聚羧酸减水剂在地铁盾构管片混凝土中的应用.pdf

2 0 1 0年 第 1期 (总 第 2 4 3 期 ) N u mb e r l i n 2 0 1 0 ( T o ml No 2 4 3 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 P RACTI CAL TECHNOLOGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 0 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 O 1 0 4 0 聚羧酸减水剂在地铁盾构管片混凝土中的应用 傅乐峰 。邓最亮。林珩，冯中军，郑柏存，于建国 ( 华东理工大学 资源与环境工程学院，上海 2 0 0 2 3 7 ) 摘要 ： 为保 证管片质 量的条件下进一 步优化地 铁盾构管 片生产工 艺 ， 提高 管片生产效率 ， 研究 了掺 V I V I D早强 型聚羧酸减水 剂 的 管片混凝土的水灰比、 坍落度 、 含气量及蒸养时间对管片生产的影响， 结果表明： 水灰比降低至 O 2 8 - 4 ) 3 l ， 坍落度控制在 3 0 - 7 0 m m， 可 以缩短混凝土静停预蒸养时间至 l h左右 ； 含气量增加会降低混凝土强度， 并影响管片外观质量； 管片蒸养时间可由 4 5 h 缩短至 3 5 h。 关键词 ： 早强 ；聚羧酸减水剂 ；脱模 强度；盾构管片 中图分类号 ： T U5 2 8 0 4 2 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 1 0 1 2 7 0 3 Apl l i c a t i on of po l yc a r bona t e sup er pl a s t i c i z er i n s ubwa y s hi e l d se gmen t co nc r e t e F UL e - f ang ， DE NGZu i - l i a n g， L I NHe n g ， F E NGZ h o n g -j u n ， Z HE NGB o - c u n ， Y UJ i an-g u o ( S c h o o l o f Re s o u r c e a n dE n v i r o n me n t a l E n g i n e e r i n g ， E a s t C h i n a Un i v e r s i t yo f S c i e n c e andT e c h n o l o g y ， S h a n g h a i 2 0 0 2 3 7 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： To O p t i mi z c s u b wa y s h i e l d s e g me n t p o r d uc fi o n p r o c e s s a n d i mp r o v e s e gm e n t p r o d u c t i o n e f fic i e n c y， VI VI D P o l y c a r b o n a t e S u p e r p l a s - t i c i a z e r i s us e d wh i l e e n s u rin g t h e q ui t y o f s e gm e n t S o m e v a ria t i o n e f f e c t i n g o n s e gme n t p r o d u c t i o n i s s t u d i e d， s u c h a s wa t e r t o c e m e n t r a t i o ( W C) s l u mp ， anda i r c o n t e n t e r e T h e r e s u l t s s h o wtha t s e gm e n t c o n c r e t e p r e s t e a me d t i mei S s h o r t e dt o 1 hwh e nW Cma i n t a i n s i n0 2 8 -0 3 1 and s l u mp i s c o n t r o l l e d i n 3 0 7 0 r n m I n c r e a s i n g a i r c o n t e n t wo u l d d e c r e a s e c o n c r e t e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h， an d m a k e s e gm e n t l o o k s u g l yTh e s t e a me d t i me o f s e gm e n t c o n c r e t e wi t h VI VI D wo ul d b e r e d u c e d f r o m 45 h t O 3 5 h Ke y wor d s ： e a r l y s e n g t h； p o l y c arb o n ate s u p e r p l a s t i c i z e r ； d e mo u l d i ng s tre n g t h； s hi e l d s e g me nt O 引言 随着地下铁路等工程越来越多的采用盾构法施工， 混凝土 管片的需求量也越来越大， 进一步优化地铁盾构管片生产工艺 ， 提高管片生产效率成为现有预制管片生产厂的重要任务。