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摘 要：随着盾构施工技术越来越多运用于城市轨道交通建设，盾构同步注浆对控制隧道变形沉降、提隧道高防水抗渗性能具有重要作用。其中，盾构砂浆的流动度、凝结时间等性能成为了同步注浆施工的关键技术指标。本文按中铁建华南建设有限公司企业标准中的Ⅱ型砂浆的性能指标确定盾构砂浆的基础配合比，设置对比组来探究泵送剂对盾构砂浆工作性能的影响，包括含气量、凝结时间、流动度及流动度经时损失等方面。
关键词：泵送剂;盾构砂浆;流动度
0 前言
盾构砂浆是盾构法施工地铁隧道时使用的一种水泥类注浆材料。盾构法注浆的目的是填充盾构管片和开挖断面之间的空隙，减少地面沉降[1]。盾构砂浆要求具有良好的流动性和稳定性，流动度经时损失少，在较长时间内保持良好的可泵性以及合适的凝结时间等性能[2-3]。泵送剂是一种改善混凝土泵送性能的外加剂，由缓凝（早强）、减水、引气、坍落度损失抑制等组分复合而成，具有减水增强效果和缓凝保塑性能[4]。目前国内文献较多研究泵送剂对混凝土性能的影响，缺少泵送剂对盾构砂浆影响的研究。本文在盾构砂浆基础组分中添加泵送剂组分，探究不同掺量泵送剂对盾构砂浆含气量[5]、凝结时间、流动度及流动度经时损失等性能的影响，为泵送剂在盾构砂浆中的应用提供参考。
1 基础配合比
本试验原材料为：
（1）水泥：阳春海螺水泥有限责任公司生产的海螺牌P.O42.5级水泥，其水泥各项技术指标符合GB175-2007《通用硅酸盐水泥》标准的要求。
（2）粉煤灰：不低于GB/T1596-2017的Ⅱ级F类别要求。
（3）砂：细骨料符合GB/T14684的规定，且不含有粒径大于2.36 mm的颗粒。天然砂的含泥量小于5.0%，泥块含量小于2.0%。
（4）膨润土：采用博罗县熊茂建材有限公司生产的符合GB/T20973-2007《膨润土》要求的钙基或钠基膨润土。
（5）泵送劑：采用广东龙湖科技股份有限公司生产的泵送剂，符合JC473《混凝土泵送剂》的要求。
（6）拌和水：符合JC/T2190的要求。
本试验以中铁建华南建设有限公司企标Q/ZTJHN1-2019
《胶凝型盾构注浆配套干混砂浆》中的Ⅱ型砂浆为基准砂浆，其配合比见表1。
2 泵送剂对盾构砂浆工作性能的影响
本试验以0、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%的泵送剂的掺量设立对比试验。以0掺量组为空白对照组，编号为A;其余四组为试验组，依次编号为B、C、D、E。主要试验包括流动度及流动度经时损失试验、含气量试验、凝结时间试验。
2.1 流动度及流动度经时损失试验
按照GB50119-2003附录A进行流动度及流动度经时损失试验，其中截锥形圆模的尺寸改为：高度60 mm±0.5 mm;上口内径70 mm±0.5 mm;下口内径100 mm±0.5 mm;下口外径120 mm。每次称取不少于2 000 g的水泥基灌浆材料。
具体试验结果见表2，初始流动度、0.5 h流动度与泵送剂掺量的关系见图1，初始流动度、1 h流动度与泵送剂掺量的关系见图2。其中，流动度损失率（FL）按照公式（1）计算：
（1）
式中F0为初始流动度，mm;Ft为某一时刻流动度，mm;D为模具直径，mm。
由表2可以看出，随着泵送剂掺量的增加，盾构砂浆的流动度逐渐增大，流动度损失率逐渐减小。在给定的试验范围内，浆液流动度随时间增加而减小，流动度损失率随时间增加而变大。由图1可知，在不添加泵送剂时，砂浆的初始流动度为245 mm。随着泵送剂掺量的增加，砂浆的初始流动度和0.5 h流动度均逐渐上升，0.5 h流动度损失率呈下降趋势。在泵送剂掺量达到0.2%时，0.5 h流动度损失率达到最小值，为1.85%。由图2可知，在不添加泵送剂时，砂浆1 h流动度损失15 mm，流动度损失率较大，为6.12%。掺量0.05%、0.1%对应的1 h流动度经时损失率逐渐减小，分别为5.88%、4.67%。掺量大于0.1%时，流动度经时损失率逐渐增大。掺量为0.15%时，1 h流动度经时损失率为9.81%，超过掺量为0时的流动度经时损失率;掺量为0.2%时，1 h流动度经时损失率为9.26%，虽然比掺量为0.15%时的1 h流动度经时损失率低，但是仍然大于掺量为0时的流动度经时损失率。掺量达到0.1%时，1 h流动度出现拐点，可能是由于泵送剂掺量达到饱和点掺量附近，此时继续增大掺量，水泥对其吸附量不再增加，从而对流动度的提高及其经时损失的降低不再起作用，甚至会使流动度经时损失超过空白对照组值。
