聚羧酸减水剂在地铁盾构管片混凝土中的应用

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2010年第1期（总第243期）混凝土实用技术Number1in2010（TotalNo.243）ConcretePRACTICALTECHNOLOGYdoi：10.3969/j.issn.1002-3550.2010.01.040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200237）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VIVID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0.28~0.31，坍落度控制在30~70mm，可以缩短混凝土静停预蒸养时间至1h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4.5h缩短至3.5h。关键词：早强；聚羧酸减水剂；脱模强度；盾构管片中图分类号：TU528.042.2文献标志码：A文章编号：1002-3550（2010）01-0127-03ApllicationofpolycarbonatesuperplasticizerinsubwayshieldsegmentconcreteFULe-feng，DENGZui-liang，LINHeng，FENGZhong-jun，ZHENGBo-cun，YUJian-guo（SchoolofResourceandEnvironmentalEngineering，EastChinaUniversityofScienceandTechnology，Shanghai200237，China）Abstract:Tooptimizesubwayshieldsegmentporductionprocessandimprovesegmentproductionefficiency，VIVIDPolycarbonateSuperplas-ticiazerisusedwhileensuringthequalityofsegment.Somevariationeffectingonsegmentproductionisstudied，suchaswatertocementratio（W/C），slump，andaircontentetc.Theresultsshowthatsegmentconcretepresteamedtimeisshortedto1hwhenW/Cmaintainsin0.28~0.31andslumpiscontrolledin30~70mm.Increasingaircontentwoulddecreaseconcretecompressivestrength，andmakesegmentlooksugly.ThesteamedtimeofsegmentconcretewithVIVIDwouldbereducedfrom4.5hto3.5h.Keywords:earlystrength；polycarbonatesuperplasticizer；demouldingstrength；shieldsegment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，0引言降低蒸养能耗，并进一步提高混凝土管片的质量。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，1试验部分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1.1试验原材料且，混凝土管片作为盾构法隧道中的关键组成部分，它的质量（1）水泥采用华新P·O42.5级水泥，比表面积350m2/kg，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具体技术性能指标见表1。个[1]：一是气泡问题，大气泡影响构件的外观，甚至降低混凝土表1水泥的化学组成管片的抗渗性能；二是裂缝，裂缝宽度超过0.2mm就会影响混材料SiO2Al2O3Fe2O3TiOCaOMgOSO3Loss凝土的结构和防水[2]。水泥20.475.94.8-59.643.742.082.44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）[3]，限制管片生产效率的阶段主要有两个：一是混凝土静停（2）骨料。砂含泥量1.2%，细度模数为2.4；石含泥量0.4%，为预蒸养时间———为混凝土收光抹面时间；二是蒸养时间———为5~25mm的连续级配碎石，其中60%以上为16mm以下的颗粒。混凝土强度达到脱模强度的时间。（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VIVD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PC-LH，萘系高效减水剂NSF-HW，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图1流水线传输法生产管片工艺流程图按照GB8076—1997，测试减水剂的减水率、含气量及凝本文通过对掺VIVID早强型聚羧酸减水剂的管片混凝土结时间等基本性能。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，并将其应用到各减水剂对管片强度的影响。收稿日期：2009-08-25基金项目：上海市优秀学科带头人计划项目（08XD14229）；上海市科技启明星计划项目（07QB14048）··127 表2减水剂的匀质性表5VIVID早强型聚羧酸减水剂不同掺量条件下对混凝土的影响密度表面张力Cl-NaSO固含量掺量坍落度收光时间蒸养时间脱模强度24外加剂种类pH值水灰比（/g/cm3）（/mN/m）/%/%/%/%/mm/min/h/MPaVIVID聚羧酸1.06530.26.70.0130.3020.00.70.3225704.525.1PC-LH聚羧酸1.07135.77.20.0202.1022.10.80.3270904.527.5NSF-HW萘系1.08076.26.50.5604.3438.20.80.3135704.531.030.90.321001104.529.8表3混凝土配合比kg/m0.90.3040704.532.3材料水泥砂石子水1.00.30100804.530.5C5043066311781291.00.2970604.533.2（2）管片养护方式[4-5]1.00.2840504.534.2蒸汽养护：浇筑成型后先在35~40℃预蒸养，在预蒸养期间考察混凝土坍落度大小对管片生产的影响，结果见表5。进行三次抹面收光，随后进入恒温蒸养箱中，在50℃左右蒸养由表5可以看出，同等水灰比条件下时，坍落度小的混凝若干小时，降温脱模，要求脱模强度达到18MPa以上。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2试验结果分析与讨论时间短。由于管片在生产过程中，在混凝土浇筑成型完毕后，需要2.1各减水剂基本性能比较静停一段时间，在混凝土达到一定硬度之后，对管片表面进行各减水剂的基本性能测试结果见表4。收光抹面。如果静停的时间不够长，在硬度未达到收光时，管片表4各减水剂的基本性能就进入蒸养室，就会导致成品管片表面起鼓、酥松和气泡的现掺量减水率含气量凝结时间差/min标养强度/MPa象发生，严重影响管片的质量和外观[6]。因此为了保证管片质外加剂/%/%/%初凝初凝1d7d量，并加快生产速度，可以降低水灰比、减小坍落度，缩短抹面VIVID1.032.02.0603038.865.1时间。但由于管片混凝土为振动成型，且管片模具为弧状，若PC-LH1.030.03.512010028.957.4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NSF-HW1.223.32.3608036.862.3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从试验结果可以看出，VIVID早强型聚羧酸减水剂较目前生。