注浆材料分类及选择

4.1 注浆材料的分类

根据注浆材料的使用范围和效果等因素可分为四大类：

（1）水玻璃浆材。目前可以说（特别是酸性和中性水复合型水玻璃、气液 反应型水玻璃及水玻璃+水泥类等）的使用率极高，其中以日本和东南亚各国及 台湾、香港等地区为最。

（2）水泥类浆材：（普通水泥、超细水泥、湿磨水泥、硅粉）的使用在国际 上也较为普遍。

（3）高分子浆材。在日本一些国家除殊情况外一般不太使用，但在俄国和 东欧一些国家依然使用。

（4）水泥加膨润土浆液。以法国为代表的欧洲国家都习惯于先注水泥、膨 润土其目的是充填大的空隙，使地层均质，以防地下水造成的浆液流失和稀释然 后，注入胶结时间长且渗透速度慢的水玻璃浆液，构成阻止颗粒间的渗透帷幕， 使强度有一定提高，必要时注入高分子浆材进一步提高强度。

4.2 注浆材料的选定

注浆材料应根据堵水要求、加固要求，以及是否作为永久性支护结构等方面， 并从无毒性、无污染这一角度综合考虑进行选择。目前国内外常用的注浆材料可 基本分为水泥基浆液和非水泥基浆液。水泥基浆液是指以水泥为基本主要材料所 配制的浆液。常用的有普通水泥单液浆、超细水泥（MC）单液浆以及特制硫铝 酸盐水泥（HSC）浆等等。非水泥基浆液是指水泥基浆液以外的其它注浆材料， 例如改性水玻璃、环氧树脂等等。隧道所用的注浆材料应满足耐久性和环保的要 求，水泥基浆材具有耐久性好、无毒无污染等优点，因此注浆材料宜以水泥基浆 材为主。 4.2.1 普通水泥单液浆

普通水泥中按比例加入一定量的水及相应的外加剂经搅拌而成的浆液称为

普通水泥单液浆，其主要特点是结石体具有较高的抗压、抗剪强度，能有效地提 高地层的承载能力，且其抗渗性能好，材料来源丰富，价格低廉，注浆工艺相对 简单；但由于其颗粒粒径大，在致密的粘土和砂层及微小裂隙条件下渗透困难， 而且其凝胶时间不易调节，注浆过程中浆液易流失，因此

其应用受到一定的限制。 单液水泥浆的配比和结石体的主要性能如下表。

单液水泥浆的配比和结石体的

主要性能 性能 水灰比 0.5:1 0.75:1 1:1 1.5:1 2:1 粘度 密度 凝胶时间 H-MIN） 结石率 （S） （G/CM3） （%） 初凝 终凝 139 33 18 17 16 1.86 1.62 1.49 1.37 1.30 7-41 10-47 15-56 16-52 17-07 12-36 20-33 25-27 35-47 48-15 99 97 85 67 56 抗压强度（MPA） 3 天 4.14 2.43 2.00 2.04 1.66 7 天 6.46 2.60 2.40 2.33 2.56 14 天 15.3 5.54 2.42 1.78 2.10 28 天 22.0 11.27 8.90 2.22 2.80 注：1、采用 42.5R 普通硅酸盐水泥；2、测定资料均为平均值。

通过观察分析，我们发现普通水泥单液浆具有以下特点：①颗粒粒径大，可 渗透注入 0.5mm 的裂隙和及平均粒径 1mm 以上的砂子；②凝胶时间长，具有较 长的可注期；但凝胶时间不易调节，初凝时间长。③胶结体具有较高的抗压强度， 但结实体收缩率较大。

4.2.2 超细水泥（MC）单液浆

超细水泥（MC）是指水泥中的最大颗粒不超过 20μm，经过特殊磨细加工 的水泥，能渗入细砂层和岩石的细小裂隙中。超细水泥浆液性能稳定，其析水性、 流动性都比普通水泥有显着改善，浆液结石体具有较高的强度和耐久性。下表是 不同配比的超细水泥浆的基本性能。

