粉煤灰在基础灌浆材料中的应用.pdf
文章编号:1005-8249(1999)03-0024-04粉煤灰在基础灌浆材料中的应用于跃勋张新中(石家庄铁道学院交通系,石家庄市050043)摘要:本文介绍粉煤灰用于灌浆材料的种类和和优点,并叙述了粉煤灰水泥灌浆材料的性能及其在工程中的应用。关键词:粉煤灰灌浆材料中图分类号:773文献标识码:A目前,我国在基础灌浆中已开始应用粉煤灰代替部分水泥用于基础加固,起到了很好的节材增效作用。1粉煤灰灌浆材料的种类灌浆材料可用来填充一些废矿井、废采石坑道或地下储油库、污水道和隧道,一些由于水浸蚀而形成的孔穴和溶洞,以及填充和封嵌地下通道衬里管壁与土层之间的空隙和稳定地基。不同填充工程中对灌浆材料有不同要求。作为灌浆材料,不需要太高的强度,若是全部使用水泥作灌浆材料中的胶凝材料,往往不是强度太高浪费了材料并提高了工程造价,就是水泥含量太少造成泌水和离析,致使施工质量得不到保证。而将粉煤灰用于灌浆材料中,则能弥补水泥灌浆材料的一些缺点,改善灌浆材料的某些特性,降低灌浆施工时的需水量并便于施工操作,使灌浆材料能满足各种工程的需要。下面分述目前用粉煤灰制作的几种灌浆材料。1.1纯灰灌浆材料这是一种价廉、强度低的灌浆材料,仅依靠粉煤灰的轻微自硬化作用就能满足工程需要,适用于填充地基下的大面积空穴。一般情况下,含水粉煤灰35%的水灰浆就能应用,但在采用泵送工艺时,需把水分提高到50%,随后再将过剩的水排出。排水后填充层的松散密度非常接近最佳含水状态时压实的粉煤灰填充层的数值,其性能和使用效果也基本相同。施工时,在保证料浆所需流动度的前提下应尽量减少用水量,尤其对于不能自由排出剩余水的地区更是如此,否则在较长时期内填充层会非常松软,如出现此种情况,应在粉煤灰中加入一些水泥。1.2粉煤灰2水泥灌浆材料由于粉煤灰基本上具有与水泥相同的颗粒尺寸和级配分布,因而可在纯水泥作为灌浆材料时加入部分粉煤灰作填充料。由于粉煤灰具有比水泥更多的球形颗粒,因而使粉煤灰2水泥灌浆材料具有更大的流动性、可泵性和渗透性。使用各种比例的粉煤灰2水泥灌浆材料可以达到不同的抗压强度,这样,就有可能选用既可满足设计强度需要又经济合理的灌浆材料配合比。根据强度和弹性的需要,经常使用的粉煤灰2水泥灌浆材料的配合比为粉煤灰水泥=471。这种粉煤灰2水泥灌浆材料的泌水性小于纯水泥灌浆材料。1.3粉煤灰2水泥2粘土灌浆材料为防止由于水泥颗粒自然沉降而出现泌水,最好是使水泥颗粒悬浮在粘土悬浮液中。在粉煤灰2水泥灌浆材料中掺入重量比42粉煤灰综合利用1999年第3期不超过8%的活性膨润土,能起到防止水泥颗粒沉降的作用。膨润土的存在使灌浆材料变得比较粘稠,不但可以补偿灌浆材料的分离,而且能使材料获得更好的泵送和渗透性能,尤其适宜于要求低渗透性和高强度的某些工程中,例如开裂岩石的灌浆。1.4粉煤灰2石灰灌浆材料在纯粉煤灰灌浆材料中加入磨细生石灰能提高粉煤灰的火山灰活性,从而加快灌浆材料的凝固速度并提高灌浆材料的最终强度。由于石灰的细度大于粉煤灰并在施工时能生成许多不易分离的胶状悬浮颗粒因而能提高材料的可泵性。研究粉煤灰活性的砂浆试验结果表明:获得最大强度灌浆材料的石灰与粉煤灰的比例是12.5。粉煤灰2石灰灌浆材料的强度最终能接近或达到粉煤灰2水泥灌浆材料的强度,但强度发展速率明显的低于后者;另一方面,粉煤灰2石灰灌浆材料的强度明显的低于压实施工时的强度,其主要原因是灌浆材料在施工时需要更大的用水量。石灰和水泥的价格相差不大,应用粉煤灰2石灰灌浆材料的经济效益并不明显。但是,这种灌浆材料特别适用于要求浸透能力最大和强度增长缓慢的工程中。例如:在隧道工程中应用粉煤灰2石灰灌浆材料,可以提供最好的施工效果。在保持泵送施工需要的最少用水量的前提下,粉煤灰2石灰灌浆材料的泌水性基本上与粉煤灰2水泥灌浆材料相等。1.5粉煤灰2砂灌浆材料在对颗粒尺寸没有严格限制的场合,砂及砾石也能用于灌浆材料。在这种施工环境中应用粉煤灰2砂灌浆材料,由于粉煤灰球形颗粒的滑润作用,能使相当浓稠的灌浆材料具有可泵性。2粉煤灰用于灌浆材料的优点用粉煤灰作灌浆材料,由于其具有火山灰活性、颗粒尺寸和形状以及比重小等特性,故能提高灌浆材料的一些性能。其优点主要表现在以下几个方面:2.1提高强度和抗化学侵蚀能力单纯用水泥作灌浆材料时,水泥水化释放出来的游离氧化钙既不能增加灌浆材料的强度,对化学侵蚀十分敏感,以致影响材料的抗化学侵蚀能力。对于粉煤灰2水泥灌浆材料来说,由于粉煤灰中的二氧化硅和氧化铝能与水泥水化时产生的氢氧化钙反应,生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙,从而提高了灌浆材料的强度和抗化学侵蚀能力。2.2易于泵送和灌注并降低泌水率和沉降粉煤灰的球形颗粒及颗粒表面的玻璃体结构能起到润滑作用,从而使灌浆材料在施工中提高可泵性和可灌性。