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30~70mm，水灰比≤0.31，在该条件下，管片混凝土静停时间可度更高。因此，接下来采用该种减水剂，研究减水剂对管片质量以缩短至50~70min。及生产工艺的影响。2.3混凝土含气量对管片生产的影响2.2混凝土状态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土的强度影响减水剂引气剂掺量/酃水灰比混凝土含气量/%静停时间/h蒸养时间/h脱模强度/MPa标养1d强度/MPa00.302.014.532.639.80.050.303.114.525.638.2VIVID0.100.303.814.522.437.20.150.304.514.521.335.6成的毛细孔，其尺寸范围则在100nm和几个毫米之间[7]。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孔很少，且均为直径很小的小气孔，而在含气量高的混凝土表面，则分布了大量的直径3mm以上的大气孔。气孔的存在，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，气图2混凝土管片表观气孔分布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，由表6可知，随着混凝土含气量的增加，混凝土强度降低，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。这是由于水泥水化应综合考虑生产工艺的便易性。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2.4蒸养时间对管片混凝土的影响水化产物，对于W/C=0.3~0.5的普通水泥硬化浆体，其总孔隙依据以上试验结果，外加剂采用VIVID早强型聚羧酸减水率在15%~30%，其中可再分为两级：①纳米尺度（10-9m）的水剂，掺量为1.0%，水灰比为0.29，管片混凝土预养（温度35℃）化硅酸钙凝胶孔；②由存在于水化产物之间的气泡、裂缝所组时间为1h，改变蒸养时间，得到混凝土的脱模强度见图3。··128 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[J].科技创新导报，2009（4）：47-48.[2]杨秋玲，马可检.C50高强混凝土在盾构隧道管片中的应用[J].铁道建筑，2008（4）：44-46.[3]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].图3管片蒸养时间对脱模强度的影响生产混凝土与水泥制品，2008，8（4）：25-29.由图3可以看出，在蒸养时间4h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4h以后，延长蒸养时[4]杨雄利.地铁混凝土管片养护制度的研究[J].铁道建筑，2008（3）：38-间混凝土强度增加很小；蒸养时间为3.5h时，混凝土强度达39.到22.5MPa，满足脱模要求。[5]杨雄利.地铁隧道衬砌管片蒸汽养护预养期试验研究[J].铁道建筑，2008（5）：12-18.3结论[6]于良，于红梅.地铁盾构管片混凝土配合比的设计与应用[J].辽宁建（1）VIVID早强型聚羧酸减水剂相对目前管片生产所用减材，2009（5）：21-22.水剂具有以下特点：减水率更高，含气量更低，强度增长更快，[7]沈卫国，陈松生.水泥基复合材料纳米改性的研究[J].新世纪水泥导混凝土和易性更好。报，2004（2）：29-34.（2）降低管片混凝土生产的水灰比至0.28~0.31，控制坍落度在30~70mm，可缩短管片混凝土静停预养时间。作者简介：傅乐峰（1975-），男，博士研究生。（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。单位地址：上海市梅陇路130号（200237）（4）使用VIVID早强型聚羧酸减水剂，可以有效缩短静停联系电话：021-64252399·上接第126页固砖墙可达到如下效果：masonrywallsusingFRPs[J].JournalofCompositesforConstruction，（1）碳纤维织物网聚合物砂浆复合面层加固砖墙是非常有2001，5（2）：76-84.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[3]YONGXun，WEISun，REINHARDTHW，etal.Sulfo-aluminatece－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mentofChinaforprestressedtextilereinforcedconcreteinGermany，移显著增长。3rdAsia-PacificSpecialtyConferenceonFiberReinforcedMaterials（2）碳纤维织物网用于加固砖墙时，格栅宽度越小，其加固作（ChangSha）[C].2003：227-234.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。[4]GB50023—2009，建筑抗震鉴定标准[S].北京：中国建筑工业出版（3）碳纤维织物网通过桁架模型中的受拉杆机制改善墙体社，2009.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[5]JGJ116—2009，建筑抗震加固技术规程[S].北京：中国建筑工业出版墙体裂缝的开展，提高了构件的抗裂能力。社，2009.[6]赵彤，等.碳纤维布用于砖砌体抗震加固的试验研究[J].地震工程与（4）本文提出的碳纤维织物网-聚合物砂浆复合面层加固工程振动，2001，21（2）：89-95.砖墙的抗剪承载力计算公式，可供设计人员参考。[7]施楚贤.砌体结构[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.由于本次试验的墙体试件数量有限，不可能模拟采用多种[8]GB50003—2001，砌体结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版方法加固墙体的受力性能，试验结果有一定的局限性，如对碳社，2001.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[9]姚立宁.高性能纤维混凝土织物增强混凝土应用研究[J].广东工业大尚未比较，因此对碳纤维织物网-聚合物砂浆面层加固砖墙的学学报，1999（4）：17-21.技术还有待做更多的理论研究。[10]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[J].四川建筑科学研究，2008（1）：130-132.参考文献：[1]AVRAMIDOUN，DRDACKUMF，PROCHAZKAPP.Strengtheninga－作者简介：潘永灿（1973-），男，副教授，硕士，国家一级注册结构师、gainstdamageofbrickwallsbyyarncomposites[C]//SixthInternational国家一级注册建造师，主要从事结构工程研究。ConferenceonInspection，Appraisal，Repairs&MaintenanceofBuild－ings&Structures.December1999，Melburne，Australia，51-58.单位地址：江苏盐城工学院土木工程学院3805信箱（224051）[2]ALBERTML，ELWIAE，CHENGJJR.Strengtheningofunreinforced联系电话：0515-88978882··129