高溫長運距噴射混凝土坍落度損失問題解決方法研究

彭先齊，張振宇，樊春喜，和 勇

(葛洲壩集團試驗檢測有限公司，湖北宜昌443002)

高溫長運距噴射混凝土坍落度損失問題解決方法研究

彭先齊，張振宇，樊春喜，和 勇

(葛洲壩集團試驗檢測有限公司，湖北宜昌443002)

如何減小高溫長運距噴射混凝土坍落度損失是工程施工中需要解決的一個難題，通過大量的室內(nèi)及現(xiàn)場試驗，采用更換特定的外加劑、改裝轉(zhuǎn)運小車等方案，成功解決了巴基斯坦某工程中噴射混凝土在高溫長運距運輸中坍落度損失的問題。

高溫環(huán)境；長距離運輸 ；噴射混凝土；坍落度損失 ；解決方法

0 引 言

濕噴混凝土在運輸過程中，坍落度損失受環(huán)境溫度、運輸距離影響較大。環(huán)境氣溫越高，水泥水化及水分蒸發(fā)速度越快，混凝土坍落度經(jīng)時損失就越大；而運距越長，水化時間也就越長，同樣混凝土坍落度經(jīng)時損失也越大。采用濕噴工藝的噴射混凝土在施工過程中，若坍落度損失過大，入泵坍落度就不能滿足施工要求，甚至?xí)斐蓢娚浠炷炼氯霉?，影響施工的正常進行。因此如何減小混凝土在高溫長距離運輸條件下的坍落度損失是施工過程中需要解決的一個難題。

1 工程概況

巴基斯坦某工程引水隧洞總長28.6 km(單線洞和雙線洞交錯布置)，有8條施工支洞(分別為A1～A8)，其中A1、A3支洞間的引水隧洞長15 600 m，是本工程的關(guān)鍵線路和施工難點，采用TBM(Tunnel Boring Machine，隧道掘進機)進行掘進施工。 TBM施工段為雙線洞，采用2臺TBM自下向上逆坡掘進，單臺TBM掘進長度為11.5 km，開挖直徑為8.53 m。TBM施工段沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，具有埋深大、洞線長的特點，同時存在高壓外水、泥頁巖遇水軟化及膨脹、高埋深洞段大收斂變形、涌(突)水、圍巖穩(wěn)定性差及隧洞穿越斷層破碎帶等主要工程地質(zhì)問題。因此隧道施工采用TBM 設(shè)備邊掘進邊噴射支護，這就要求噴射混凝土必須隨時供料，即使在高溫時間也是如此。洞室支護采用濕噴工藝，設(shè)備要求噴護時混凝土坍落度不小于120 mm。

本工程TBM施工所用噴射混凝土供料過程：①攪拌車從拌和樓運輸噴射混凝土至安裝間，在安裝間從攪拌車卸料到轉(zhuǎn)運小車上，此階段約需70 min；②轉(zhuǎn)運小車將噴射混凝土從安裝間運至施工面，此階段約需50 min；③轉(zhuǎn)運小車與泵機連接就位及混凝土噴射完畢約需60 min。

2 問題的提出及解決思路

從整個施工過程來看，從拌和樓拌制的噴射混凝土運到工程現(xiàn)場直至混凝土噴射完畢，若各環(huán)節(jié)比較連貫，至少也要180 min，若考慮施工過程中的干擾，按30 min考慮，則至少需要210 min，即3.5 h。而洞室內(nèi)溫度約為35 ℃，洞外氣溫下午一般都超過了40 ℃。故如何解決噴射混凝土在高溫條件下長距離運輸后坍落度不低于施工所需坍落度120 mm就成了工程急需解決的問題。

針對此問題，設(shè)計了3種解決方案：①優(yōu)選合適的羧酸類外加劑。②攪拌車拌制混凝土，即干料運至安裝間后加水、外加劑攪拌，然后運至施工現(xiàn)場。③改裝轉(zhuǎn)運小車，利用轉(zhuǎn)運小車直接攪拌混凝土。

3 外加劑選型試驗

減小坍落度損失比較簡單的解決辦法就是優(yōu)選外加劑。這就需要通過室內(nèi)和現(xiàn)場試驗來探尋滿足施工要求的外加劑。

3.1 室內(nèi)試驗

首先選取在國內(nèi)工程使用效果較好的羧酸類減水劑進行試驗。

表1 室內(nèi)坍落度試驗成果

配合比采用工地正在使用的C35噴射混凝土，水灰比0.37，水泥采用低堿水泥。外加劑選用上海馬貝(A樣和B樣)、江蘇博特(A樣和B樣)、巴斯夫、北京冶建(改良型)、PAGEL和博浦共6個廠家8種減水劑進行了室內(nèi)坍落度損失試驗。試驗成果見表1。從表1可以看出，6個廠家的外加劑均不能滿足施工要求。

