隧道衬砌带模注浆浆体配合比设计

隧道衬砌带模注浆浆体配合比设计

摘要：为解决带模注浆后，由于浆体泌水、收缩后，注浆效果不理想的问题。本课题通过进行各种材料的选择和相关配合比的设计研究，最终确定最优的配合比，兼顾施工性和经济性。对推进注浆材料的发展具有重要的意义。

关键词：隧道注浆；拱顶带模注浆；配合比设计

0 引言

在铁路建设施工过程中，隧道二衬混凝土背后脱空是常见的质量通病，在以

往实际过程中，拱顶回填注浆采用预埋注浆管拆模后进行注浆处理，这种传统二

衬混凝土注浆的浆体与二衬混凝土结合较差，存在“两层皮”的现象，为有效减

少隧道二衬背后脱空现象，确保二衬混凝土密实，工程采用了带模注浆施工工艺，大大降低了拱顶脱空概率，为隧道验收及以后铁路运营提供了安全保障。【1】

为易于注浆，降低注浆压力，通常注入的是高水胶比的水泥浆，高水胶比的

水泥浆泌水严重，收缩大，强度低，又形成新的空洞，需要重新打孔再进行多次

注浆。这既增加了工作量，浪费时间，而且效果也不理想。【2】

本课题研究的目的是采用水泥、粉煤灰为胶凝材料，掺入细砂和外加剂，通

过改变原材料的种类和比例，设计出满足现场要求的注浆材料，使其符合《最新

京沈客运专线隧道衬砌拱顶带模注浆暂行技术要求》中注浆材料浆体性能要求，

见表1。

表1 微膨胀注浆料浆体性能要求【3】

1 试验材料与配合比设计方案

1.1 原材料

水泥：华新水泥(武穴）有限公司生产的P.O 42.5水泥；

粉煤灰：湖北华电西塞山发电有限公司Ⅱ级粉煤灰；

矿粉：九江中冶环保资源开发有限公司S 95级矿粉；

砂：蕲河采砂厂（0.075～0.3mm）河砂。消泡剂：德国巴斯夫 X01型；膨胀剂：广州协宝企业发展有限公司HL-UEA Ⅰ型；

减水剂：山西桑穆斯建材化工有限公司FND-2萘系高效减水剂。

1.2 配合比设计方案

试验采用不同的水泥、粉煤灰、矿粉与河砂质量比、外加剂掺量进行比对试验，试验配合比设计方案如表2所示。

表2 设计方案

1.3 配合比设计方案

试验时测定各个配合比拌和物的流动度。试件成型采用40mm×40mm×160mm 胶砂试模，进行标准养护，测定其1d、28d抗压强度。得到最佳配合比和外加剂的掺量，测试流动度保留性能；加入膨胀剂后，使用一次性塑料量筒，测试拌和物收缩性能。

2 试验结果的分析与讨论

2.1 减水剂的种类对浆体的凝结时间的影响，如表3所示。

表3减水剂的种类对浆体的凝结时间的影响

通过对聚羧酸高性能减水剂和萘系高效减水剂的测试，对比凝结时间，聚羧酸高性能减水剂24h未凝固，萘系高效减水剂6.5h凝固，该指标满足现场施工要求。

2.2 细纱的掺量对浆体的表观密度和均匀性的影响，如表4所示。

表4细纱的掺量对浆体的表观密度和均匀性的影响

通过掺入400～500kg/m³的砂用量，检测各种浆体的表观密度和流动度，观察脱模后试件上、中、下各断面砂子的含量。判断出随着砂用量的增大，表观密度更大，增大到一定时，随着砂用量的增大，浆体会出现不均匀现象。分析总结砂用量与表观密度的试验数据，得出最优的用量为455kg/m³。

2.3 掺合料对浆体均匀性的影响，如表5所示。

表5掺合料对浆体均匀性的影响

为了提高浆体的表观密度，通过加入矿粉，来改善浆体的均匀性。通过不同掺量矿粉的浆体的表观密度测试，得出掺入144kg/m³的矿粉，表观密度和均匀性均满足要求。在不加消泡剂时，因材料间的特殊反应，会生成较多气泡，导致拌和物在凝结时内部留下较多气孔，为此采用加入消泡剂（厂家推荐掺量0.025%）。随着矿粉和消泡剂的加入，不仅有效控制了拌合物硬化气孔的问题，也改善了拌和物的表观密度和流动性。

2.4 膨胀剂的种类和掺量对浆体膨胀性的影响，如表6所示。

表6膨胀剂的种类和掺量对浆体膨胀性的影响

通过对比Ⅰ型、Ⅱ型膨胀剂的试验对比，测试其流动度和24h自由膨胀率，发现Ⅱ型膨胀剂的浆体有明显分层、泌水现象，最后选择Ⅰ型膨胀剂。通过掺入9%～12%的膨胀剂的试验检测，测试各种浆体的24h自由膨胀率，分析得到11%的掺量为最佳，该指标满足相关规定。

2.5 注浆材料配合比的确定

通过对以上试验的分析，找到了一个比较理想的注浆材料配合比，

如表7所示。

表7 理论注浆配合比

试验结果与性能要求流动度的比较。出机流动度可达到385mm，满足

380mm～410mm要求，90min后流动度仍有340mm，满足不小于320mm的要求。1d

强度达到23.4MPa，满足强度≥18MPa。24h自由膨胀率大于0.2%。28d强度达到58.3MPa，满足强度≥50MPa。试验结果均满足相关要求。

2.6 注浆材料配合比的优化

对最后的注浆配合比分析，强度远大于相关规定要求。本着提质增效的思想，对此配合比再次进行优化。通过掺入部分粉煤灰，取代部分矿粉和水泥的方法，

在满足基本性能的前提下，节约成本。通过多次试验与分析比较得，最终的注浆

配合比表8所示。

表8 注浆配合比

该注浆配合比的基本性能为：出机流动度可达到390mm，满足380mm～410mm

要求，90min后流动度仍有335mm，满足≥320mm的要求。1d强度达到19.6MPa，

满足强度≥18MPa。24h自由膨胀率0.4%，满足大于0.2%。28d强度达到55.2MPa，满足强度≥50MPa。试验结果均满足相关要求。

2.7 注浆配比经济性分析

根据本地市场最新报价，相关材料价格如表9所示。

表9 原材料单价