而 且， 混凝土管片作为盾构法隧道中的关键组成部分 ， 它的质量 直接影响整个隧道的质量。目前影响管片质量的主要问题有两 个【 l 】 ： 一是气泡问题 ， 大气泡影响构件的外观， 甚至降低混凝土 管片的抗渗性能 ； 二是裂缝 ， 裂缝宽度超过 0 2 mm 就会影 响混 凝土 的结构和防水田 。 目前钢筋混凝土管片生产的新工艺为流水线传输法( 如 图 1 ) ， 限制管片生产效率的阶段主要有两个 ： 一是混凝土静停 预蒸养时间为混凝土收光抹面时间； 二是蒸养时间为 混凝土强度达到脱模强度的时间。 儡 搅 拌 楼 I运 输 。 I振 捣 成 型 养 护 至 龄 期 f I 工 l 黥l睦 卜匝 _ 匝 装 簋 图 1 流水线传输法生产管片工艺流程图 本文通过对掺 V I VI D早强型聚羧酸减水剂的管片混凝土 的应用研究， 考察影响管片混凝土质量的因素， 并将其应用到 管片混凝土生产中， 可以提高管片的生产效率， 加快模具周转， 降低蒸养能耗， 并进一步提高混凝土管片的质量。 1 试验部分 1 1 试验原材料 ( 1 ) 水泥采用华新 P O 4 2 5级水泥 ， 比表面积 3 5 0 mV k g ， 具体技术性能指标见表 1 。 表 1 水泥的化学组成 材料 S i O2 Al 2 ( ) 3 F e 2 o 3 T i O C a O Mg O S O3 L o s s 水泥 2 O 4 7 5 9 4 8 5 9 6 4 3 7 4 2 0 8 2 4 4 ( 2 ) 骨料。砂含泥量 1 2 ， 细度模数为2 I4 ； 石含泥量0 -4 ， 为 5 2 5 I D A T I 的连续级配碎石 ， 其 中 6 0 以上为 1 6 mm以下的颗粒。 ( 3 ) 减水剂。采用上海三瑞高分子材料有限公司研发并生 产的 V I V D早强型聚羧酸系高效减水剂， 及 目前管片生产所用 的聚羧酸高效减水剂 P C L H， 萘系高效减水剂 N S F H W， 减水 剂的匀质性指标见表 2 。 1 2试验 方 法 ( 1 ) 减水剂基本性能测试 按照 G B 8 0 7 6 -1 9 9 7 ， 测试减水剂的减水率 、 含气量及凝 结时间等基本性能。依照表 3配合比， 在标准养护条件下测试 各减水剂对管片强度的影响。 收稿 日期 ：2 0 0 9 - 0 8 - 2 5 基金项目：上海市优秀学科带头人计划项目( 0 8 X D1 4 2 2 9 ) ； 上海市科技启明星计划项 目( 0 7 Q B 1 4 0 4 8 ) 1 2 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 2 减 水剂的匀质性 唰种类 ， ， 舶 N ( 2 ) 管片养护方式 蒸汽养护： 浇筑成型后先在 3 5 - - 4 0预蒸养， 在预蒸养期间 进行三次抹面收光， 随后进入恒温蒸养箱中， 在 5 0左右蒸养 若干小时， 降温脱模， 要求脱模强度达到 1 8 MP a以上。 2 试验结果分析 与讨论 2 1 各减水 剂基 本性能 比较 各减水剂 的基本性能测试结果见表 4 。 表 4各减水剂的基本性能 从试验结果可以看 出 ， VI V I D早强 型聚羧酸减水剂较 目前 管片所用的两种减水剂减水率更高， 含气量更低， 混凝土早期强 度更高。因此， 接下来采用该种减水剂， 研究减水剂对管片质量 及生产工艺的影响。 2 - 2 混凝土状态对管片生产的影响 表 5 V I VI D早强型聚羧酸减水剂不同掺量条件下对混凝土的影响 考察混凝土坍落度大小对管片生产的影响， 结果见表 5 。 由表 5可以看出， 同等水灰比条件下时， 坍落度小的混凝 土抹面收光时间短 ； 而相同坍落度时， 水灰比小的混凝土抹面 时间短 。 由于管片在生产过程中， 在混凝土浇筑成型完毕后 ， 需要 静停一段时间， 在混凝土达到一定硬度之后， 对管片表面进行 收光抹面。如果静停的时间不够长， 在硬度未达到收光时， 管片 就进入蒸养室 ， 就会导致 成品管片表面起鼓 、 酥松和气泡 的现 象发生， 严重影响管片的质量和外观嘲 。因此为了保证管片质 量， 并加快生产速度， 可以降低水灰比、 减小坍落度， 缩短抹面 时间。但由于管片混凝土为振动成型， 且管片模具为弧状 ， 若 混凝土坍落度过小或不具有流动性， 成型时， 混凝土很难填充 到模具边角部位 ， 将会造成施工困难甚至管片缺角的现象发 生 。