摘　要: 在大伙房水库输水工程中使用的外加剂主要包括减水剂和速凝剂两种。作为隧洞断面岩石支撑和衬砌的重要手段之一的喷射混凝土支护对TBM隧洞掘进机掘进进度和安全影响极大。喷射混凝土的性能以及可操作性在一定程度上取决于外加剂的品种、性能。通过对各种外加剂进行相容性、保塑性等性能试验, 选择出满足工程需要的外加剂种类, 并且进行现场应用, 取得很好的效果。

关键词: 混凝土; 减水剂; 速凝剂; 相容性; 强降率

中图分类号: TV543+ . 1　　文献标识码: A 　　文章编号: 1673 - 4939 (2006) 01 - 0031 - 03

　　大伙房水库输水工程是辽宁省“十五”期间一项重要水利工程。大伙房水库输水工程主体为深埋地下的长大隧洞, 地质条件一般, 主洞径8. 2m,长85. 332km, 其中近80km 采用由美国生产的TBM隧洞掘进机进行施工。因此, 作为隧洞断面岩石支撑和衬砌的重要手段之一的喷射混凝土支护对TBM隧洞掘进机掘进进度和安全有着极大的影响。由于喷射混凝土的性能以及可操作性在很大程度上取决于外加剂的品种和性能[ 1 ] , 应通过试验来选择适合本工程的外加剂品种并进行组合, 才能满足本工程的各种技术性能要求。目前, 国外关于喷射混凝土的应用与研究已经进入一个较高的阶段, 而我国尤其是东北地区在此方面的应用和研究还处在起步阶段, 选择一种可行的、适应东北地区工程特征的外加剂应用于喷射混凝土工程是广大工程建设者的崭新课题。本文在于通过对实际在建工程———大伙房水库输水工程喷射混凝土和外加剂的试验研究和分析, 提出适合本地区和本工程的外加剂品种和具体应用方法。

1　外加剂品种选择

　　喷射混凝土常掺入外加剂来改善其和易性、力学性能和耐久性。根据大伙房水库输水工程喷射混凝土设计要求和已建工程的成功经验, 减水剂和速凝剂分别选用了以下几种。

　　(1) 减水剂

　　选用沈阳东融GR - JS - 2型、石家庄长安铁园TY - 5A型、上海麦斯特RH561型等三种高效减水剂进行应用试验。

　　(2) 速凝剂

　　选用石家庄长安铁园液态速凝剂、巩义8604液态速凝剂、上海麦斯特SA160 型速凝剂等三种进行应用试验。

2　外加剂性能试验

2. 1　原材料

　　本试验采用抚顺水泥厂42. 5级普通水泥和施工现场附近12#料场的河砂及卵石。所用原材料经检测均满足设计要求。

2. 2　试验内容

　　采用对比试验法对所选用外加剂进行各项性能试验。其内容包括测定初、终凝时间, 检测外加剂碱性; 检验两种外加剂的相容性; 检测减水剂的保塑性; 检测外加剂与喷射混凝土强度关系及其回弹率[ 2 ] ; 进行现场喷射试验。

3　试验结果与分析

3. 1　凝结时间与相容性

　　根据外加剂基本特性和单独试验结果, 经过分析采用多种组合进行了试验[ 1 - 3 ] 。试验结果见表1:

　　试验结果表明,凝结时间与相容性符合设计要求的组合有GR - JS - 2型减水剂与8604液态速凝剂、铁园TY - 5A型减水剂与铁园液态速凝剂、RH561型减水剂与SA160型速凝剂三种。因此在检测喷射混凝土强度和现场喷射试验时,采用以上三种组合。

3. 2　保塑性与碱性

　　喷射混凝土施工要求具有较高的流动性, 即塌落度高[ 3 ] , 而此种情况下喷射混凝土能否保持良好的保塑性至关重要。测试结果表明, RH561型减水剂的保塑性最好, 而TY - 5A型减水剂与GR - JS -2型减水剂的保塑性较差。碱性试验结果显示,SA160型速凝剂呈弱酸性, 而8604液态速凝剂呈强碱性, 铁园液态速凝剂呈弱碱性, 若把后两种速凝剂应用于本工程将容易引起碱- 骨料反应。因此,选用外加剂时应引起高度重视。

3. 3　喷射混凝土力学强度

　　喷射混凝土的1d、7d、28d抗压强度及28d强降率[ 4 ]如表2所示。测试结果表明, 三种外加剂组合配制的喷射混凝土的强度相差较大, 尤其是强降率。其中, RH561型减水剂与SA160型速凝剂组合配制的喷射混凝土的各龄期强度最高且强降率最低,与GR - JS - 2型减水剂与8604 液态速凝剂组合强降率相差近50%。

3. 4　现场喷射混凝土

　　经现场喷射试验, GR - JS - 2 型减水剂与8604液态速凝剂和铁园TY - 5A 型减水剂、铁园液态速凝剂两种组合配制的喷射混凝土回弹率较高(平均22% ) , 塌落度在14mm以下; RH561 型减水剂与SA160型速凝剂组合配制的喷射混凝土回弹率较低(平均14% ) , 且所测塌落度值在15 ～17mm内, 完全满足设计和施工要求。另外, 在几次洞内模拟喷射作业过程中, 发现巩义8604速凝剂产生刺激性气雾, 对洞内施工影响很大。

4　工程应用与推广

　　本工程经过大量室内外试验和专家分析研究,决定在主洞喷射混凝土施工中采用由上海麦斯特外加剂厂生产的RH561型减水剂和SA160型速凝剂组合而成的外加剂。从目前工程应用情况来看, 喷射混凝土在控制碱- 骨料反应以及保塑性、回弹率等方面均取得很好效果, 完全满足设计和施工要求且降低了工程成本。

　　由于TBM全断面隧洞掘进机在辽宁乃至东北尚属首次使用, 与其相配套的喷射混凝土试验研究显得格外重要。上述外加剂试验研究成果与应用不仅为大伙房水库输水工程施工提供强有力的支持,而且在今后辽宁东部山区小水电的开发建设方面有着重要的推广和应用价值。

参考文献:

　　[ 1 ] Tom Melbye. 用于岩石支护的喷射混凝土[M ]. 上海: 麦斯特有限公司出版, 2004.

　　[ 2 ] 陈磊. 常用混凝土外加剂及其应用[ J ].建筑技术开发, 2004, (4) : 30.

　　[ 3 ] 林燕妮. 水泥与高效减水剂相容性的研究[ J ]. 福建建材, 2005, (1) : 15.

　　[ 4 ] 霍洪媛, 等. 建筑材料[M ]. 北京: 中央广播电视大学出版社, 2001.