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关于CJT砂石骨料调节剂在隧道二衬混凝土中应用可行性的讨论
发布时间:2022-04-14    浏览次数:97

[摘要]本文结合市政道路工程隧道二衬工装工艺与当前混凝土配合比设计的性能不匹配,导致混凝土拌合站的生产管理、混凝土的施工、混凝土工程质量等等环节带来的各种局限,配合比设计时应用调节剂后,既改善了配合比的工艺性能,又提高了混凝土的结构性能,最终帮助我们更好地实现隧道混凝土工程的预期目标。

[关键词]隧道二衬;CJT砂石骨料调节剂;工艺性能;结构性能


一、隧道二衬工装工艺概况

       目前市政道路工程隧道施工普遍采用的是衬砌台车施工工装,二衬施工时通过溜槽逐窗分层入模方式进行浇筑。浇筑系统设置主料斗、滑槽、分流槽、分流串筒,正视图所示。混凝土通过泵送后送至主料斗,通过调节分流槽档板,控制混凝土流向分流串筒,经固定滑槽和滑动滑槽流动到第一层浇筑窗口。当混凝土浇筑到第一层窗口时,关闭第一层浇筑窗口;调节分流槽档板,依次将混凝土导流至第二层、第三层窗口,依次关闭第二层、第三层浇筑窗口;浇筑拱顶混凝土时,更换泵管,进行冲顶浇筑施工

1  二衬滑槽逐窗分层入模浇筑技术

2 拱顶主料斗平台

      实施二衬逐窗分层浇筑工艺前,混凝土采用泵送入模浇筑,140~180mm坍落度、400~450mm扩展度可以满足二衬不同部位的施工要求。随着二衬工装的不断发展与创新,对混凝土流动性能要求越来越高。现今隧道二衬配合比设计常见坍落度在160~200mm、扩展度在450~510mm,尽管设计的配合比流动性能已增加,从施工应用的实例效果来看,配合比设计的流动性能仍然不能充分的满足拱部混凝土流动性能的要求。根据施工使用经验,拱部混凝土施工坍落度宜为200~240mm、扩展度宜为520~600mm。当配合比设计的混凝土施工性能与工艺不匹配时,会导致混凝土拌和站的生产管理、混凝土施工、混凝土工程质量等等环节产生各种局限


二、二衬拱部混凝土施工性能的基本特征

   

       二衬边墙混凝土的浇筑与振捣通过相对小的流动性就可以实现,拱部的流动性能要求高。拱部混凝土的密实振捣配套平板振捣器,启动平板振捣器时考虑二衬模板体系的位移变形、稳定性与安全性,点振时间不会太长,所以拱部混凝土主要通过自流平来填充密闭空间以排除空气达到密实。

拱部的结构设计形式、冲顶浇筑工艺、预埋钢筋密集程度、二衬混凝土振捣密实方式等等综合因素共同决定了拱部混凝土的性能要求特别高。拱部混凝土坍落度宜为200~240mm、扩展度宜为520~600mm、流速快、黏聚性好、匀质性好、抗离析趋势能力强、不离析、不泌水、不泌浆、混凝土体积稳定性好等等。


混凝土灌注方法及标准


备注:本表由某施工项目提供,灌注标准是根据工装工艺和施工经验总结的推荐值,可以根据实际施工情况调整。

图3:二衬拱部平板振动器



三、当前二衬混凝土配合比设计的性能


(1)侧重于边墙的施工性能

      目前最常见的配合比设计方式,设计的坍落度在160~200mm、扩展度在450~510mm,施工第三层窗口以下的部位,混凝土流动性小时通过减水剂掺量、砂率的调整可以获得我们需要的施工性能;到拱部时可能需要通过提高减水剂掺量、增加砂率以达到拱部混凝土施工需要的大流动性。

(2)侧重于拱部的施工性能

      这类配合比在设计时多用胶凝材料、多用细骨料、多用外加剂来增加混凝土的流动性,甚至达到自流平状态,以满足拱部混凝土的施工要求,我们称为第2类配合比。


四、混凝土配合比设计的性能与二衬工艺不匹配存在的局限


结合隧道二衬混凝土配合比设计的常用方式,下面我们讨论上述2类配合比设计在施工过程中存在的局限:

01 拌和站生产的不稳定性(第1类配合比)

