液体速凝剂在铁路隧道喷射混凝土中的应用研究.pdf
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1、7 4 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i n g 文章 编号 : 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 5 ) 0 9 0 0 7 4 0 4 液体速凝剂在铁 路隧道喷射 混凝 土 中的应用研究 杨富民 , 孙成晓 , 仇 鹏 , 张 雯 , 何军ft 0 , 闫俊洁 , 李 晨 ( 1 中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所 , 北京 1 0 0 0 8 1 ; 2 北京铁科首钢轨道技术股份有 限公 司, 北京 1 0 2 2 0 6 ) 摘 要 : 为研 究无碱 液体 速凝 剂和碱 性 液体 速凝 剂对 喷射 混凝 土抗 压强度 和 耐久性 能 的影
2、响 , 对掺 加 两种 速 凝 剂的喷射 混 凝土试 件进 行 了抗 压强度 、 体 积稳 定性 和快 速 冻融试验 。试 验 结果表 明 : 掺 加 无碱 液体 速凝剂可大幅度提 高喷射混凝土 2 8 d抗压强度, 保有率达到 1 0 6 8 , 而掺加碱性液体速凝剂的混凝土 2 8 d抗 压 强度 比仅 为 5 7 5 ; 掺 加 无碱 液体速 凝 剂的喷 射 混凝 土试件在 各龄 期 的 收缩 率 均 小 于掺 加碱 性 液体 速凝 剂 的混凝 土试件 ; 掺 加 无碱 液 体速 凝剂 可有 效提 高喷射 混 凝土 的抗 冻性 能 , 混 凝土试 件 经受 3 0 0次冻 融循环 未破
3、坏 , 而掺加 碱性 液体 速凝 剂 的混凝 土试 件在 进行 冻融 循环 1 2 5次时 已完全破 坏 。 关键词 : 无碱 液 体速凝 剂 喷射 混凝 土 抗压 强度 耐久性 能 中图 分类号 : U 2 1 4 1 8文献标 识码 : A D O I : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 5 0 9 2 2 速 凝 剂是一 种 能促进 混凝 土迅 速凝 结硬化 的外 加 剂 , 是 喷射 混凝 土重 要 的组 成 材料 。近 年来 , 无 碱 速凝 剂成为速凝剂研究的新方 向。根据欧洲喷射混凝土规 范 ( E u r o p e a
4、n S p e c i f i c a t i o n f o r S p r a y e d C o n c r e t e G u i d e l i n e s ) ) 对速凝剂 的定义 , N a O含量不超过 1 的 速凝剂为无碱速凝剂 , 其余为碱性速凝剂 。掺加无碱 速凝 剂 的喷射 混凝 土 具 有后 期 抗 压 强 度保 有 率高 、 耐 久性 好 和安全 环保 等 优 势 , 在 国外 隧道 工 程 中得 到 了 广泛应用 。而我国现行标 准 喷射混凝土用速凝剂 并未给出无碱速凝剂的明确定义及性能要求 , 因此 , 国 内无碱速凝剂应用案例较少 。 目前 , 我 国铁路隧道
5、喷射混凝土用液体速凝剂多 以铝酸盐、 硅酸盐类碱性速凝剂 为主。中国铁道科学 研究院选取 目前施工 中使用的 2 0种液体速凝剂进行 匀质性检测 , 速凝剂总碱含量均在 1 0 一 2 0 , p H值 接近 1 4, 属强碱性 。该类速凝 剂具有掺量小 、 凝结 时 间快 等优点 , 但 是在 水 泥 水 化过 程 中引 入 了 大 量碱 性 物质 , 导致混凝土后期强度损失严 重, 耐久性下 降, 且 对施 工人 员 的眼 睛和皮 肤有腐 蚀 性伤 害 。 针对上述问题 , 采用无碱液体 速凝剂与碱性液体 速凝剂进行同条件对 比试验, 研究 两种液体速凝剂对 喷射混凝土抗压强度 、 体积稳