与此同时,粉煤灰在与水泥共同使用具有理想的颗粒级配,能够使灌浆材料在泵送和灌注过程减少分离作用、沉降作用和降低泌水率。改善沉降作用的另一个原因是由于粉煤灰的比重(约为2.1)比水泥(比重为3.15)和砂(比重为2.7)的比重小。2.3减小收缩值掺用粉煤灰灌浆材料的含水量能很快到达平衡状态,因而能减小材料的收缩值。另外,掺用粉煤灰的灌浆材料具有流动性能好、便于施工、减少施工设备的磨损和提高抗渗性等优点。3粉煤灰灌浆材料的抗压强度和凝结时间上述粉煤灰灌浆材料中,最常用的是由水泥、粉煤灰、陶土、水等配制而成的悬浊型浆材,有时还加入速凝剂水玻璃等。各种不同浆液的类型及其不同的配比都将对加固物体的强度和凝结时间发生影响。从对不同配比浆液的凝结时间、浆液凝固体抗压强度的测定可以看出:(1)当水泥用量、水玻璃含量和水灰比52FENM E IHU I ZON GHE L IYON G工程应用一定时,灌浆材料的初凝时间随粉煤灰用量增加而增长,抗压强度随粉煤灰用量增加而降低(图1);图1灌浆材料抗压强度与粉煤灰含量关系(2)当水泥、水玻璃、粉煤灰用量相同时,其初凝、终凝时间随水灰比增大而延长(图2);图2初凝时间与水灰比的关系图3初凝时间与水玻璃含量的关系(3)当水泥、粉煤灰用量、水灰比相同时,其初凝、终凝时间随水玻璃含量增加而减少,但当超过一定比例(1520%)后,则凝结时间逐渐延长(图3);(4)当其余条件相同时,浆材中掺有淤泥、陶土粉者,初凝、终凝时间亦相对延长;(5)在条件相同时,其强度随水灰比增大而下降(图4);随粉煤灰用量增加而降低。图4抗压强度与水灰比的关系4粉煤灰灌浆材料在工程中的应用4.1粉煤灰灌浆材料应用范围增加地基的不透水性,防止流砂、钢板桩、树根桩墙渗水。加固地基,提高地基承载力,减少地基的沉降或不均匀沉降。增加土体的抗扰动性,用于顶管及隧道顶进工作面的稳定,以及管线穿越铁路轨道灌浆(图5)。图5开挖隧道时为防止地面沉降而进行压密灌浆抬高效应。用于抬高建筑物的超沉及顶管、隧道的跟踪灌浆。拔除钢板桩后孔穴的充填灌浆,以控制62粉煤灰综合利用1999年第3期建筑物的附加沉降。隧道施工时堵水和建成后的防渗防漏。防止冲刺,整治塌方滑坡,处理路基病害。结构填充,稳定废矿井、废弃的采石坑道等。基坑开挖中坑基底隆起的基底灌浆加固(图6)。图6基坑底部灌浆加固4.2粉煤灰灌浆材料用于基础加固工程实例:上海浦东世界广场地下连续墙外侧房屋地基加固工程4.2.1工程概况该工程基坑开挖深度12m,在开挖过程中,曾出现地下连续墙外侧三层居民楼严重开裂,为了保证楼房安全,采用劈裂灌浆法在地下连续墙外侧进行房屋地基加固。4.2.2土性条件根据地质勘察资料,地层剖面自上而下土性条件为:填土包括杂填土和素填土;淤泥质粉质粘土灰色,稍密,很湿,中等压缩性;砂质粉土夹淤泥质粉质粘土灰色,流塑,饱和,高压缩性;粉质粘土深灰色,软塑,很湿,中高压缩性;粉质粘土暗绿色 褐黄色,可塑,稍湿,中等压缩性。4.2.3灌浆加固方案地基加固深度为-2-18m;加固方法用劈裂灌浆一次进行;灌浆材料为水泥 粉煤灰 水=111,并加入3%的水玻璃速凝剂;灌浆压力为-2-5m时为p=0.20.3 M Pa;-5-18m时为0.5 1.0 M Pa;灌浆孔布置如图7所示。灌浆施工工序为:钻机成孔灌注封闭泥浆安放塑料阀管安放灌浆管加压分层灌浆。图7灌浆孔位布置图4.2.4加固效果在加固过程中房屋仍有少量沉降和开裂(与施工过程有关),但加固完毕后,基本上控制了进一步开裂,到基坑开挖结束,也没有发现严重开裂及沉降,保证了楼房的稳定。总之,在灌浆材料中广泛使用粉煤灰,既能节约水泥,降低成本,又能改善和提高施工质量。参考文献1曾国熙.地基处理手册.北京:中国建筑工业出版社,19882叶书麟等.基础托换技术.北京:中国铁道出版社,19913沈旦申,冒阵恶.粉煤灰优质混凝土.上海:上海科学技术出版社,19924李德富译.特殊混凝土施工.北京:水利电力出版社,1985The Application of Fly Ash in GroutingMaterialsYu YuexunZhang X inzhong(S hijiazhuang R ailw ay Institute,China,050043)AbstractThis paper introduces the varieties and advantages of fly ash used in groutingmaterial.Besides,it presents the properties of grouting materialw ith fly ash cement and application in engineering.Key wordsfly ashgrouting material72FENM E IHU I ZON GHE L IYON G工程应用