      混凝土在浇筑第三层窗口以下的部位时,160~200mm坍落度、450~510mm扩展度能满足混凝土的施工性能。切换到拱部混凝土浇筑后,继续沿用设计配合比的坍落度与扩展度,已满足不了拱部混凝土的大流动性要求。

      在拌合站混凝土生产时,受原材品质变化、骨料含水均化不好等因素,施工现场可能会通过手动方式额外提高外加剂掺量、砂率来增加混凝土的流动性;也可能固定水胶比,手动添加胶凝材料用量与用水量来增加混凝土的流动性。手动操作不仅增加了拌和机操作人员的工作劳动强度;而且添加的量不精确,无法保证混凝土的水胶比强度,增加了混凝土生产的不稳定性。
02 混凝土施工质量控制的不规范性(第1类配合比)
      从混凝土浇筑完第三层窗口到开始浇筑拱部,流动性需要调整,当调整不及时,可能出现退料、施工操作人员现场加水、混凝土入模后流动性不足等现象。退料增加了拌和站的生产管理负担;现场随意加水增加了泵送堵管风险,混凝土强度也无保证;混凝土入模后流动性不足可能导致不能充盈顶部,容易引起空洞,还可能会造成施工冷缝。
03 实体质量的不可控性(第1类配合比)
      从拌和站混凝土生产、运输、浇筑,每个环节都要严格控制,一个环节的不当控制可能给下一个环节造成质量隐患。为了达到拱部需要的大流动性,拌和站生产混凝土时可能多用外加剂、多用胶凝材料,施工现场多加水,这些因素可能导致混凝土在模板里离析分层、泌水、有浮浆,浮浆多还会产生塑性收缩裂纹,拱部的强度和耐久性都无法保证;也可能造成混凝土的砂线、水纹、色差等外观质量的隐患。



图4:二衬拱部冲顶浇筑的常见外观质量(一)

图5:二衬拱部冲顶浇筑的常见外观质量(二)
04 配合比设计的不经济性(第2类配合比)

      设计配合比时为了增大流动性,多用胶凝材料、多用细骨料、多用外加剂,这时配合比的设计忽视了配合比的经济性,造成了社会资源的浪费。我们见过二衬C35配合比每方使用胶凝材料430Kg。

      这类配合比设计的性能,浆骨比例大,容易产生浮浆,浮浆多容易增加二衬实体塑性沉降收缩裂缝的风险,影响结构物的使用寿命,对工程实体的耐久性不利。
05 
混凝土工作性的敏感性(第1类、第2类配合比)
      上述2类配合比设计的混凝土工作性能在施工拱部时,均需要大流动性,接近于自流平。二衬配合比设计时单方用水量低,可能低于160Kg/m3,为了增加混凝土的大流动性,通常提高外加剂的用量,混凝土因低用水量高浓度外加剂而变得敏感,混凝土易离析、泌水、产生浮浆、粗骨料下沉,影响到混凝土的施工生产进度与实体质量。


五、澳门新浦京8814com调节剂在隧道二衬混凝土中的应用
01 澳门新浦京8814com调节剂的应用原理
      调节剂中大量的阴离子基团,可优先于高性能减水剂、拌合水进行吸附,特定的官能团与水分子中氢键缔合在水泥、掺合料等等细颗粒表面形成较厚的溶剂化水膜层,水膜层的隔离润滑,使得混凝土浆体具有良好的分散性,而且提高了浆体的丰富程度;由于优异的吸附与分散节作用,调剂在胶凝材料、石粉颗粒表面的吸附屏蔽作用,可以减缓胶凝材料水化进程,克服高吸附砂对减水剂的吸附与消耗,有效地抑制混凝土坍落度损失。
02 澳门新浦京8814com调节剂的作用

      混凝土引入调节剂后,浆体与骨料的过渡界面搭接增加,混凝土的粘聚性改善,有效避免混凝土的离析、扒底,促进浆体的稳泡性;减小浆体屈服应力而降低塑性混凝土粘度,增加浆体分散性,降低混凝土的单位用水量;使用调节剂后混凝土坍落度在200~240mm、扩展度在520~600mm时,混凝土也不容易出现浮黑、泛黄、泌水,表面气泡少,可以有效避免混凝土的离析泌水,混凝土的体积稳定性与泵送性能变好,硬化后的结构物密实性提高,混凝土强度、耐久性和外观质量更有保证。