不同配比的超细水泥浆的基本

性能 性能 结石率 凝胶时间 H-MIN） 抗分散 水灰比 （%） 初凝 性% 终凝 0.6:1 0.8:1 1:1 100 92 85 2-10 4-20 5-30 4-05 6-50 7-30 94 90 60 抗压强度（MPA） 1 天 4.4 3 天 20.5 1.3 7 天 28 天 24.2 7.0 3.4 29.2 17.1 5.6 注：抗分散性是指将一定重量的浆液倒入流速为 0.1m/s 的水中，注浆材料的留存率。

通过实践观察分析，超细水泥单液浆具有以下特点：①初凝和终凝时间比普 通水泥有所缩短；②固结体抗压强度较高，具有早强、高强的特点；③抗分散性 较好；④颗粒粒径小；⑤水灰比较大时，结实体略有收缩。

4.2.3 普通水泥-水玻璃双液浆

普通水泥-水玻璃双液浆具有材料来源广、价格适宜、凝胶时间可控等优点， 但由于其胶结体后期强度低，耐久性差，受水长期浸泡容易分解，不适合长期堵 水和加固围岩。不同配比的浆液特性见下表。不同配比的浆

液特性 W:C C:S 0.6:1 1:0.3 1:0.5 1:0.7 1:1 0.8:1 1:0.3 1:0.5 1:0.7 1:1 1:1 1:0.3 1:0.5 1:0.7 1:1 1.5:1 1:0.3 30 30 30 水玻璃浓度 （BE’） 30 凝胶时间 1 天 11.0″ 13.3″ 16.6″ 20.5″ 14.4″ 19.1″ 23.0″ 26.8″ 15.9″ 20.4″ 24.4″ 31.5″ 25.5″ 5.8 5.5 5.3 4.9 5.3 5.0 4.8 4.2 4.5 3.7 3.1 2.8 2.4 抗压强度（MPA） 3 天 6.7 6.5 6.5 6.4 6.2 6.1 5.9 5.7 4.7 3.9 3.6 3.4 3.4 7 天 7.4 7.3 7.0 6.9 8.4 8.3 8.1 7.9 5.8 4.4 3.9 3.6 3.9 28 天 10.2 9.7 9.3 9.0 9.6 9.1 8.5 8.0 7.8 6.9 6.7 6.1 5.8 1:0.5 1:0.7 1:1 32.7″ 38.0″ 48.4″ 2.3 1.8 1.6 2.9 2.5 2.4 3.5 3.3 3.1 4.5 4.4 4.2 水泥与水玻璃进行化学反应，有一个强度比较高配比，在此配比下反应充分， 结石体强度较高。试验结果如下图，其曲线代表了水玻璃波美度在（30～45）之 间，在不同水灰比下的综合曲线之趋势。试验条件：水泥为 32.5R 普通硅酸盐水 泥，测试温度为 23～23.5°C。 抗压强度(MPa) 水灰比为0.6∶1时，波美度为（30～45）时强度线 水灰比为0.8∶1时，波美度为（30～45）时强度线 水灰比为1∶1时，波美度为（30～45）时强度线 水泥浆水玻璃 （体积比）

水泥浆与水玻璃浆体积比对浆液 28 天强度影响

从上图中可以看出，在相同的水灰比条件下，当水玻璃浆：水泥浆的体积比

为 0.3～0.8 时，结石体强度较高，此外，在水泥-水玻璃配比一定的条件下，水 灰比减小，结石体强度提高。

通过试验观察分析，普通水泥-水玻璃双液浆具有以下特点：①凝胶时间短 且容易控制，具有早强的特点；②浆液配制容易，可注性较好；③胶结体后期强 度低，耐久性差，受水长期浸泡容易分解；④胶结体收缩率大。