2.2 含气量试验
参照JGJ/T70《建筑砂浆基本性能试验方法标准》含气量测定方法，各组试样的含气量试验结果见表3，泵送剂掺量对盾构砂浆含气量的影响见图3。
通过图3可以得出，随着泵送剂掺量的不断增多，盾构砂浆的含气量不断增大。未掺泵送剂的基准砂浆含气量为2.7%;当泵送剂掺量提高至0.05%时，盾构砂浆含气量为2.9%，含气量相对于基准砂浆并未出现明显增加，这主要是由于砂浆配合比中引入了占胶凝材料质量75%的粉煤灰，而粉煤灰对泵送剂中的引气组分具有吸附作用，在一定程度抑制泵送剂的引气作用。随着泵送剂掺量的进一步提高，盾构砂浆含气量以接近正比例的速率增加，当泵送剂掺量为0.2%时，含气量高达4.5%。泵送剂掺量达到一定值时，泵送剂中的引气组分会使盾构砂浆中的钙盐产生沉淀并吸附在气泡液膜表面，增加了气泡液膜的厚度，提高了气泡的稳定性。因此，随着泵送剂掺量的提高，盾构砂浆含气量呈近线性递增。 由以上分析可知，泵送劑中的引气组分会使砂浆引入适量的微气泡。随着砂浆的凝固，气液固三相界面转变为气固二相界面，形成稳固又封闭的空间，从而切断毛细通道，使得盾构砂浆的抗渗性能有很大提高。泵送剂的掺量越多，其抗渗性能越好。
2.3 凝结时间试验
参照的GB/T1346《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测定凝结时间，不同掺量泵送剂对盾构砂浆凝结时间影响的试验结果见表4。
通过图4所示的砂浆凝结时间和泵送剂掺量关系可以得出，未掺泵送剂时，基准砂浆的凝结时间是550 min，当泵送剂掺量在0到0.2%之间时，随着泵送剂掺量逐渐增大，砂浆的凝结时间在不断的增大且逐渐趋于平缓，其原因是泵送剂中含有缓凝的组分，控制了流动度的损失，起到一定的缓凝效果。因此泵送剂的掺量越大，缓凝组分的掺量也逐渐增大，砂浆的凝结时间也会随之增大。
3 结论
（1）泵送剂有助于盾构砂浆流动度的提高，但过量的泵送剂会导致水泥对泵送剂中减水组分的吸附达到饱和状态，对流动度的提高效果不明显，对流动度经时损失的降低效果，甚至会使流动度经时损失增大，起到负面效果。
（2）泵送剂中的引气组分，提高了盾构砂浆的含气量。适当的含气量既可以减少盾构砂浆的泵送阻力，防止砂浆泌水、离析，又可以提高盾构砂浆的防水抗渗性能。因为在砂浆中引入气泡凝结后形成的封闭空间阻断了毛细通道中水的渗透作用，所以针对地下富水区段的盾构隧道，注浆材料可以适当掺加泵送剂，提高砂浆的抗渗性能。
（3）随着泵送剂掺量增大，泵送剂中的缓凝组分所起的作用越大，砂浆的凝结时间越来越长，增长的速率逐渐变小。泵送剂掺量在0.2%以内增大时，对凝结时间的影响较小，凝结时间的延长不会影响到施工环节。
参考文献：
[1]Hashimoto T，Brinkman J，Konda T，Kano Y，Feddema A. Simultaneous backfill grouting，pressure development in construction phase in the long-term.Tunn Und Space Techn.，2004（19）：447.
[2]Shannag M J.High-performance cementitious grouts for structures repair.Cem.Concr.Res.，2002（32）：803-808.
[3]李军，王磊.新型道路路面自流平砂浆基本性能试验研究[J].混凝土，2013（4）：119-121.