      使用调节剂形成富浆体系,增加了混凝土黏度,不仅高性能减水剂超掺0.3%左右,混凝土也不易离析扒底,而且可以解决混凝土流动度反增长,有效降低了外加剂掺量增加造成废料的几率,提高了生产效率。

03 隧道二衬混凝土应用调节剂的实施方式
03.1原材料

3.1.1 水泥:采用华南某地区华润P.O42.5水泥,符合《通用硅酸盐水泥》(GB175)的标准要求,主要技术指标见表1:


表1—P.O 42.5水泥主要技术指标
3.1.2 粉煤灰:桥牌F类 II级粉煤灰,符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596)的标准要求,主要技术指标见表2:

表2—F类II级粉煤灰技术指标

3.1.3 机制砂:采用华南某地区的机制砂,细度模数为2.9,符合《建设用砂》(GB/T 14684)的标准要求,主要检验结果见表3:


表3—机制砂主要检验结果

3.1.4 碎石:选用华南某地区连续级配的5~25mm碎石,符合《建设用卵石、碎石》(GB/T 14685)的标准要求,主要指标如表4:


表4—粗骨料主要检验结果
3.1.减水剂:某厂聚羧酸高性能减水剂符合《聚羧酸系高性能减水剂》(JG/T 223)的标准要求,其指标见表5:
表5—聚羧酸高性能减水剂主要检验指标
3.1.6 调节剂:澳门蒲京娱乐app官网的CJT砂石骨料调节剂,符合JC/T 2469-2018《混凝土减胶剂》标准要求,主要技术指标见表6:
表6—CJT砂石骨料调节剂技术参数
3.1.7 水:混凝土拌合水符合JGJ 63-2006《混凝土用水标准》的标准规定。
03.2实验方法

3.2.1二衬混凝土基准配合比的选定:

依据施工图设计、混凝土结构设计(GB 50010)、混凝土结构耐久性设计(GB/T 50476)的要求,结合配合比设计强度龄期、混凝土施工工艺、拌合站生产管理控制能力、混凝土运输距离、施工气候环境、原材料品质、强度水胶比曲线等等因素,进行混凝土的基准配合比选定,选定的二衬典型基准配合比C35见表7:

表7—配合比原材料使用情况数量表(Kg/m3)
3.2.2 二衬混凝土基准配合比的拌合物工作性能试验,见表8、图5:
表8—基准配合比出机的拌合物工作性能

图5:基准拌合物工作性能
3.2.3 根据上述基准配合比与拌合物工作性能,选定掺入CJT砂石骨料调节剂的配合比,见表9:

表9—配合比原材料使用情况数量表(Kg/m3)
3.2.4 掺入CJT砂石骨料调节剂配合比的出机拌合物工作性能,见表10、图6:
表10—掺入CJT砂石骨料调节剂配合比的出机拌合物工作性能


图6:掺调节剂的拌合物工作性能
3.2.5 基准配合比与掺入CJT砂石骨料调节剂配合比的硬化混凝土性能,见表11:


表11—硬化后混凝土的性能

3.2.6 综合二衬典型基准配合比C35的试验结果:

1) 在基准配合比中掺入CJT砂石骨料调节剂后,混凝土拌合物的工作性能、物理强度、耐久性指标都优于基准配合比,均能满足隧道二衬边墙与拱部混凝土的施工要求与设计要求;

2) 掺CJT砂石骨料调节剂的配合比的胶凝材料比基础配合比减少30Kg/m3,配合比综合经济成本降低,胶凝材料的减少直接降低了二衬混凝土结构物的水化热温升与下降的速率,可以有效抑制二衬实体温度差应力约束产生的裂缝;

3) 掺CJT砂石骨料调节剂配合比的砂率比基准配合比砂率降低2%,粗骨料每方增加60Kg/m3用量,在工作性能满足要求的基础上浆骨比变小,硬化前混凝土的体积收缩变形带来的开裂风险减小,硬化后混凝土的弹性模量增加,隧道二衬的劈裂强度提高;

4) 当减水剂掺量增加0.4%内时,可以根据混凝土工作性能灵活增加调节剂的用量在0.4%内,显著地降低了混凝土性能对减水剂的敏感性。
04 隧道二衬混凝土应用调节剂的工程实践

