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

(深圳市水務工程檢測有限公司，廣東 深圳 518000)

1 概 述

混凝土材料性能對工程建設影響較大，材料配比是影響混凝土性能的關鍵因素。不同條件、不同的施工內容對漿液性能要求也不盡相同。因此，結合工程實際情況，通過試驗選取適宜的材料配比是十分必要的[1-4]。結合東江水源工程隧洞加固工程所需的漿液性能，根據室內試驗結果獲取漿液性能數據，為現場施工提供參考。

2 工程概況

1996年11月30日，東江水源工程一期工程建設啟動，并于2001年底正式通水，設計供水量為3.5×108m3/a。2006年8月5日，二期工程開工，于2010年11月26日建成通水，新增供水量3.7×108m3/a。工程東起惠州，西至深圳市寶安區，干線全長106 km。

3 試驗目的及材料配比

深圳市東江水源工程隧洞加固項目因工程需要進行回填灌漿工作，部分回填灌漿部位空腔較大、灌漿中容易漏漿，水泥漿流動性強、在空腔中漏失前不能固結，不能有效填滿空腔等，因此急需對灌漿材料及配合比進行試配研究，進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 試驗結果分析

4.1 基本性能分析

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

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

②水泥砂漿砂率相同時，水灰比增大，凝結時間也隨之增加。水灰比相同時，砂率增大，凝結時間縮短。

2)流動性試驗結果分析。水泥漿采用流動度表示其流動性，水泥砂漿采用流動度和稠度表示其流動性，通過對試驗數據進行分析比對，可以得出：

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

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

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(膨潤土摻量5%、10%、15%)的流動性通過流動度測定儀進行測定，其流動度均在300 mm以上，已超過儀器最大測定范圍。通過水泥砂漿稠度測定儀測定，其稠度均在145 mm以上，流動性較大。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(膨潤土摻量5%、10%、15%)，此比例流動性符合要求。

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

3)保水性、泌水性試驗結果分析。通過對試驗數據進行分析比對，水泥漿液的泌水率隨著水灰比的增大而增大。當水灰比大于0.5∶1時，泌水率明顯上升；當水灰比大于1∶1時，泌水率均在10%以上；當水灰比到4∶1時，泌水率已在50%以上。因此，從泌水率性能考慮可以發現，隨著膨潤土摻量增加，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現，隨著膨潤土摻量增加，砂漿保水性顯著提高。

4.2 抗壓強度分析

通過對表1抗壓強度試驗數據進行分析比對，可得：

表1 抗壓強度試驗結果

1)水泥漿水∶水泥∶膨潤土=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這些比例的預測28 d強度值低于原結構混凝土強度，不符合設計要求，建議舍去。

2)水泥漿水∶水泥∶膨潤土=0.5∶1∶0.05、0.5∶1∶0.10、0.5∶1∶0.15這些比例的28 d強度值高于原結構混凝土強度，可以選用。

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

4)水泥砂漿水∶水泥∶砂∶膨潤土=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抗壓強度值預測值低于原結構混凝土強度，不滿足設計要求，建議舍去。

5)水泥砂漿水∶水泥∶砂∶膨潤土=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抗壓強度值預測值高于原結構混凝土強度，可以選用。

6)通過對水泥砂漿的抗壓強度值對比發現，在砂子比例和膨潤土比例相同時，水灰比增大，水泥砂漿強度降低；水灰比相同時，砂率越大，強度越高；水灰比、砂率固定時，膨潤土5%～15%的摻入比對水泥砂漿強度的影響不太顯著。

4.3 抗滲性能、收縮性能試驗分析

1)經試驗，16組水泥砂漿抗滲試樣在水壓力0.6 MPa下均未出現滲水情況。

2)對收縮試驗結果(表2)進行分析可得，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 收縮性能試驗結果

5 結 論

為了保證東江水源工程隧洞加固工程施工質量，改善隧洞空腔大、漿液固結困難的現狀，通過進行室內材料配比試驗，分析不同配比情況下漿液的性能。結果表明，高水灰比灌漿材料制成的水泥砂漿強度較低，無法滿足設計要求。采用適宜的低水灰比的灌漿材料可滿足工程強度需求，同時防滲性能、收縮性能、流動性亦可滿足要求。建議結合室內實驗結果現場進行灌漿實驗，以確定最終的灌漿加固漿液配合比。