4.2.4特制硫铝酸盐水泥（HSC）单液浆 特制硫铝酸盐水泥（HSC）主要由特制硫铝酸盐熟料、石膏、硅粉、减水絮

凝剂等组成。HSC 浆具有良好的抗分散性和早强、高强的性能，并且具有微膨 胀性，胶结后，能有效封堵出水通路，堵水效果较好。表 3-7 列出了不同配比下

的浆液特性。

不同配比浆液性能

性能 水灰比 0.8:1 1:1 1.2:1 1.5:1 结石率 凝胶时间（H-MIN） 抗分散性 抗压强度（MPA） （%） 初凝 % 终凝 1 天 3 天 7 天 28 天 100 100 100 98 0-55 1-00 1-30 2-00 1-13 1-20 2-00 2-30 98 96 90 85 13.5 8.0 6.5 3.0 17.6 14.0 9.5 6.0 20.4 18.0 9.6 6.8 26.1 20.0 16.0 10.0 注：HSC 即分散型硫铝酸盐超细水泥。

通过实践观察分析， HSC 具有以下特点：①抗分散性好；②抗

压强度高， 具有早强、高强的特点；③结实率高，并具有微膨胀性。④水灰比大时，抗分散 性能有所下降；⑤凝胶时间太短时，可注性和可操作性变差。 4.2.5 GRM 特种水泥

GRM 是一种凝胶时间可调的超早强自流平水泥基灌浆料，其显着特点是具 有超早强、高强、微膨胀性和密实、可灌性好的特性，且使用简单，可灌性好， 无需振捣。其相应的性能如下表

GRM 注浆材料性能

项目 凝胶时间（MIN） 初凝 帷幕注浆 超前加固 堵水 42 30 16 终凝 58 36 17 1H 6.8 8.5 12.9 抗压强度（MPA） 1D 29.2 27.6 30.8 3D 35.0 31.0 32.4 7D 35.4 38.1 60.15 1H 1.4 2.0 3.0 抗折强度（MPA） 1D 6.6 4.6 5.2 3D 7.0 5.4 5.8 7D 7.4 7.0 6.7 外加剂含量 （‰） 3.3 2.5 1.3 注：水灰比均为 0.45，试验温度为 20~22℃。

通过试验观察分析，GRM 灌浆料的具有以下特点：①抗压强度

很高，具有 超早强、高强的特点；②结实体具有微膨胀性；③浆液具有自密实、自流平的特 性；④需通过控制外加剂的掺量来控制凝胶时间，施工操作较复杂。

通过现场试验结果分析和应用情况，我们对这五种注浆材料得出以下初步结 论。

普通水泥可注性好，注浆时能够得到较大的注浆量和注浆加固范围。结实体 强度高，能有效地提高地层的承载能力。但普通水泥单液浆抗分散性能差，易被 地下水稀释，影响其强度和堵水性能，且由于其收缩率较大，因而不宜在水压高、 流速大、对堵水要求很高的条件下采用。由于普通水泥颗粒粒径大，在致密的粘 土及微小裂隙条件下渗透困难，仅能渗透注入 0.5mm 的裂隙。普通水泥的优势 在于料源广，价格低，结实体强度高。普通水泥适用于水量小、水压低、裂隙宽 或砂层颗粒直径大等地质条件，常用于节理、裂隙发育的地层及中粗砂、砂砾石 地层的注浆。

超细水泥固结体抗压、抗剪强度较高，具有早强、高强的特点，能得到好的 注浆加固效果；超细水泥颗粒粒径小，可灌性强，渗透注浆时能注入宽度大于 0.05mm 的裂缝，能得到较好的堵水和加固效果。但超细水