因此 ， 根据试验结果 ， 确定混凝土的坍落度控制 范围应该在 3 0 7 0 ran 1 ， 水灰 比0 _ 3 1 ， 在该条件下 ， 管片混凝土静停 时间可 以缩短至 5 O 7 0 mi n 。 2 3 混凝土含气量对管片生产的影响 通过调整引气剂的掺量来控制管片混凝土含气量， 得到试 混凝土配合比同表 3 ，但是通过改变减水剂掺量和用水量， 验结果如表 6 、 图 2所示。 表 6 含气量变化对管片混凝士的强度影响 ( a ) 含 气量2 O ( b ) 含气量4 5 图 2 混凝土管片表观气孔分布 由表 6可知， 随着混凝土含气量的增加， 混凝土强度降低， 尤其经过蒸养的混凝土强度降低更加显著。这是由于水泥水化 后 由于含有未水化熟料及矿物掺合料颗粒， 还有粗大的晶态 水化产物， 对于 W C = 0 3 0 5的普通水泥硬化浆体， 其总孔隙 率在 1 5 3 0 ， 其中可再分为两级： 纳米尺度( 1 0 m) 的水 化硅酸钙凝胶孑 L ； 由存在于水化产物之间的气泡 、 裂缝所组 1 28 成的毛细孔 ， 其尺寸范围则在 1 0 0 n l T l 和几个毫米之间用 。当含 气量较高时， 混凝土成型内部残余了大量的气泡， 该部分气泡 在温度升高时， 会产生膨胀效应， 对混凝土内部结构造成破坏， 甚至形成蜂窝状结构 ， 使得混凝土强度大幅度降低。 不同含气量的管片混凝土蒸养后外观状态如图2 。 由图2可以看出， 含气量低的管片混凝土表观气孑 L 很少， 且 均为直径很小的小气孑 L ， 而在含气量高的混凝土表面， 则分布 了大量的直径 3 mm以上的大气孔。 气孑 L 的存在， 即影响了管片 的外观， 增加了外观饰浆的过程； 又会影响管片的内部结构， 降 低混凝土强度， 严重的甚至会降低混凝土的抗渗性能。但是， 气 泡的存在可以提高混凝土的工作性能 ， 当混凝土含气量过低时 ， 会损失流动性 ， 造成施工困难， 故而不能一味的降低含气量， 而 应综合考虑生产工艺的便易性。 2 4 蒸养时间对管片混凝土的影响 依据以上试验结果， 外加剂采用 V 1 VI D早强型聚羧酸减水 剂， 掺量为 1 0 ， 水灰比为 0 2 9 ， 管片混凝土预养( 温度 3 5) 时间为 1 h ， 改变蒸养时间， 得到混凝土的脱模强度见图3 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 蒸养时 司， h 图 3 管片蒸养时间对脱模强度的影响 由图 3可以看出， 在蒸养时间 4 h以内， 延长蒸养时间可 以大幅增加混凝土强度 ； 蒸养时间超过 4 h以后， 延长蒸养时 间混凝 土强度增加很 小 ； 蒸 养时 间为 3 5 h时 ， 混凝 土强 度达 到 2 2 5 MP a ， 满足脱模要求 。 3结 论 ( 1 ) V I V I D早强型聚羧酸减水 剂相对 目前管 片生产所用减 水剂具有以下特点 ： 减水率更高， 含气量更低 ， 强度增长更快 ， 混凝土和易性更好。 ( 2 ) 降低管片混凝土生产的水灰比至 0 2 8 0 3 1 ， 控制坍落 度在 3 0 7 0 mm， 可缩短管片混凝土静停预养时间。 ( 3 ) 管片混凝土的含气量增加， 会大幅度降低蒸养强度， 并 且影响管片外 观质量。 ( 4 ) 使用 V I V I D早强型聚羧酸减水剂 ， 可以有效缩短静停 上接第 1 2 6页 固砖墙可达到如下效果 ： ( 1 ) 碳纤维织物网聚合物砂浆复合面层加固砖墙是非常有 效的。加固后墙体的开裂荷载和极限荷载较未加固墙体有明显 提高； 加固墙体的变形能力也明显改善， 加固后墙体的极限位 移显著增长。 ( 2 ) 碳纤维织物网用于加固砖墙时， 格栅宽度越小， 其加固作 用越明显； 双面加固墙体的承载力和变形性能优于单面加固墙体。 ( 3 ) 碳纤维织物网通过桁架模型中的受拉杆机制改善墙体 的受力状态， 从而提高构件的抗剪承载力； 另一方面， 通过限制 墙体裂缝的开展 ， 提高 了构件的抗裂能力 。 ( 4 ) 本 文提 出的碳纤 维织物 网一 聚合 物砂浆 复合面层加 固 砖墙的抗剪承载力计算公式 ， 可供设计人员参考。 由于本次试验的墙体试件数量有限， 不可能模拟采用多种 方法加固墙体的受力性能 ， 试验结果有一定的局限性， 如对碳 纤维织物编网方式 、 聚合物砂浆不同配合比和复合面层厚度等 尚未比较 ，因此对碳纤维织物网一 聚合物砂浆面层加固砖墙的 技术还有待做更多的理论研究。 