用于盾構(gòu)砂漿的凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑

曹小榮 劉達(dá)求 羅建輝

（廣東浪淘砂新型材料有限公司）

0 前言

盾構(gòu)法施工在地鐵隧道等暗挖工程中其具有以下明顯的優(yōu)越性：①在盾構(gòu)的掩護(hù)下進(jìn)行開挖和襯砌作業(yè)，有足夠的施工安全性；②地下施工不影響地面交通，在河底下施工不影響河道通航；③施工操作不受氣候條件的影響；④產(chǎn)生的振動、噪聲等環(huán)境危害較小；⑤對地面建筑物及地下管線的影響較小。在盾構(gòu)法施工中，盾構(gòu)注漿也是一項(xiàng)必不可少的施工程序。盾構(gòu)管片拼裝好后，為防止盾構(gòu)管片周圍土體的松動，同時加強(qiáng)土體對盾構(gòu)管片襯砌結(jié)構(gòu)的包裹作用，避免管片結(jié)構(gòu)因缺少抗力作用出現(xiàn)局部應(yīng)力集中的現(xiàn)象，需在管片與土體間的間隙灌入砂漿進(jìn)行填充。等待砂漿固結(jié)硬化后，砂漿起到填充壁后空隙并能提供一定的承載能力來穩(wěn)定管片襯砌的作用。本文通過研究在濕拌盾構(gòu)砂漿中，添加一種可以讓濕拌盾構(gòu)砂漿快速凝結(jié)的外加劑，并測試砂漿的基本性能，驗(yàn)證它在盾構(gòu)工程中的可行性。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原材料

⑴水泥：南方牌P·O42.5R 普通硅酸鹽水泥，其主要性能參數(shù)見表1。

表1 水泥基本性能參數(shù)

⑵摻合料：石灰石粉CaCO3含量大于90%，其主要性能參數(shù)見表2。

表2 石粉基本性能參數(shù)

⑶天然砂：廣東地區(qū)天然砂，含泥量1.0%，氯離子含量0.009%，細(xì)度模數(shù)2.5，顆粒級配見表3。

表3

⑷減水劑：選用浪淘砂LD-850 具有增稠減水及改善砂漿工作性能的作用，其主要性能指標(biāo)見表4（以下數(shù)據(jù)由LD-850 摻量為水泥的0.8%所得）。

表4 減水劑的主要性能指標(biāo)

⑸緩凝劑：選用浪淘砂LD-10N，其主要性能指標(biāo)見表5（以下數(shù)據(jù)依據(jù)LD-10N 摻量為水泥的0.5%。

盾構(gòu)砂漿凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑成份中，鋁酸鈉、碳酸鈉、氧化鈣、甲酸鈣、硫酸鈉均為化學(xué)分析純。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

所使用的設(shè)備有，SJZ-15 型水泥砂漿攪拌機(jī)、砂漿稠度測定儀、金屬容量筒、SJ-40A 型砂漿養(yǎng)護(hù)箱，JM-B20002 電子天平、100KG 電子秤，砂漿標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室等。

砂漿的攪拌制備及其工作性能：按照《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》JGJ/T70—2009 中的方法進(jìn)行檢測。主要檢測的項(xiàng)目有稠度、容重、凝結(jié)時間、抗壓強(qiáng)度等。抗壓強(qiáng)度試件為70.7mm×70.7mm×70.7mm 立方體。

1.3 試驗(yàn)方法

將鋁酸鈉、碳酸鈉、氧化鈣、甲酸鈣、硫酸鈉按照一定不同的比例配制成盾構(gòu)砂漿凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑，在濕拌盾構(gòu)砂漿中，其摻量為水泥摻量的4%，經(jīng)過大量試驗(yàn)測試，盾構(gòu)砂漿凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑采用該摻入量時對于濕拌盾構(gòu)砂漿的快速凝結(jié)效果最佳。在攪拌混合過程中還包括按照每立方米所述濕拌盾構(gòu)砂漿補(bǔ)加入30kg～40kg 的水，以防止攪拌混合過程中發(fā)生稠度損失。經(jīng)過大量試驗(yàn)測試，按照每立方米所述濕拌盾構(gòu)砂漿補(bǔ)加入30kg～40kg 的水，對于彌補(bǔ)稠度損失的效果最佳。