3.2 現(xiàn)場試驗

為進一步了解PAGEL減水劑應(yīng)用于工程的實際效果，采用PAGEL減水劑進行現(xiàn)場試驗，并考慮采用二次添加方案，即在運料小車把噴射混凝土運到噴射現(xiàn)場時，二次摻加0.2%PAGEL減水劑(一般在2 h左右)。

二次摻加減水劑能破壞混凝土絮凝結(jié)構(gòu)，釋放出被包裹的部分自由水參與流動，從而有效提高混凝土拌和物的流動性，但由于沒有改變水膠比，故二次摻加減水劑并不會明顯影響混凝土強度。對于坍落度經(jīng)時損失快的噴射混凝土，二次添加減水劑也是常用的比較有效的調(diào)整坍落度的方法之一?，F(xiàn)場試驗成果見表2。從表2可以看出，現(xiàn)場試驗所用PAGEL減水劑混凝土保坍性能與室內(nèi)試驗結(jié)果(見表1)相差較大。采用二次添加減水劑方法，3 h后坍落度僅有110 mm，不能完全確?，F(xiàn)場的施工要求。

表2 PAGEL減水劑混凝土坍落度損失現(xiàn)場試驗成果

因此，現(xiàn)有所選外加劑均無法滿足現(xiàn)場噴射混凝土的施工要求。

4 攪拌車拌制混凝土試驗

在高溫條件下，如果能大幅縮短混凝土的運輸距離，也能有效減小混凝土坍落度損失。結(jié)合本工程情況，如果采用攪拌車將干料運至安裝間，再加水和外加劑進行攪拌，可縮短約1 h的混凝土運輸時間，從而可以減小混凝土坍落度損失?；诖朔N考慮，進行了攪拌車直接攪拌3 m3和5 m3混凝土相關(guān)試驗。

試驗分2次進行，配合比采用正在使用的C35噴射混凝土配合比，JG-2H外加劑。首先在拌和樓將干料拌勻，放入攪拌車中；攪拌車運至現(xiàn)場后，再把水和外加劑直接加入攪拌車中快速攪拌。試驗成果見表3。

表3 攪拌車直接拌制混凝土試驗成果

從攪拌完放出的罐前、罐后料子觀察，不論攪拌3 m3還是5 m3混凝土，攪拌4 min混凝土均已攪拌均勻，和易性較好，沒有夾雜生料。但因拌和過程中無法觀看混凝土拌合物情況，用水量需分多次添加，混凝土有些松軟，用水量比拌和樓攪拌時多，28 d抗壓強度不高。分析混凝土松軟的原因可能是多次加水導(dǎo)致實際用水量偏高，以及攪拌時間過長。

表4 轉(zhuǎn)運小車直接攪拌混凝土室內(nèi)模擬試驗成果

由于在攪拌過程中無法看到攪拌車內(nèi)混凝土狀態(tài)，因此在試驗過程中，用水量調(diào)整每次均需3～4次才能達到要求的坍落度，控制起來較為困難，實際應(yīng)用時可能存在一定風(fēng)險。

5 利用轉(zhuǎn)運小車直接攪拌混凝土模擬試驗

根據(jù)現(xiàn)場轉(zhuǎn)運小車初步具備攪拌混凝土的情況，提出改裝轉(zhuǎn)運小車，利用轉(zhuǎn)運小車直接攪拌混凝土方案，即在拌和樓將水泥、砂石干拌均勻，運至施工面后再加水和外加劑攪拌，實現(xiàn)混凝土現(xiàn)用現(xiàn)拌，以減少高溫長距離運輸給混凝土帶來的影響。

轉(zhuǎn)運小車原配馬達功率較小，在運料過程中，只能緩慢轉(zhuǎn)動，以避免混凝土沉積。因此只需加大轉(zhuǎn)運小車馬達功率即可使其具有直接攪拌混凝土的能力。運料小車上面開口較大，原材料加入不成問題，攪拌時也能很方便觀察混凝土的情況。采用轉(zhuǎn)運小車在現(xiàn)場直接拌制混凝土，相當(dāng)于減掉了混凝土整個運輸?shù)臅r間，徹底解決了混凝土運輸過程中的坍落度損失問題，同時現(xiàn)用現(xiàn)拌也可以提高混凝土施工效率。故在室內(nèi)進行了轉(zhuǎn)運小車直接攪拌混凝土模擬試驗。試驗成果見表4。

從表4可以看出，采用拌和樓現(xiàn)用骨料干拌后，停置4 h的混凝土拌合物外觀正常，和易性較好，推算28 d混凝土抗壓強度基本可以達到設(shè)計要求。而室內(nèi)采用風(fēng)干骨料拌制的混凝土，強度大幅提高，推算28 d混凝土抗壓強度完全可以滿足設(shè)計要求。