[4]姜佑.泵送剂在预拌混凝土中的应用实践探究[J].江西建材，2016（9）：85.
[5]李军，马志刚.泵送剂和膨胀剂对新型路面自流平砂浆性能的影响[J].涂料工业，2013，43（6）：63-65+79.
关键词：泵送剂;盾构砂浆;流动度
0 前言
盾构砂浆是盾构法施工地铁隧道时使用的一种水泥类注浆材料。盾构法注浆的目的是填充盾构管片和开挖断面之间的空隙，减少地面沉降[1]。盾构砂浆要求具有良好的流动性和稳定性，流动度经时损失少，在较长时间内保持良好的可泵性以及合适的凝结时间等性能[2-3]。泵送剂是一种改善混凝土泵送性能的外加剂，由缓凝（早强）、减水、引气、坍落度损失抑制等组分复合而成，具有减水增强效果和缓凝保塑性能[4]。目前国内文献较多研究泵送剂对混凝土性能的影响，缺少泵送剂对盾构砂浆影响的研究。本文在盾构砂浆基础组分中添加泵送剂组分，探究不同掺量泵送剂对盾构砂浆含气量[5]、凝结时间、流动度及流动度经时损失等性能的影响，为泵送剂在盾构砂浆中的应用提供参考。
1 基础配合比
本试验原材料为：
（1）水泥：阳春海螺水泥有限责任公司生产的海螺牌P.O42.5级水泥，其水泥各项技术指标符合GB175-2007《通用硅酸盐水泥》标准的要求。
（2）粉煤灰：不低于GB/T1596-2017的Ⅱ级F类别要求。
（3）砂：细骨料符合GB/T14684的规定，且不含有粒径大于2.36 mm的颗粒。天然砂的含泥量小于5.0%，泥块含量小于2.0%。
（4）膨润土：采用博罗县熊茂建材有限公司生产的符合GB/T20973-2007《膨润土》要求的钙基或钠基膨润土。
（5）泵送劑：采用广东龙湖科技股份有限公司生产的泵送剂，符合JC473《混凝土泵送剂》的要求。
（6）拌和水：符合JC/T2190的要求。
本试验以中铁建华南建设有限公司企标Q/ZTJHN1-2019
《胶凝型盾构注浆配套干混砂浆》中的Ⅱ型砂浆为基准砂浆，其配合比见表1。
2 泵送剂对盾构砂浆工作性能的影响
本试验以0、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%的泵送剂的掺量设立对比试验。以0掺量组为空白对照组，编号为A;其余四组为试验组，依次编号为B、C、D、E。主要试验包括流动度及流动度经时损失试验、含气量试验、凝结时间试验。
2.1 流动度及流动度经时损失试验
按照GB50119-2003附录A进行流动度及流动度经时损失试验，其中截锥形圆模的尺寸改为：高度60 mm±0.5 mm;上口内径70 mm±0.5 mm;下口内径100 mm±0.5 mm;下口外径120 mm。每次称取不少于2 000 g的水泥基灌浆材料。
具体试验结果见表2，初始流动度、0.5 h流动度与泵送剂掺量的关系见图1，初始流动度、1 h流动度与泵送剂掺量的关系见图2。其中，流动度损失率（FL）按照公式（1）计算：
（1）
式中F0为初始流动度，mm;Ft为某一时刻流动度，mm;D为模具直径，mm。
由表2可以看出，随着泵送剂掺量的增加，盾构砂浆的流动度逐渐增大，流动度损失率逐渐减小。在给定的试验范围内，浆液流动度随时间增加而减小，流动度损失率随时间增加而变大。由图1可知，在不添加泵送剂时，砂浆的初始流动度为245 mm。随着泵送剂掺量的增加，砂浆的初始流动度和0.5 h流动度均逐渐上升，0.5 h流动度损失率呈下降趋势。在泵送剂掺量达到0.2%时，0.5 h流动度损失率达到最小值，为1.85%。由图2可知，在不添加泵送剂时，砂浆1 h流动度损失15 mm，流动度损失率较大，为6.12%。掺量0.05%、0.1%对应的1 h流动度经时损失率逐渐减小，分别为5.88%、4.67%。掺量大于0.1%时，流动度经时损失率逐渐增大。掺量为0.15%时，1 h流动度经时损失率为9.81%，超过掺量为0时的流动度经时损失率;掺量为0.2%时，1 h流动度经时损失率为9.26%，虽然比掺量为0.15%时的1 h流动度经时损失率低，但是仍然大于掺量为0时的流动度经时损失率。掺量达到0.1%时，1 h流动度出现拐点，可能是由于泵送剂掺量达到饱和点掺量附近，此时继续增大掺量，水泥对其吸附量不再增加，从而对流动度的提高及其经时损失的降低不再起作用，甚至会使流动度经时损失超过空白对照组值。
