羧甲基纤维素在盾构C-S浆液中的应用（苏华,李珍,汪在芹）

摘要: 水泥浆液（C-S）中加入膨润土后可以减少水泥浆液的泌水率，然而对于盾构浆液来说加入膨润土量少时泌水率较大，浆液不符合工程要求。加入量过多，浆液的粘度较大，对泵送浆液很不利，泌水率与可泵性二者之间的矛盾较难调和。对掺入羧甲基纤维素的盾构隧道注浆A液的泌水性、粘度以及凝胶体的强度进行了试验。试验结果表明，羧甲基纤维素对注浆材料具有良好的保水性，而且羧甲基纤维素还可提高注浆材料的稳定性，在水泥浆液中加入羧甲基纤维素能使浆液的泌水率在符合要求的条件下粘度也符合工程要求。

关 键 词: 羧甲基纤维素;盾构;水泥浆液;隧道掘进

中图分类号: U455.43 文献标识码: A

1 概述

盾构法自问世以来，由于其本身的优越性在隧道建设中已得到广泛的应用。穿黄工程（隧洞方案）是南水北调中线工程的关键性控制工程之一，也是工程地质条件最复杂，技术难度最大的单项工程之一。穿黄隧道穿越地层主要为饱水中细砂层、粉质壤土层及半砂半土层，地质条件特殊。在盾构施工过程中，如果不能及时有效地实施盾尾间隙充填，将对隧洞真圆度和管片拼装质量产生影响，并导致止水条件恶化，对接缝止水不利。由于穿黄隧道断面大、掘进距离长，根据不同的地质条件、地下水状况、施工阶段不同而采用不同的壁后注浆材料是非常必要的。为此，对充填注浆材料及施工控制参数提出了特殊要求，并满足长距离、长时间的输送要求。本文根据对南水北调盾构注浆浆液性能要求对羧甲基纤维素在双液注浆中的作用进行探讨。

2 试验原材料与方法

2.1 试验原材料与仪器

（1）原材料。水泥（华新牌32.5R普通硅酸盐水泥）、粉煤灰（襄樊Ⅰ级）、减水剂（FDN-9000）、柠檬酸、膨润土（临安钠基）、水玻璃（模数2.8，浓度#####40Be0 ）、水（自来水）、羧甲基纤维素（河北文安县兴华纤维素）。

（2）仪器。净浆搅拌机、电子称、秒表、泥浆粘度计、压力机。

2.2 试验方法

（1）粘度。漏斗式粘度计。

（2）泌水性。200mL浆液在250mL直型量筒中的泌水率， 以体积百分率表示。

（3）凝结时间。以混合后至浆体倾斜45°不流动的时间表示。

（4）1h单轴抗压强度。参照GBJ123-88，试件尺寸为7.07cm×7.07cm×7.07cm。

（5）3、7、28d单轴抗压强度测定。参照水工混凝土工程DL/T5150-2001进行，试件尺寸为7.07cm×7.07cm×7.07cm。

3 结果与讨论

3.1 A液组成及基本特性

为满足穿黄隧洞工程对壁后注浆材料的远距离泵送要求，A液必须具有高稳定性和低粘度。膨润土为类似蒙脱石的硅酸盐，主要具有柱状结构，因而其水解后，在砂浆中可形成卡屋结构，增大浆液的稳定性，同时其特有的滑动效应，在一定程度上可提高砂浆的滑动性能［1］ 。因此膨润土的掺入是必需的。试验结果表明，膨润土加入的量少时浆液的流动性较好，但泌水性较大，反之膨润土加入的量大时浆液的流动性差，泌水性较小。二者之间的矛盾较难调和，为此在浆液中加入了羧甲基纤维素。试验结果如图1、2、3、4（略）所示。

图1、2分别表示当水灰比为2.6、粉煤灰与水泥的比为0.6、减水剂与水泥的比为0.006、柠檬酸与水泥的比为0.004时浆液的泌水率和粘度随膨润土含量的变化曲线。

图3、4分别表示当水灰比为2.6、粉煤灰与水泥的比为0.6、膨润土与水泥的比为0.2，减水剂与水泥的比为0.006、柠檬酸与水泥的比为0.004时浆液的泌水率和粘度随羧甲基纤维素含量的变化曲线。

由图1～4可以得出以下结论:

（1）不加CMC（羧甲基纤维素）的浆液流动性、泌水性主要受浆液中改性膨润土的影响，浓度过高将导致浆液粘度显著增加，给泵送造成困难;浓度过低则将导致浆液稳定性差，泌水增加。

（2）由于水泥的水化反应（尽管加入了稳定剂），浆液粘度均呈增加趋势。

（3）羧甲基纤维素的加入可以使浆液的泌水性降低。

（4）羧甲基纤维素的加入使得浆液的粘度缓慢增加。

（5）根据图3、4的结果，CMC的掺量与水泥的比为2.5%较合适。

羧甲基纤维素之所以能降低水泥浆液的泌水率是因为它能吸收大量的自由水，具有较好的保水作用。

3.2 A、B液混合后基本特性

以水玻璃为主组成的B液，其浓度、模数对注浆材料的凝胶特性，强度发展特性等产生显著影响，水玻璃浓度及模数对凝胶时间无显著影响，但A、B液体积比对凝结时间影响较大。

虽然羧甲基纤维素对砂浆具有一定的促凝作用［2］ ，但由于A液的凝结时间主要受水灰比的影响，A液的水灰比较大，因此羧甲基纤维素对A液的促凝作用并不明显。当B液模数为2.8。浓度为40Be0，A、B液按体积（B/C）等于0.6混合时凝胶体的单轴抗压强度结果如表1、2所示。

试验结果表明:羧甲基纤维素对凝结体的强度影响不明显。

4 结语

（1）CMC加入到水泥浆液后可降低浆液的泌水率，提高浆液的稳定性，其掺量与水泥的比为2.5%较合适。

（2）CMC加入到水泥浆液不会引起A液的促凝。

（3）CMC对A、B液的混合凝胶体单轴抗压强度贡献不明显。

参考文献:

［1］ 罗云峰，区希，张厚美等.地铁隧道盾构法同步注浆用水泥砂浆的试验研究.混凝土，2004，（8）.

［2］ 郑大锋，邱学青，楼宏铭等.水溶性高聚物在盾构隧道注浆材料中的应用研究.华南理工大学学报（自然科学版），2005，（8）.

作者简介: 苏 华，男，广西华蓝设计（集团）有限公司岩土公司，硕士。