摘 要: 在大伙房水庫輸水工程中使用的外加劑主要包括減水劑和速凝劑兩種。作為隧洞斷面巖石支撐和襯砌的重要手段之一的噴射混凝土支護對TBM隧洞掘進機掘進進度和安全影響極大。噴射混凝土的性能以及可操作性在一定程度上取決于外加劑的品種、性能。通過對各種外加劑進行相容性、保塑性等性能試驗, 選擇出滿足工程需要的外加劑種類, 并且進行現(xiàn)場應用, 取得很好的效果。
關鍵詞: 混凝土; 減水劑; 速凝劑; 相容性; 強降率
中圖分類號: TV543+ . 1 文獻標識碼: A 文章編號: 1673 - 4939 (2006) 01 - 0031 - 03
大伙房水庫輸水工程是遼寧省“十五”期間一項重要水利工程。大伙房水庫輸水工程主體為深埋地下的長大隧洞, 地質條件一般, 主洞徑8. 2m,長85. 332km, 其中近80km 采用由美國生產的TBM隧洞掘進機進行施工。因此, 作為隧洞斷面巖石支撐和襯砌的重要手段之一的噴射混凝土支護對TBM隧洞掘進機掘進進度和安全有著極大的影響。由于噴射混凝土的性能以及可操作性在很大程度上取決于外加劑的品種和性能[ 1 ] , 應通過試驗來選擇適合本工程的外加劑品種并進行組合, 才能滿足本工程的各種技術性能要求。目前, 國外關于噴射混凝土的應用與研究已經進入一個較高的階段, 而我國尤其是東北地區(qū)在此方面的應用和研究還處在起步階段, 選擇一種可行的、適應東北地區(qū)工程特征的外加劑應用于噴射混凝土工程是廣大工程建設者的嶄新課題。本文在于通過對實際在建工程———大伙房水庫輸水工程噴射混凝土和外加劑的試驗研究和分析, 提出適合本地區(qū)和本工程的外加劑品種和具體應用方法。
1 外加劑品種選擇
噴射混凝土常摻入外加劑來改善其和易性、力學性能和耐久性。根據(jù)大伙房水庫輸水工程噴射混凝土設計要求和已建工程的成功經驗, 減水劑和速凝劑分別選用了以下幾種。
(1) 減水劑
選用沈陽東融GR - JS - 2型、石家莊長安鐵園TY - 5A型、上海麥斯特RH561型等三種高效減水劑進行應用試驗。
(2) 速凝劑
選用石家莊長安鐵園液態(tài)速凝劑、鞏義8604液態(tài)速凝劑、上海麥斯特SA160 型速凝劑等三種進行應用試驗。
2 外加劑性能試驗
2. 1 原材料
本試驗采用撫順水泥廠42. 5級普通水泥和施工現(xiàn)場附近12#料場的河砂及卵石。所用原材料經檢測均滿足設計要求。
2. 2 試驗內容
采用對比試驗法對所選用外加劑進行各項性能試驗。其內容包括測定初、終凝時間, 檢測外加劑堿性; 檢驗兩種外加劑的相容性; 檢測減水劑的保塑性; 檢測外加劑與噴射混凝土強度關系及其回彈率[ 2 ] ; 進行現(xiàn)場噴射試驗。
3 試驗結果與分析
3. 1 凝結時間與相容性
根據(jù)外加劑基本特性和單獨試驗結果, 經過分析采用多種組合進行了試驗[ 1 - 3 ] 。試驗結果見表1:
試驗結果表明,凝結時間與相容性符合設計要求的組合有GR - JS - 2型減水劑與8604液態(tài)速凝劑、鐵園TY - 5A型減水劑與鐵園液態(tài)速凝劑、RH561型減水劑與SA160型速凝劑三種。因此在檢測噴射混凝土強度和現(xiàn)場噴射試驗時,采用以上三種組合。
3. 2 保塑性與堿性
噴射混凝土施工要求具有較高的流動性, 即塌落度高[ 3 ] , 而此種情況下噴射混凝土能否保持良好的保塑性至關重要。測試結果表明, RH561型減水劑的保塑性最好, 而TY - 5A型減水劑與GR - JS -2型減水劑的保塑性較差。堿性試驗結果顯示,SA160型速凝劑呈弱酸性, 而8604液態(tài)速凝劑呈強堿性, 鐵園液態(tài)速凝劑呈弱堿性, 若把后兩種速凝劑應用于本工程將容易引起堿- 骨料反應。因此,選用外加劑時應引起高度重視。
3. 3 噴射混凝土力學強度
噴射混凝土的1d、7d、28d抗壓強度及28d強降率[ 4 ]如表2所示。測試結果表明, 三種外加劑組合配制的噴射混凝土的強度相差較大, 尤其是強降率。其中, RH561型減水劑與SA160型速凝劑組合配制的噴射混凝土的各齡期強度最高且強降率最低,與GR - JS - 2型減水劑與8604 液態(tài)速凝劑組合強降率相差近50%。
3. 4 現(xiàn)場噴射混凝土
經現(xiàn)場噴射試驗, GR - JS - 2 型減水劑與8604液態(tài)速凝劑和鐵園TY - 5A 型減水劑、鐵園液態(tài)速凝劑兩種組合配制的噴射混凝土回彈率較高(平均22% ) , 塌落度在14mm以下; RH561 型減水劑與SA160型速凝劑組合配制的噴射混凝土回彈率較低(平均14% ) , 且所測塌落度值在15 ～17mm內, 完全滿足設計和施工要求。另外, 在幾次洞內模擬噴射作業(yè)過程中, 發(fā)現(xiàn)鞏義8604速凝劑產生刺激性氣霧, 對洞內施工影響很大。
4 工程應用與推廣
本工程經過大量室內外試驗和專家分析研究,決定在主洞噴射混凝土施工中采用由上海麥斯特外加劑廠生產的RH561型減水劑和SA160型速凝劑組合而成的外加劑。從目前工程應用情況來看, 噴射混凝土在控制堿- 骨料反應以及保塑性、回彈率等方面均取得很好效果, 完全滿足設計和施工要求且降低了工程成本。
由于TBM全斷面隧洞掘進機在遼寧乃至東北尚屬首次使用, 與其相配套的噴射混凝土試驗研究顯得格外重要。上述外加劑試驗研究成果與應用不僅為大伙房水庫輸水工程施工提供強有力的支持,而且在今后遼寧東部山區(qū)小水電的開發(fā)建設方面有著重要的推廣和應用價值。
參考文獻:
[ 1 ] Tom Melbye. 用于巖石支護的噴射混凝土[M ]. 上海: 麥斯特有限公司出版, 2004.
[ 2 ] 陳磊. 常用混凝土外加劑及其應用[ J ].建筑技術開發(fā), 2004, (4) : 30.
[ 3 ] 林燕妮. 水泥與高效減水劑相容性的研究[ J ]. 福建建材, 2005, (1) : 15.
[ 4 ] 霍洪媛, 等. 建筑材料[M ]. 北京: 中央廣播電視大學出版社, 2001.
