水泥-水玻璃双液浆材料的性能研究

张崇峻

摘要：以北京16号线地铁施工为背景，将可硬化抗剪性浆液分别与水玻璃、水泥浆体混合形成双液浆，并通过室内试验对两类双液浆的密度、强度等指标进行了对比分析。研究结果表明：当加入水泥浆体B液时，双液浆密度所有提高，泌水率会因所加水泥浆液水灰比的减小而减小，稠度降低速度和浆液8h抗剪强度与其相反，表现出随之增大的趋势。在加入水泥B液后，浆液抗压强度得到提升，且提升幅度随着水泥水灰比的减小而增大。当加入水玻璃B液时，双液浆的泌水率和密度明显减小，稠度和抗剪强度降低程度随着所加水玻璃波美度的提高而提高，且水玻璃在增强双液浆抗剪强度方面有更强的效果。双液浆28d强度在加入水玻璃B液后都处于0.8MPa之上。假如B液选择水泥浆体，其水灰比要在0.33以下才能使双液浆各项指标达到工程标准。假如B液选择水玻璃，其波美度要超过12Be'才能使双液浆各项指标达到工程标准。

关键词：可硬化抗剪性浆液；水玻璃；双液浆；浆液抗压强；抗剪强度

0   引言

在地铁的施工过程中，不可避免会用到注浆工艺，当前传统注浆材料大致有两类，分别为主要为可硬性浆与单液惰性浆。由于后者无法硬化，不能对附近环境和隧道的稳定起到良好的保护作用，已逐渐淘汰；前者是在后者的基础上加入胶凝材料，虽有一定的强度，但应用场景限制较多，也逐渐淘汰[1-2]。

如今在国内过地铁工程中，主流注浆技术为双液型液浆技术，通常由A液和B液两种液体组成，前者一般是抗剪型液浆，后者通常是功能组分[3-4]。这种双液浆流动性较好，早期强度较高，是较为理想的注浆材料。王亚龙[5]等配制了一种新型双液注浆材料，并对其强度、流动性等指标进行了试验，表明该材料能够很好的满足工程需要。刘永超[6]等对比分析了在隧道漏砂漏水封堵过程中不同注浆材料的封堵效果，发现双液浆效果优异。

基于此，为了确定北京16号线地铁施工中所用浆液配比，使其各项性能达到工程标准，保证工程的顺利进行，通过室内试验对其各种配比的密度、强度等指标进行对比分析，为相关工程提供了指导和借鉴。

1   工程概况

北京16号线地铁看丹站至榆树庄站区间，起于规划丰西二号路与规划康辛路十字交口处的看丹站站西端。地铁施工开挖前，提前进行深孔注浆，开挖过程中严格控制开挖步距0.5m，及时进行初支背后注浆，控制地层沉降。

在下穿范围对区间结构拱顶采用深孔注浆加固，注浆浆液选择水泥-水玻璃双液浆。土体在注浆后的无侧限抗压强度要大于800kPa，同时土体要具有较好的自立性和均匀性。在开始大范围注浆时之前，必须开展注浆试验，对浆液的配合比进行确定，必要时可对、注浆压力、注浆孔距离等参数进行适当调整。

2   试验方式

2.1   双浆液材料选择及配比设计

室内双液浆试验的A液属于抗剪型可硬化液浆，其组成主要包括水、熟石灰、膨润土、粉煤灰。各组成中膨润土类型为复合钠基膨润土；河砂含水率为4.3%，细度模数为2.55；粉煤灰类型为F类Ⅱ级灰，并添加聚羧酸型高效减水剂来对流动度进行调整。A液的具体配合比如表1所示。

水玻璃和水泥为B液的主要成分，其中水玻璃类型为工业级，其模数为2.2～2.5，将其以不同波美度来混合A液；水泥类型为P.C32.5级水泥为水泥类型，将其制备成多个水灰比水泥浆体来混合A液。A、B液的具体配合比如表1和表2所示。

2.2   泌水率和密度和稠度损失

混合A、B液后，在1L的容量筒中加入混合料并测出其质量，将测出的质量减去筒质量即可得出浆液密度。之后静置容量筒2h，静置完毕后用将浆液表面泌水用吸管吸出并测出质量，其和总水量的比值就代表泌水率。根据国家相关标准对0h、2h、4h、8h的稠度值进行测试，以此来对双液浆的稠度损失进行评估。

2.3   抗剪切强度和无侧限抗压强度

在室内通过微型十字板剪切仪对双液浆的抗剪切强度进行测试，测试时间分别为0h、2h、4h、8h。注意测试过程中，要把十字板插入浆液内部，插入深入是十字板高度的2倍。

十字板启动后旋转至外圈指针和内圈指针分离时，即为浆液的抗剪强度值。另外，根据土工试验标准对双液浆结石体的无侧限抗压强度进行测试，测试龄期分别为3d、7d、28d。

3   分析试验结果

3.1   泌水率和密度

静止状态下浆液析出水的比率即为泌水率，其代表了浆液的稳定性。浆液在2h内泌水率不超过5%，即认为比较稳定，但在实际工程中通常不超过3%。双液体浆泌水率和密度如图1所示。