       以华南区域某市政道路隧道工程为例,主体结构设计基准期 100 年,暗洞采用复合式衬砌,设计Ⅳ~Ⅴ级围岩,二衬混凝土强度等级为C35,衬砌厚度为50cm,主筋间距为15cm,隧道衬砌采用整体式液压钢模衬砌12m台车进行混凝土衬砌,混凝土通过自动计量拌和站集中拌和,混凝土搅拌运输车运送混凝土,混凝土输送泵泵送入模,采用料斗和滑槽实现混凝土分层逐窗入模浇筑,振捣器振捣。

      在隧道二衬施工中, 经过掺入CJT砂石骨料调节剂配合比的多次试验与工程实践,一个典型的掺入CJT砂石骨料调节剂的施工配合比见表12:

表12—施工配合比原材料使用情况数量表(Kg/m3)
      在隧道工程二衬混凝土掺入CJT砂石骨料调节剂配合比的实施中,保证了坍落度在200~240mm、扩展度在520~580mm时,混凝土也未出现浮黑、泛黄、泌水,混凝土浆体表面无气泡,泵送性能变好,保证了混凝土的工艺性能与结构性能,测试结果均能满足设计要求,结果见表13:


表13—掺入CJT砂石骨料调节剂配合比的混凝土性能试验结果
      二衬混凝土掺入CJT砂石骨料调节剂后改善了硬化混凝土的外观,无砂线、水纹、色差等质量缺陷,见图7、图8:
图7:硬化后二衬的局部外观
图8:硬化后二衬的整体外观

      二衬混凝土掺入CJT砂石骨料调节剂后硬化混凝土的实体检测结果均满足设计要求,数值见表14:

表14— 隧道二衬部分实体检测强度结果(MPa)
      在一个项目的隧道工程200延长米的二次衬砌混凝土中成功应用了CJT砂石骨料调节剂,无论是混凝土的工艺性能,还是结构性能,都能满足施工生产与设计要求,进一步验证了它的可行性。
05 调节剂在混凝土中的实用性
      调节剂的使用量在混凝土拌和站生产时,可以根据实际的混凝土性能状态灵活使用不同的掺量,可以显著的改善混凝土的浆体包裹性能,增加混凝土的抗离析敏感性能,尤其是降低聚羧酸高性能减水剂、原材料品质变化、砂石含水变化等等对混凝土性能的敏感性,可以有效地克服上述存在的局限。二衬拱部的混凝土需要大流动性、较好的抗离析性能,通过调整调节剂的掺量就可以获得需要的工艺性能。
06 调节剂的使用对混凝土物理强度与耐久性的保证
      在合理的配合比设计、恰当的施工控制与管理下,调节剂改善混凝土的施工性能后,使混凝土的匀质性、体积稳定性更好,对混凝土的强度和耐久性更有保证,还能使混凝土硬化后的外观色差、水纹印、大脱空质量等等缺陷病害减少,使工程项目的质量管理上新的一个台阶。
07 调节剂在混凝土中的配合比经济性
      调节剂应用后,可以使混凝土的浆体变得更丰富,在保证强度水胶比、工作性能的基础上,可以少用胶凝材料。

六、结论

      隧道二衬混凝配合比设计时掺入CJT砂石骨料调节剂可以根据边墙与拱部所需要的混凝土工作性能灵活使用不同的掺量,可以显著的改善混凝土的浆体包裹性能,增加混凝土的抗离析性能,尤其是降低聚羧酸高性能减水剂、原材料品质变化、砂石含水变化等等对混凝土性能的敏感性。

      面对目前隧道二衬混凝土配合比设计性能与工装工艺不匹配存在的局限、拱部混凝土的大流动性要求等等因素,使用CJT砂石骨料调节剂后,既改善了配合比的工艺性能,又提高了混凝土的结构性能,最终帮助我们实现隧道混凝土工程的预期目标。

      调节剂在混凝土中具有实用性,可以使隧道二衬结构实体的物理强度与耐久性更有保证,还可以使配合比的应用具有经济性。

七、结束语

      通过众多市政混凝土工程应用澳门新浦京8814com调节剂产品的效果与经验,澳门新浦京8814com调节剂在改善混凝土施工性能的同时,既提升了拌和站的混凝土生产效率,也为混凝土工程质量的内实外美保驾护航,同时还给混凝土拌和站与施工工程的项目带来了直接与间接的经济效益、社会效益。

我们相信,通过澳门新浦京8814com调节剂产品持续不断的精心付出与努力,会给隧道混凝土工程的高效生产和工程质量的提升奉献出一点绵薄之力。



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