2.2 含气量试验
参照JGJ/T70《建筑砂浆基本性能试验方法标准》含气量测定方法，各组试样的含气量试验结果见表3，泵送剂掺量对盾构砂浆含气量的影响见图3。
通过图3可以得出，随着泵送剂掺量的不断增多，盾构砂浆的含气量不断增大。未掺泵送剂的基准砂浆含气量为2.7%;当泵送剂掺量提高至0.05%时，盾构砂浆含气量为2.9%，含气量相对于基准砂浆并未出现明显增加，这主要是由于砂浆配合比中引入了占胶凝材料质量75%的粉煤灰，而粉煤灰对泵送剂中的引气组分具有吸附作用，在一定程度抑制泵送剂的引气作用。随着泵送剂掺量的进一步提高，盾构砂浆含气量以接近正比例的速率增加，当泵送剂掺量为0.2%时，含气量高达4.5%。泵送剂掺量达到一定值时，泵送剂中的引气组分会使盾构砂浆中的钙盐产生沉淀并吸附在气泡液膜表面，增加了气泡液膜的厚度，提高了气泡的稳定性。因此，随着泵送剂掺量的提高，盾构砂浆含气量呈近线性递增。 由以上分析可知，泵送劑中的引气组分会使砂浆引入适量的微气泡。随着砂浆的凝固，气液固三相界面转变为气固二相界面，形成稳固又封闭的空间，从而切断毛细通道，使得盾构砂浆的抗渗性能有很大提高。泵送剂的掺量越多，其抗渗性能越好。
2.3 凝结时间试验
参照的GB/T1346《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测定凝结时间，不同掺量泵送剂对盾构砂浆凝结时间影响的试验结果见表4。
通过图4所示的砂浆凝结时间和泵送剂掺量关系可以得出，未掺泵送剂时，基准砂浆的凝结时间是550 min，当泵送剂掺量在0到0.2%之间时，随着泵送剂掺量逐渐增大，砂浆的凝结时间在不断的增大且逐渐趋于平缓，其原因是泵送剂中含有缓凝的组分，控制了流动度的损失，起到一定的缓凝效果。因此泵送剂的掺量越大，缓凝组分的掺量也逐渐增大，砂浆的凝结时间也会随之增大。
3 结论
（1）泵送剂有助于盾构砂浆流动度的提高，但过量的泵送剂会导致水泥对泵送剂中减水组分的吸附达到饱和状态，对流动度的提高效果不明显，对流动度经时损失的降低效果，甚至会使流动度经时损失增大，起到负面效果。
（2）泵送剂中的引气组分，提高了盾构砂浆的含气量。适当的含气量既可以减少盾构砂浆的泵送阻力，防止砂浆泌水、离析，又可以提高盾构砂浆的防水抗渗性能。因为在砂浆中引入气泡凝结后形成的封闭空间阻断了毛细通道中水的渗透作用，所以针对地下富水区段的盾构隧道，注浆材料可以适当掺加泵送剂，提高砂浆的抗渗性能。
（3）随着泵送剂掺量增大，泵送剂中的缓凝组分所起的作用越大，砂浆的凝结时间越来越长，增长的速率逐渐变小。泵送剂掺量在0.2%以内增大时，对凝结时间的影响较小，凝结时间的延长不会影响到施工环节。
参考文献：
[1]Hashimoto T，Brinkman J，Konda T，Kano Y，Feddema A. Simultaneous backfill grouting，pressure development in construction phase in the long-term.Tunn Und Space Techn.，2004（19）：447.
[2]Shannag M J.High-performance cementitious grouts for structures repair.Cem.Concr.Res.，2002（32）：803-808.
[3]李军，王磊.新型道路路面自流平砂浆基本性能试验研究[J].混凝土，2013（4）：119-121.
[4]姜佑.泵送剂在预拌混凝土中的应用实践探究[J].江西建材，2016（9）：85.
[5]李军，马志刚.泵送剂和膨胀剂对新型路面自流平砂浆性能的影响[J].涂料工业，2013，43（6）：63-65+79.