泥单液浆终凝时间仍 较长，受地下水稀释影响，对其凝胶性能会产生影响，因而在水压高、流速大条 件下会有一定的浆液损失；另外，当水灰比较大时，浆液略有收缩。在价格上超细水泥要高于普通水泥。超细水泥适宜于岩石的细小裂隙或致密的粘土层等地 层。

HSC 即特制硫铝酸盐超细水泥，具有较好的抗分散性，能有效地控制注浆 区域，适宜在高水压、水流速大的条件下注浆施工；HSC 浆具有早强、高强、 高抗渗、流动度大的特点，能有效提高地层的承载能力；其浆液结实体具有微膨 胀性，胶结后，能有效地封堵住各种出水通路，注浆后堵水效果显着。但考虑到 水灰比大时，其抗分散性能有所下降；而凝胶时间太短时，可注性和可操作性又 会变差；所以施工时水灰比通常取 1∶1。另外，HSC 价格较普通水泥要高。HSC 适宜于富含水且有一定水压的破碎岩层、出水管地道层等。

普通水泥-水玻璃双液浆可注性较好，可渗透注入裂隙为 0.2mm 以上的岩体； 其凝胶时间短且容易控制，具有早强的特点，普通水泥-水玻璃双液浆配制容易， 使用方便，价格中等。但其胶结体后期强度低，受水长期浸泡容易分解；且胶结 体耐久性差，收缩率大，对长期堵水和加固围岩不利。普通水泥-水玻璃双液浆 适用于临时堵水、控制注浆加固范围以及止浆墙渗漏时的快速封堵。

GRM（即超早强自流平水泥基灌浆料）是一种凝胶时间可调的水硬性新型 灌浆材料，其显着特点是具有超早强、高强、微膨胀性和自密实、自流平的特性， 但其抗分散性一般，施工时需通过控制外加剂掺量调整凝胶时间，现场操作较复 杂，且价格偏高。GRM 主要适用于铁路基床、路基路面的抢修补强，快速锚固、 基础灌浆加固工程。

4.3 关于对注浆材料选取的建议

注浆材料的选取主要应根据浆液的可行性、可注性、环保及经济性进行综合 分析，另外，还应结合其地质特征和注浆加固方案要求，从堵水性、耐久性（耐 腐蚀性）和工艺可操作性综合考虑进行注浆材料选择。根据室内试验初步结论， 综合以上特性进行比较分析，并结合相关地质条件，建议隧道注浆以普通水泥－ 水玻璃双液浆、超细水泥-水玻璃双液浆、HSC 单液浆为主要浆材，普通水泥单 液浆和超细水泥单液浆为辅助浆材；对于隧道的涌泥坍塌地段的全断面超前预注 浆，注浆材料以超细水泥-水玻璃双液浆或 HSC 单液浆为主，超细水泥单液浆为 辅；对于隧道的涌泥坍塌地段的径向注浆或补充注浆，注浆材料以水泥-水玻璃 双液浆为主，普通水泥单液浆为辅。各类浆液的水灰比、体积比及凝胶时间范围 如下表所示，各注浆材料具体配合比应在后面的现场试验和推广应用中不断优化 和完善，并最终确定下来。

各类浆液水灰比、体积比及凝胶时间一览表

浆液种类 普通水泥单液浆 水灰比（W∶C） 体积比（C∶S） 凝胶时间 0.5∶1～1∶1 7H40MIN～15H 1H20MIN～3H15MIN 30MIN～2H30MIN 1∶1～1∶0.3 1∶1～1∶0.3 20S～51S 22S～56S 超细水泥（MC）单液浆 0.6∶1～1∶1 特制硫铝酸盐水泥（HSC）单液浆 0.8∶1～1.2∶1 普通水泥－水玻璃双液浆 普通水泥－水玻璃双液浆 0.6∶1 0.8∶1 普通水泥－水玻璃双液浆 1∶1 1∶1～1∶0.3 28S～1MIN12S 注：表中水玻璃浓度取 30Be′。表中凝胶时间主要指初凝时间。