從图1a中能够得出，单组仅有A液时的泌水率（3.25%）不符合工程要求。当加入水泥浆体B液时，泌水率会因水泥浆液水灰比的减小而减小，且泌水率在水灰比处于0.33以下时达到工程标准。从图1b中能够得出，加入水玻璃B液能够使浆液的泌水率明显减小，并且增大水玻璃波美度会使浆液泌水率慢慢减小，泌水率在波美度超过12Be'后减小至2%以内。

密度指标能够将浆液内部结构的紧密程度反映出来，会对浆液的注浆性能造成较大影响，通常情况下浆液的密度要超过1800kg/m3。从图1a中能够得出，浆液的密度在加入水泥浆体B液时有小幅度的增大。此现象是因为水泥浆体密度较高，整体提高了混合浆液的密度。浆液密度在加入水玻璃B液后呈现出大幅度减小的趋势，减小幅度近2.5%。

3.2   稠度损失

稠度是表示浆液在外力作用或自重情况下流动能力的指标，7.5～7.8cm为初始浆液稠度的范围。双液体浆稠度变化规律如图2所示。

从图2a中能够得出，双液浆稠度降低速度随着所加水泥浆体水灰比的减小而增大，在水灰比低于0.33时，双浆液稠度在8h处在3cm以下。此现象是由于随着水泥浆体水灰比的减小，双浆液中水泥和所产生水化产物的占比不断提高，阻碍了浆液的流动。

从图2b中能够得出，双液浆稠度降低程度随着所加B液水玻璃波美度的提高而提高，这种趋势在前4h比较明显，双浆液稠度在8h时后的平均值约3cm。此现象是由于随着水玻璃波美度的提高，有更多的Na2O·nSiO2加入到化学反应当中，加快了反应时间，减小了浆液的流动能力。

3.3   抗剪切强度和无侧限抗压强度

在盾构机脱出管片后，隧道在浮力作用下向上浮起，而浆液在此时并未完全硬化，只能通过浆液自身的抗剪能力和内部摩擦力来抑制隧道的上浮，所以确保新拌浆液有足够的抗剪强度和内部摩擦力十分重要。

新拌浆液的抗剪强度越大，其抑制隧道上浮的能力也就越强，在实际工程里，把浆液在8h时抗剪强度大于800Pa作为标准。双液体浆抗剪强度变化规律如图3所示。

从图3中能够看出，各分组抗剪强度随着时间的增长而增长，在8h后超达到了工程标准800Pa。当加入的水泥浆体B液水灰比减小时，浆液的8h和初始抗剪强度都有所增大。当加入的水玻璃B液波美度的增大，浆液抗剪强度也随之增大，其中浆液8h强度增大较为明显。通过对比能够发现，水玻璃在增强双液浆抗剪强度方面有更强的效果。

本工程要求土体在注浆后的无侧限抗压强度要大于800kPa，同时土体要具有较好的自立性和均匀性。双液体浆无侧限抗压强度变化规律如图4所示。

从图4中能够看出，28dA液浆的强度达不到工程要求，在加入水泥B液后，浆液抗压强度得到提升，且提升幅度随着水泥水灰比的减小而增大，液浆28d强度在水灰比处于0.5以下时高于0.8MPa。双液浆28d强度在加入水玻璃B液后都处于0.8MPa之上，这也表明水玻璃在增强双液浆无侧限抗压强度方面有更强的效果。

4   结束语

为了确定双浆液的正确配比，使其各项性能达到工程标准，保证工程的顺利进行，本文以北京16号线地铁施工为背景，通过室内试验对其各种配比的密度、强度等指标进行了对比分析，得出以下结论：

当加入水泥浆体B液时，双液浆密度有所提高；泌水率会因所加水泥浆液水灰比的减小而减小，稠度降低速度和浆液8h抗剪强度与其相反，表现出随之增大的趋势；28dA液浆的强度达不到工程要求，在加入水泥B液后，浆液抗压强度得到提升，且提升幅度随着水泥水灰比的减小而增大。

当加入水玻璃B液时，双液浆的泌水率和密度明显减小，稠度和抗剪强度降低程度随着所加水玻璃波美度的提高而提高，且水玻璃在增強双液浆抗剪强度方面有更强的效果；双液浆28d强度在加入水玻璃B液后都处于0.8MPa之上，这也表明水玻璃在增强双液浆无侧限抗压强度方面有更强的效果。

假如B液选择水泥浆体，其水灰比要在0.33以下才能使双液浆各项指标达到工程标准；假如B液选择水玻璃，其波美度要超过12Be'才能使双液浆各项指标达到工程标准。

参考文献

[1] 马金池.管片双液注浆材料及配合比研究[J].铁道勘察，2019，45（1）：72-76.

[2] 王成，王国义.盾构隧道同步注浆新型双液注浆材料的研究与应用[J].隧道建设，2017，37（4）：416-420.

[3] 蔡乾广，贺磊.双液微扰动注浆在治理盾构错缝管片收敛中的应用[J].城市勘测，2019（1）：193-195.

[4] 王燕峰，刘松辉，等.超细碳酸钙对硫铝酸盐水泥基双液注浆材料性能的影响[J].硅酸盐通报，2021，40（2）：368-376.

[5] 刘永超，袁振宇，等.不同注浆材料对隧道漏水漏砂封堵效果试验研究[J].岩土工程学报，2021，43（S2）：249-252.

[6] 王亚龙，王鸿凯，等.盾构法同步注浆新型双液注浆材料性能研究[J].粉煤灰综合利用，2021，35（5）：68-72.