高分子注漿堵水材料性能試驗研究及工程應用

喬紅軍

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京 102600）

0 引言

注漿作為一種土體改良措施，被廣泛應用于工程建設當中，隨著地鐵建設加速，遇到不良地質越來越頻繁，注漿加固在地鐵建設中尤為常見。注漿效果受材料本身和施工工藝影響較大，其中影響最為明顯的就是注漿材料[1]。

常見水泥注漿材料，價格低廉，來源非常廣泛，缺點是粒徑較大，對于空隙較小土體可注性較低[2-4]。隨著超細水泥的研發應用，雖然可以解決可注性問題，但其凝結時間較長、結石體抗壓強度較低、收縮性大，依然很難滿足地下水流速較大情況下通過注漿止水加固達到土體穩定的要求[5-7]。相比而言，高分子注漿材料具有傳統水泥類所不具備的特點：漿液與土體結合后抗壓強度較高、漿液凝結耗時較短，可注性高，能實現快速止水效果[8]。

針對現場施工擬選用的一種新型的高分子材料采取室內試驗研究方法，同時補充普通水泥類注漿材料作為對照組，分析對比兩種材料的性能差異情況，并分析該材料的最優配比，以達到現場能夠安全施工的要求。

1 實驗材料

普通硅酸鹽水泥；液態硅酸鈉（水玻璃），試驗選取35°Bé（波美度，表示溶液濃度的一種方法）、38°Bé、40°Bé 和45°Bé 4 種濃度的溶液與不同水灰比的水泥漿進行組合。高分子注漿材料：樹脂和催化劑。樹脂為淡黃色液體，密度約為1.21g/cm3，黏度為150mPa·s；催化劑為棕色液體，密度約為1.54g/cm3，黏度為350mPa·s。

2 試驗方法

本試驗中選取4 種水灰比組合：0.8：1、1：1、1.2：1 和1.4：1，水泥漿液與水玻璃以1：1 的比例混合。高分子材料試驗中樹脂和催化劑配比選取四種比例組合：0.5：1、1：1、1.5：1 和2：1。通過分析2 種注漿材料的凝結時間、流動度和結石體無側限抗壓強度3 項指標，從而選取最優注漿材料。

3 試驗結果與分析

3.1 漿液凝結時間分析

本次試驗測定水泥漿液與高分子材料漿液的膠凝時間關系圖見圖1、圖2。

圖1 水泥漿液凝結時間曲線圖

由圖1 可以看出：水泥漿液凝結時間受水灰比及水玻璃溶液濃度影響較大。水泥漿液凝結時間與水灰比成正比，與水玻璃溶液濃度成反比。

由圖2 可以看出：通過對比可以發現高分子材料的凝結時間在38s 左右，而水泥類雙漿液在60～100s 之間，所以高分子材料凝結速度更快；且樹脂和催化劑配比對凝結時間影響不大。

3.2 漿液流動性能分析

水泥漿液流動性受水灰比及水玻璃溶液濃度影響較大。水泥漿液流動度與水灰比成正比，與水玻溶液濃度成反比。水灰比越大、水玻璃濃度越小，則水泥漿液流動度越大。

高分子材料漿液的流動度在75mm 左右，而水泥類漿液在35～55mm 之間，可見高分子材料有更好的可注性；且樹脂和催化劑配比對高分子漿液流動性基本無影響。

3.3 無側限抗壓強度分析

水泥試塊和高分子材料試塊按相關規范要求養護，分別測定7d、14d 和28d 兩種材料試塊的抗壓強度。試驗結果如表1、表2 所示：

由表1 可以看出：水泥漿試塊強度與水玻璃溶液濃度成正比，與水灰比成反比，與養護時間成正比。

由表2 可以看出：當樹脂和催化劑配比為1：1時，高分子漿液試塊的抗壓強度比其他配比要高。當催化劑的量逐漸增大時，高分子漿液試塊逐漸變軟，直至無法測出其強度。

通過對比表1、表2 數據，可知高分子材料試塊強度是水泥材料的3～4 倍。

4 工程實踐

現場試驗選取在隧道的頂部環形布置2 排注漿管對土體進行注漿堵水。由于高分子材料漿液的快速凝結膨脹性，在注漿90s 左右可以明顯看到滲水位置水量逐漸減小直至完全止水，并且在后續開挖過程中并未看到明顯的滲水，不但起到了快速止水的作用，而且也提高了掌子面的周圍土層的整體的穩定性，便于安全施工。

5 結語

（1） 室內試驗研究表明所選用的高分子材料相較于水泥類漿液凝結時間快，流動性能更好，無側限抗壓強度更高。當樹脂和催化劑配比為1：1時，高分子注漿材料的各項指標可以達到最佳。

（2） 現場工程實例表明高分子材料相較于傳統的水泥類材料，具有反應快，止水迅速，高強度的特點，可以很好地滿足地下工程中的止水和加固地層的要求，具有廣泛的工程應用前景。

表2 高分子漿液試塊抗壓強度