6、定性及抗冻性能 的影响 规律 , 为无碱速凝剂在高速铁路隧道初期支护 的推广 应 用提 供依 据 。 收稿 日期 : 2 0 1 5 - O l - 1 2 ; 修 回日期 : 2 0 1 5 - 0 3 1 9 基金项 目: 中国铁道科学研究院基金项 目( 2 0 1 3 Y J 0 2 6) 作者简介 : 杨富 民( 1 9 7 6 一) , 男 , 黑龙江佳木斯人 , 副研究员 , 硕士。 1 工程背景 壁板坡 隧道为 沪昆客专第一 长隧道 , 全 长 1 4 7 5 6 m, 最大 埋深 7 3 5 I n , 为低 瓦 斯 隧道 。沿 线地 形 起 伏 大 , 地 层繁多 , 岩性繁
7、杂 , 断裂构造发育 , 可溶岩地层分布广 泛 。主要 不 良地 质 和 特 殊地 质有 : 滑坡 、 崩 塌 、 危 岩 落 石 、 岩堆 、 高地 震烈 度 、 高地应 力 、 软土 等 。 2 原 材 料 水 泥 为 云 南 远 东 P 0 4 2 5水 泥 , 比表 面 积 3 4 4 m。 k g,2 8 d抗 压 强 度 5 1 3 MP a ; 粉 煤 灰 为 级 粉 煤 灰 , 需水 量 比 1 0 0 , 烧失 量 4 2 3 ; 细 骨料 为 机制 砂 , 石粉含量 6 5 , 细度模数 3 4, 泥块含量 0 2 , 压碎 指标 1 9 ; 粗骨料为 51 0 m m单粒
8、级配碎石 , 含泥量 0 7 , 石粉 含量 5 6 , 表 观密 度 2 6 7 0 k g m ; 水 为普 通 自来水 , 符合 混凝土拌合用水标准( J G J 6 3 8 9 ) 要求 ; 减水 剂 为 聚羧 酸 减 水 剂 , 减 水 率 2 6 , 含 气 量 2 9 ; 速凝剂分两种 : T K S无碱液体速凝剂 , J V S 碱性 液体 速凝 剂 。两种 速凝 剂性 能指 标如表 1 所 示 。 表 1速 凝 剂 性 能指 标 速凝剂 名称 碱 量 m i n m i n MP a 强度 r E 3试验设计 选取 T K S无碱液体速凝剂和 J V S碱性液体速凝 2 0
9、1 5年第 9期 杨富 民等 : 液体速凝剂在铁路隧道喷射混凝 土中的应 用研究 7 5 剂两 种 速凝 剂 , 进 行 同条件 对 比试 验 , 并 选取 了基 准混 凝 土作 为对 照 , 研 究 两 种速 凝 剂 对 喷 射 混 凝 土抗 压强 度 、 体积稳定性和抗冻性能的影响规律。喷射混凝土 强度等级为 C 2 5 , 混凝土配合 比如表 2所示。 表 2 C 2 5喷射 混凝土配合比 k g m 4试验 方法 4 1 试 件成 型方 法 试件 制 备采 用喷 板 法 , 喷射 设 备 采 用 中铁 岩 峰成 都科技有限公司生产的 T K 6 0 0 A型湿喷机 , 喷射 工艺 采用
10、湿喷, 成型后的混凝土试件经一段养护时间后进行 切磨处理, 具体方法依据 锚杆喷射混凝土支护技术规 范 。成型的喷射混凝土板及测试试件如图 l 所示。 ( a ) 喷射混凝土板 ( b ) 测试试件 图 1 喷射混凝土板及测试试件 4 2抗压 强度试 验 混 凝 土抗 压 强 度 试 验 采 用 1 0 0 mm 1 0 0 mm X 1 0 0 mm的标准试件 , 测试方法依据 普通混凝土力学 性能试验 方法( G B T 5 0 0 8 1 ) 关于抗压 强度试 验 的 规 定 。 4 3 体 积 稳定 性试 验 昆 凝土体积稳定性试验采用 1 0 0 m m1 0 0 mm X 5 1
