深圳市东江水源工程隧洞加固回填灌浆材料性能分析

张 超，张 硕

(深圳市水务工程检测有限公司，广东 深圳 518000)

1 概 述

混凝土材料性能对工程建设影响较大，材料配比是影响混凝土性能的关键因素。不同条件、不同的施工内容对浆液性能要求也不尽相同。因此，结合工程实际情况，通过试验选取适宜的材料配比是十分必要的[1-4]。结合东江水源工程隧洞加固工程所需的浆液性能，根据室内试验结果获取浆液性能数据，为现场施工提供参考。

2 工程概况

1996年11月30日，东江水源工程一期工程建设启动，并于2001年底正式通水，设计供水量为3.5×108m3/a。2006年8月5日，二期工程开工，于2010年11月26日建成通水，新增供水量3.7×108m3/a。工程东起惠州，西至深圳市宝安区，干线全长106 km。

3 试验目的及材料配比

深圳市东江水源工程隧洞加固项目因工程需要进行回填灌浆工作，部分回填灌浆部位空腔较大、灌浆中容易漏浆，水泥浆流动性强、在空腔中漏失前不能固结，不能有效填满空腔等，因此急需对灌浆材料及配合比进行试配研究，进而选择最为适合的灌浆材料及配合比。

水泥砂浆高浆配比如下:水∶水泥∶砂∶膨润土=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 试验结果分析

4.1 基本性能分析

1)凝结时间变化浆液凝结时间主要受水灰比以及膨润土掺量的影响。根据各比例水泥浆、水泥砂浆与掺合不同比例的膨润土的水泥浆凝结时间，可以得出以下结论：

①比例为4∶1∶0.05的水泥浆凝结时间最长，比例为0.5∶1∶0.15的水泥浆凝结时间最短，且随着膨润土掺量增加，凝结时间也缩短。所以，膨润土掺量相同时，水灰比越大，凝结时间越长；水灰比越小，凝结时间越短。水灰比相同时，膨润土掺量增加，凝结时间缩短。

②水泥砂浆砂率相同时，水灰比增大，凝结时间也随之增加。水灰比相同时，砂率增大，凝结时间缩短。

2)流动性试验结果分析。水泥浆采用流动度表示其流动性，水泥砂浆采用流动度和稠度表示其流动性，通过对试验数据进行分析比对，可以得出：

①水泥浆水灰比1∶1、2∶1、3∶1、4∶1(膨润土掺量5%、10%、15%)的流动度较大，通过流动度测定仪测出其流动度均在8～12 s之间(水的流动度为8.0±0.2 s)，与水相差不多，流动性较大，建议舍去。

②水泥浆水灰比0.5∶1(膨润土掺量5%、10%、15%)的流动性明显降低，而掺量为10%及15%的浆液流动性太差，基本不流动，不建议选用。膨润土掺量为5%的状态与委托要求的“浆液需要有一定的流动性，但流动性不能太大，能够有效填满空腔的同时，流失较小，浆液流动性类似于牙膏状”基本吻合，此比例流动性符合要求。

③水泥砂浆水∶水泥∶砂为4∶1∶2、3∶1∶2、2∶1∶2、2∶1∶1、1∶1∶1、2∶1∶0.5、1∶1∶0.5(膨润土掺量5%、10%、15%)的流动性通过流动度测定仪进行测定，其流动度均在300 mm以上，已超过仪器最大测定范围。通过水泥砂浆稠度测定仪测定，其稠度均在145 mm以上，流动性较大。因此，这21组比例建议舍去。水∶水泥∶砂为0.5∶1∶1、0.5∶1∶0.5、1∶1∶2(膨润土掺量5%、10%、15%)，此比例流动性符合要求。

④水泥砂浆水∶水泥∶砂为0.5∶1∶2(膨润土掺量5%、10%、15%)通过砂浆搅拌机制浆后，其流动性较差，建议舍去。

3)保水性、泌水性试验结果分析。通过对试验数据进行分析比对，水泥浆液的泌水率随着水灰比的增大而增大。当水灰比大于0.5∶1时，泌水率明显上升；当水灰比大于1∶1时，泌水率均在10%以上；当水灰比到4∶1时，泌水率已在50%以上。因此，从泌水率性能考虑可以发现，随着膨润土掺量增加，泌水率显著降低，建议水灰比4∶1、3∶1、2∶1的配比比例舍去，选用水灰比1∶1或0.5∶1的配比比例。而水泥浆、水泥砂浆保水性，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较大，保水性能较差。在0.5∶1的配比比例中可以发现，随着膨润土掺量增加，砂浆保水性显著提高。

4.2 抗压强度分析

通过对表1抗压强度试验数据进行分析比对，可得：

表1 抗压强度试验结果

1)水泥浆水∶水泥∶膨润土=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这些比例的预测28 d强度值低于原结构混凝土强度，不符合设计要求，建议舍去。

2)水泥浆水∶水泥∶膨润土=0.5∶1∶0.05、0.5∶1∶0.10、0.5∶1∶0.15这些比例的28 d强度值高于原结构混凝土强度，可以选用。

3)水泥浆水灰比相同时，膨润土掺量增加，水泥浆强度略有降低；膨润土掺量相同时，水灰比增大，水泥浆强度降低。

4)水泥砂浆水∶水泥∶砂∶膨润土=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抗压强度值预测值低于原结构混凝土强度，不满足设计要求，建议舍去。

5)水泥砂浆水∶水泥∶砂∶膨润土=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抗压强度值预测值高于原结构混凝土强度，可以选用。

6)通过对水泥砂浆的抗压强度值对比发现，在砂子比例和膨润土比例相同时，水灰比增大，水泥砂浆强度降低；水灰比相同时，砂率越大，强度越高；水灰比、砂率固定时，膨润土5%～15%的掺入比对水泥砂浆强度的影响不太显著。

4.3 抗渗性能、收缩性能试验分析

1)经试验，16组水泥砂浆抗渗试样在水压力0.6 MPa下均未出现渗水情况。

2)对收缩试验结果(表2)进行分析可得，随着水灰比增大，水泥砂浆试样自然干燥收缩率随之增大。

表2 收缩性能试验结果

5 结 论

为了保证东江水源工程隧洞加固工程施工质量，改善隧洞空腔大、浆液固结困难的现状，通过进行室内材料配比试验，分析不同配比情况下浆液的性能。结果表明，高水灰比灌浆材料制成的水泥砂浆强度较低，无法满足设计要求。采用适宜的低水灰比的灌浆材料可满足工程强度需求，同时防渗性能、收缩性能、流动性亦可满足要求。建议结合室内实验结果现场进行灌浆实验，以确定最终的灌浆加固浆液配合比。