶1∶0.15、1∶1∶1∶0.05、1∶1∶1∶0.10、1∶1∶1∶0.15、2∶1∶0.5∶0.05、2∶1∶0.5∶0.10、2∶1∶0.5∶0.15、1∶1∶0.5∶0.05、1∶1∶0.5∶0.10、1∶1∶0.5∶0.15的比例28 d抗壓強(qiáng)度值預(yù)測(cè)值低于原結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度，不滿足設(shè)計(jì)要求，建議舍去。

5)水泥砂漿水∶水泥∶砂∶膨潤(rùn)土=0.5∶1∶2∶0.05、0.5∶1∶2∶0.10、0.5∶1∶2∶0.15、0.5∶1∶1∶0.05、0.5∶1∶1∶0.10、0.5∶1∶1∶0.15、0.5∶1∶0.5∶0.05、0.5∶1∶0.5∶0.10、0.5∶1∶0.5∶0.15的比例28 d抗壓強(qiáng)度值預(yù)測(cè)值高于原結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度，可以選用。

6)通過(guò)對(duì)水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度值對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在砂子比例和膨潤(rùn)土比例相同時(shí)，水灰比增大，水泥砂漿強(qiáng)度降低；水灰比相同時(shí)，砂率越大，強(qiáng)度越高；水灰比、砂率固定時(shí)，膨潤(rùn)土5%～15%的摻入比對(duì)水泥砂漿強(qiáng)度的影響不太顯著。

4.3 抗?jié)B性能、收縮性能試驗(yàn)分析

1)經(jīng)試驗(yàn)，16組水泥砂漿抗?jié)B試樣在水壓力0.6 MPa下均未出現(xiàn)滲水情況。

2)對(duì)收縮試驗(yàn)結(jié)果(表2)進(jìn)行分析可得，隨著水灰比增大，水泥砂漿試樣自然干燥收縮率隨之增大。

表2 收縮性能試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié) 論

為了保證東江水源工程隧洞加固工程施工質(zhì)量，改善隧洞空腔大、漿液固結(jié)困難的現(xiàn)狀，通過(guò)進(jìn)行室內(nèi)材料配比試驗(yàn)，分析不同配比情況下漿液的性能。結(jié)果表明，高水灰比灌漿材料制成的水泥砂漿強(qiáng)度較低，無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。采用適宜的低水灰比的灌漿材料可滿足工程強(qiáng)度需求，同時(shí)防滲性能、收縮性能、流動(dòng)性亦可滿足要求。建議結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行灌漿實(shí)驗(yàn)，以確定最終的灌漿加固漿液配合比。