参考文献 ： 1 】A V R AMI D O U N， DR D A C K U M F ， P R OC HA Z K A P P S t r e n g t h e n i n g a g a i n s t d a m a g e o f b ri c k w a l l s b y y a r n c 0 m p o s i t e s 【 c S i x 【 h I n t e r n a t i o n a l Co n f e r e n c e O 11 I n s p e c t i o n， Ap p r a i s a l ， Re p a i r s Ma i n t e n a n c e o f B u i l d i n g s S t r uc t u r e s De c e mb e r 1 9 9 9， Me l bu r n e， Au s t r a l i a ， 51 - 5 8 2 J A L B E R T M L， E L WI A E， C H E N G J J RS t r e n g t h e n i n g o f u n r e i n f o r c e d 预蒸养时间和蒸养时间， 从而提高管片生产速率 ， 且制备的管 片表观气孔 含量少 ， 外观光 洁亮 白。 参考文献 ： 1 】 啜志强， 李大为 地铁盾构管片质量通病控制f J J 科技创新导报， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 4 7 4 8 【 2 】 杨秋玲， 马可检 C 5 0 高强混凝土在盾构隧道管片中的应用【 J 】 铁道 建筑 ， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 4 4 4 6 3 J 谈永泉， 杨鼎宜 我国预制混凝土衬砌管片技术现状及发展趋势 J 】 生产混凝土与水泥制品， 2 0 0 8 ， 8 ( 4 ) ： 2 5 2 9 【 4 】 杨雄利 地铁混凝土管片养护制度的研究 J J 铁道建筑， 2 0 0 8 ( 3 ) ： 3 8 - 3 9 【 5 】 杨雄利 地铁隧道衬砌管片蒸汽养护预养期试验研究f J 】 铁道建筑， 2 o o 8 ( 5 ) ： 1 2 一 l 8 f 6 】 于良， 于红梅 地铁盾构管片混凝土配合比的设计与应用 辽宁建 材 ， 2 0 0 9 ( 5 ) ： 2 1 2 2 7 】沈卫国， 陈松生水泥基复合材料纳米改性的研究 J 】 新世纪水泥导 报， 2 0 0 4 ( 2 ) ： 2 9 - 3 4 作者简介： 傅乐峰( 1 9 7 5 一 ) ， 男， 博士研究生。 单位地址 ： 上海市梅 陇路 1 3 0号 ( 2 0 0 2 3 7 ) 联 系电话 ： 0 2 1 6 4 2 5 2 3 9 9 ma s o n r y w a i l s u s i n g F R P s J J o u rna l o f C o m p o s i t e s f o r C o n s t r u c t i o n， 2 0 0 1 ， 5 ( 2 ) ： 7 6 8 4 3 】Y ON G Xu n ， WE I S u n ， R E I N HA R D T H W， e t a 1 S u l fo- a l u m i n a t e c e - me n t o f C h i n a f o r p r e s t r e s s e d t e x t i l e r e i nfo r c e d c o n c r e t e i n G e r ma n y ， 3 r d As i a Pa c i f i c S p e c i a l t y Co n f e r e n c e o n F i b e r Re i n f o r c e d Ma t e r i a l s ( C h a n g S h a ) C 2 0 0 3 ： 2 2 7 2 3 4 【 4 G B 5 0 0 2 3 -2 0 0 9 ， 建筑抗震鉴定标准 s 北京： 中国建筑工业出版 社 ， 2 0 0 9 【 5 J G J 1 1 6 2 o 0 9 ， 建筑抗震加固技术规程【 s 】 京 ： 中国建筑工业出版 社 ， 2 0 0 9 6 赵彤 ， 等碳纤维布用于砖砌体抗震加固的试验研究【 J J 地震工程与 工程振动 ， 2 0 0 1 ， 2 1 ( 2 ) ： 8 9 9 5 7 】 施楚贤 砌体结构 M 北京： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 3 【 8 G B 5 0 0 0 3 -2 0 0 1 ， 砌体结构设计规范 s 北京 ： 中国建筑工业出版 社 ， 2 0 01 【 9 1 姚立亍 高性能纤维混凝土织物增强混凝土应用研究 J 】 广东工业大 学学报， 1 9 9 9 ( 4 ) ： 1 7 2 1 【 1 0 】 潘永灿， 荀勇 纤维织物与混凝土基体界面黏结性能试验研究 四 川建筑科学研究 ， 2 0 0 8 0) ： 1 3 0 1 3 2 作者简介 ： 单位地址 ： 联 系电话 ： 潘永灿( 1 9 7 3 一 ) ， 男， 副教授， 硕士， 国家一级注册结构师、 国家一级注册建造师， 主要从事结构工程研究。 江苏盐城工学院土木工程学院 3 8 0 5 信箱( 2 2 4 0 5 1 ) O 5 1 5 8 8 9 7 8 8 8 2 l 2 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m