11、5 mm标准试件 , 测试方法依据 普通混凝土长期性 能和耐久性能试验方法 关于干缩试验的规定 。 4 4抗冻 性 能试验 混 凝 土抗 冻 性 能 试 验 采 用 1 0 0 mm 1 0 0 l ltl m 4 0 0 mm标准试件 , 试验方法依据 普通混凝土长期性 能和耐久性能试验方法 关于快冻法的规定 。 5试 验结果及分析 5 1抗压 强度 试验 分别对喷射混凝土试件进行 3 h , 1 2 h , 1 d , 3 d , 7 d , 2 8 d , 5 6 d和 9 0 d共 8个 养 护 龄期 的抗 压强 度 测 试。各组喷射混 凝土抗压 强度 与龄期 的关 系如图 2 所示
12、。 图 2 各组喷射混凝土抗压强度与龄期关 系 从 图 2可 以看 出 : 1 ) 相 同条件下 , T K S无碱液体速凝剂对混凝土抗 压强度的增加效果优于 J V S碱性液体速凝剂 。 2 ) 掺加 T K S无碱液体速凝剂的喷射混凝土 1 d 抗 压强 度为 l 0 5 MP a ; 2 8 d抗 压 强 度为 3 9 0 MP a , 为 基 准混 凝土 抗压 强度 的 1 0 6 8 。 而掺 加 J V S碱 性 液 体速凝剂的喷射混凝土 1 d抗压强度为 9 5 MP a ; 2 8 d 抗 压 强度 为 2 1 0 MP a , 仅 为 基 准混 凝 土 的 5 7 5 , 后
13、 期 强度 损失 严重 。 3 ) 随着养护龄期的增长 , 3组混凝土抗压强度均 有不同程度增长 , 掺加 T K S无碱液体速凝 剂的喷射 混 凝 土抗 压 强 度 高 于 基 准 混 凝 土 , 并 有 增 长 的 趋 势 。 基准混凝土和掺加 J V S碱性液体速凝剂的喷射混凝土 抗压强度趋于稳定 , 并且掺加 J V S碱性液体速凝剂 的 喷射混凝土抗压强度低于基准混凝土。 由此可见 , 掺 加 T K S无碱液体速凝 剂的喷射混 凝 土满 足 1 d抗 压 强 度 不 低 于 1 0 MP a的要 求 , 并 且 2 8 d 抗 压强 度 不 损 失 , 甚 至有 所 提 高 。 因
14、此 , T K S无 碱液体速凝剂对喷射混凝土抗压强度的提高明显优于 J V S碱性液体速凝剂 。 5 2 体 积 稳定 性试 验 由于 干燥 收缩 引起 的开裂 是 混凝 土材 料最 常见 的 病害之一 , 混凝土开裂会加速有害物质的侵入 , 加速钢 筋锈蚀 , 最终导致混凝 土结构破坏。喷射混凝土 由于 7 6 铁道建筑 砂率高 、 骨料粒径小 、 胶凝材料用量大 , 再加上掺加速 凝剂 , 其收缩尤为严重。混凝土体积稳定性通常用试 件轴向相对长度的变化率来表征 。分别对喷射混凝土 试 件进 行 1 , 3 , 7 , 1 4, 2 8 , 5 6和 9 0 d共 7个养 护 龄 期 的
15、收缩率测试 。体积稳定性试验结果如图 3所示。 龄期, d 图 3 各组喷射混凝土收缩率与龄期 的关系 从 图 3可 以看 出 : 1 ) 在混凝 土养护早期 ( 3 d ) , 掺加 速凝 剂的喷射 混凝土收缩率均大于基准混凝土, 这是 由于加入速凝 剂后 , 加速水泥水化反应速率 , 引起 化学 收缩率增大 , 此时 , 收缩 率 : J V ST K - S基 准混 凝土 。 2 ) 随着养护龄期 的延长 , 基准混凝土收缩率逐渐 增大 , 超过掺加速凝剂的两组混凝土收缩率 , 此时 , 收 缩率 : 基准 混凝 土 J V S T K - S 。 3 ) 在整个试验过程 中, 掺加 J
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- 液体 速凝剂 铁路 隧道 喷射 混凝土 中的 应用 研究
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