分析第1次試驗比第2次試驗混凝土強度偏低的原因，主要是第1次試驗骨料含一定水分，在停置過程中部分水泥提前水化，導(dǎo)致水泥有效用量降低，實際水膠比變大，強度下降。

從上面的試驗成果及分析可以得出，采用轉(zhuǎn)運小車直接攪拌混凝土成功的影響因素主要是骨料的含水。因此在實際生產(chǎn)中，應(yīng)盡可能采用風(fēng)干骨料，如無法采用風(fēng)干骨料，也應(yīng)盡可能降低砂石骨料含水量，以避免水泥與水過早接觸而凝結(jié)結(jié)塊，同時干料停置時間不宜太久，宜在4 h以內(nèi)。

通過模擬試驗表明，利用轉(zhuǎn)運小車直接攪拌混凝土方案可行，能夠保證現(xiàn)場的施工質(zhì)量，但必須對轉(zhuǎn)運小車進行改造，使其具有直接攪拌混凝土的能力。

6 外加劑的二次選擇

采用轉(zhuǎn)運小車直接攪拌混凝土雖然可行，但需要改造轉(zhuǎn)運小車。由于轉(zhuǎn)運小車是TBM配套設(shè)施，改造要求及費用較高。而通過外加劑解決混凝土坍落度損失問題則相對簡單，只需外加劑廠家對組分進行調(diào)整即可。因此，在第一次外加劑優(yōu)選的基礎(chǔ)上，我們擴大了外加劑的遴選范圍，并經(jīng)多方比對了解，最終選擇了南京瑞迪HLC-IX減水劑作為此次試驗的外加劑。

6.1 室內(nèi)試驗

配合比選用工地使用的C35噴射混凝土配合比，水泥采用低堿水泥，砂石料采用工地的砂巖破碎而成的砂石料，外加劑采用南京瑞迪HLC-IX減水劑，摻量采用經(jīng)優(yōu)選的摻量0.7%，在自然環(huán)境條件下進行室內(nèi)試驗。試驗成果見表5。

表5 HLC-IX減水劑室內(nèi)坍落度試驗成果

從室內(nèi)試驗成果可以看出，南京瑞迪HLC-IX外加劑采用0.7%摻量時，即使在下午高溫時段，4 h后坍落度仍在135 mm以上，采用一次添加減水劑方法即可滿足TBM噴射混凝土施工要求。

6.2 現(xiàn)場試驗

通過現(xiàn)場試驗進一步驗證南京瑞迪HLC-IX減水劑應(yīng)用于工程的實際效果，試驗結(jié)果是出機口坍落度為240 mm，出機口溫度為28 ℃，此時室外氣溫為42.5 ℃，經(jīng)5 h后，混凝土坍落度為200 mm，滿足現(xiàn)場施工要求。

從室內(nèi)試驗以及現(xiàn)場試驗結(jié)果來看，南京瑞迪HLC-IX外加劑采用一次添加方法即可滿足TBM噴射混凝土澆筑要求。

7 結(jié) 語

解決高溫長運距噴射混凝土坍落度損失問題是工程施工中不可避免的棘手問題。以巴基斯坦某工程為例，根據(jù)工程實際情況，通過在室內(nèi)、現(xiàn)場大量的試驗，采用更換特定的外加劑、改裝轉(zhuǎn)運小車等措施，順利地解決了噴射混凝土坍落度損失問題，解決思路可為其他工程提供參考借鑒。

[1]安夫賓，彭新成，董明. 混凝土坍落度損失的機理、影響因素及控制措施[J]. 中國建材科技，2010(4)：29-31.

[2]劉新盤. 摻萘系高效減水劑混凝土坍落度損失控制[J]. 西部探礦工程，2006(4)：246-248.

[3]魏江勇. 新型高性能減水劑的研制與應(yīng)用[J]. 水力發(fā)電，2004，30(5)：21-23，68.

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(責(zé)任編輯 王 琪)

Study on Slump Loss for Shotcrete under the Conditions of High Temperature and Long Distance Transportation

PENG Xianqi, ZHANG Zhenyu, FAN Chunxi, HE Yong

(Testing and Checking Limited Company of China Gezhouba Group Co., Ltd., Yichang 443002, Hubei, China)

It is relatively difficult to solve the problem of slump loss for shotcrete under the conditions of high temperature and long distance transportation. By conducting a large number of indoor and site tests, and adopting specific admixture and modifying the transfer vehicles, the problem of slump loss of shotcrete in a Pakistan’s project is successfully sloved.

high temperature environment; long distance transportation; shotcrete; slump loss; solution

TU646；TU755.5

A

0559-9342(2016)12-0073-04

2016-06-16

彭先齊(1967—)，男，湖北漢川人，高級工程師，主要從事水電工程技術(shù)管理工作.