以下就舉幾個試配例子進(jìn)行展開分析。盾構(gòu)砂漿凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑及初始盾構(gòu)砂漿各組分的配合比如表6、表7 所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

盾構(gòu)砂漿凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑的摻入影響砂漿的各種基本工作性能，主要包括稠度、容重、凝結(jié)時間、抗壓強(qiáng)度等，本研究通過將不同比例配成的盾構(gòu)砂漿凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑，應(yīng)用在不同配比的盾構(gòu)砂漿中，測定其性能的變化，分析盾構(gòu)砂漿凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑在盾構(gòu)砂漿中的實(shí)用性。

表6 盾構(gòu)砂漿凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑各組分所占百分比（%）

表7 為初始盾構(gòu)砂漿的配合比 （kg/m3）

按試驗(yàn)1～5 的配合比進(jìn)行試驗(yàn)，加入盾構(gòu)砂漿凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑后，為使稠度損失過大，需要加水彌補(bǔ)稠度損失，補(bǔ)水量以及前后試驗(yàn)的稠度及容重變化、凝結(jié)時間如表8 所示。

按試驗(yàn)1～5 的配合比進(jìn)行試驗(yàn)，加入盾構(gòu)砂漿凝結(jié)砂漿調(diào)節(jié)劑前后試驗(yàn)的3d 和28d 抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果如表9 所示。

2.2 討論與分析

由表8 數(shù)據(jù)可知，在由鋁酸鈉、碳酸鈉、氧化鈣、甲酸鈣、硫酸鈉按一定的比例組合而成的盾構(gòu)砂漿凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑加入不同配合比的盾構(gòu)砂漿后，砂漿為彌補(bǔ)稠度損失每方的加水量均在30kg～40kg，以保持加入凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑前后稠度相近，防止對泵送砂漿造成影響。加入凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑后，盾構(gòu)砂漿的容重比初始的容重要降低。由圖1 數(shù)據(jù)可得加入凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑后，盾構(gòu)砂漿的凝結(jié)時間下降很多，加速了砂漿的硬化，對隧道管片的襯砌起到了積極的作用。這是因?yàn)殇X酸鈉、碳酸鈉和硫酸鈉在溶液中具有更快的溶解速度和離子擴(kuò)散速度，因此能夠在較短時間內(nèi)形成大量鈣礬石晶核，形成針狀或空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了濕拌盾構(gòu)砂漿的快速凝結(jié)。甲酸鈣和氧化鈣具有吸濕性，可以加快濕拌盾構(gòu)砂漿的硬化速度，縮短凝結(jié)時間。

表8 盾構(gòu)砂漿加入凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑前后補(bǔ)水量、容重、稠度、凝結(jié)時間的變化情況

表9 3d 和28d 抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果 （MPa）

圖1 盾構(gòu)砂漿加入凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑前后凝結(jié)時間的變化情況

由圖2、圖3 可知，盾構(gòu)砂漿加入凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑后，砂漿的抗壓強(qiáng)度變小了，但是盾構(gòu)砂漿的作用主要是填充及襯砌管片，對強(qiáng)度的要求很低，因此對此的影響不大。

3 結(jié)論

將鋁酸鈉、碳酸鈉、氧化鈣、甲酸鈣、硫酸鈉按照一定不同的比例配制成盾構(gòu)砂漿凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑，并應(yīng)用于不同的砂漿配合比，均能明顯的加快砂漿的硬化，大大的縮短了盾構(gòu)砂漿的凝結(jié)時間，對于地鐵隧道管片的襯砌起到很好的積極作用，加快了施工進(jìn)度，增強(qiáng)了施工效率。

圖2 盾構(gòu)砂漿加入凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑前后3 天抗壓強(qiáng)度的變化情況

圖3 盾構(gòu)砂漿加入凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑前后28 天抗壓強(qiáng)度的變化情況