用于盾构砂浆的凝结时间调节剂

2020-03-30曹小荣刘达求罗建辉

广东建材 2020年2期

曹小荣刘达求罗建辉

（广东浪淘砂新型材料有限公司）

0 前言

盾构法施工在地铁隧道等暗挖工程中其具有以下明显的优越性：①在盾构的掩护下进行开挖和衬砌作业，有足够的施工安全性；②地下施工不影响地面交通，在河底下施工不影响河道通航；③施工操作不受气候条件的影响；④产生的振动、噪声等环境危害较小；⑤对地面建筑物及地下管线的影响较小。在盾构法施工中，盾构注浆也是一项必不可少的施工程序。盾构管片拼装好后，为防止盾构管片周围土体的松动，同时加强土体对盾构管片衬砌结构的包裹作用，避免管片结构因缺少抗力作用出现局部应力集中的现象，需在管片与土体间的间隙灌入砂浆进行填充。等待砂浆固结硬化后，砂浆起到填充壁后空隙并能提供一定的承载能力来稳定管片衬砌的作用。本文通过研究在湿拌盾构砂浆中，添加一种可以让湿拌盾构砂浆快速凝结的外加剂，并测试砂浆的基本性能，验证它在盾构工程中的可行性。

1 原材料及试验方法

1.1 试验原材料

⑴水泥：南方牌P·O42.5R 普通硅酸盐水泥，其主要性能参数见表1。

表1 水泥基本性能参数

⑵掺合料：石灰石粉CaCO3含量大于90%，其主要性能参数见表2。

表2 石粉基本性能参数

⑶天然砂：广东地区天然砂，含泥量1.0%，氯离子含量0.009%，细度模数2.5，颗粒级配见表3。

表3

⑷减水剂：选用浪淘砂LD-850 具有增稠减水及改善砂浆工作性能的作用，其主要性能指标见表4（以下数据由LD-850 掺量为水泥的0.8%所得）。

表4 减水剂的主要性能指标

⑸缓凝剂：选用浪淘砂LD-10N，其主要性能指标见表5（以下数据依据LD-10N 掺量为水泥的0.5%。

盾构砂浆凝结时间调节剂成份中，铝酸钠、碳酸钠、氧化钙、甲酸钙、硫酸钠均为化学分析纯。

1.2 试验设备

所使用的设备有，SJZ-15 型水泥砂浆搅拌机、砂浆稠度测定仪、金属容量筒、SJ-40A 型砂浆养护箱，JM-B20002 电子天平、100KG 电子秤，砂浆标准养护室等。

砂浆的搅拌制备及其工作性能：按照《建筑砂浆基本性能试验方法》JGJ/T70—2009 中的方法进行检测。主要检测的项目有稠度、容重、凝结时间、抗压强度等。抗压强度试件为70.7mm×70.7mm×70.7mm 立方体。

1.3 试验方法

将铝酸钠、碳酸钠、氧化钙、甲酸钙、硫酸钠按照一定不同的比例配制成盾构砂浆凝结时间调节剂，在湿拌盾构砂浆中，其掺量为水泥掺量的4%，经过大量试验测试，盾构砂浆凝结时间调节剂采用该掺入量时对于湿拌盾构砂浆的快速凝结效果最佳。在搅拌混合过程中还包括按照每立方米所述湿拌盾构砂浆补加入30kg～40kg 的水，以防止搅拌混合过程中发生稠度损失。经过大量试验测试，按照每立方米所述湿拌盾构砂浆补加入30kg～40kg 的水，对于弥补稠度损失的效果最佳。

以下就举几个试配例子进行展开分析。盾构砂浆凝结时间调节剂及初始盾构砂浆各组分的配合比如表6、表7 所示。

2 结果与讨论

2.1 试验结果

盾构砂浆凝结时间调节剂的掺入影响砂浆的各种基本工作性能，主要包括稠度、容重、凝结时间、抗压强度等，本研究通过将不同比例配成的盾构砂浆凝结时间调节剂，应用在不同配比的盾构砂浆中，测定其性能的变化，分析盾构砂浆凝结时间调节剂在盾构砂浆中的实用性。

表6 盾构砂浆凝结时间调节剂各组分所占百分比（%）

表7 为初始盾构砂浆的配合比（kg/m3）

按试验1～5 的配合比进行试验，加入盾构砂浆凝结时间调节剂后，为使稠度损失过大，需要加水弥补稠度损失，补水量以及前后试验的稠度及容重变化、凝结时间如表8 所示。

按试验1～5 的配合比进行试验，加入盾构砂浆凝结砂浆调节剂前后试验的3d 和28d 抗压强度测试结果如表9 所示。

2.2 讨论与分析

由表8 数据可知，在由铝酸钠、碳酸钠、氧化钙、甲酸钙、硫酸钠按一定的比例组合而成的盾构砂浆凝结时间调节剂加入不同配合比的盾构砂浆后，砂浆为弥补稠度损失每方的加水量均在30kg～40kg，以保持加入凝结时间调节剂前后稠度相近，防止对泵送砂浆造成影响。加入凝结时间调节剂后，盾构砂浆的容重比初始的容重要降低。由图1 数据可得加入凝结时间调节剂后，盾构砂浆的凝结时间下降很多，加速了砂浆的硬化，对隧道管片的衬砌起到了积极的作用。这是因为铝酸钠、碳酸钠和硫酸钠在溶液中具有更快的溶解速度和离子扩散速度，因此能够在较短时间内形成大量钙矾石晶核，形成针状或空间网状结构，从而实现了湿拌盾构砂浆的快速凝结。甲酸钙和氧化钙具有吸湿性，可以加快湿拌盾构砂浆的硬化速度，缩短凝结时间。