UEA 混凝土膨脹劑在鐵路隧道中的應(yīng)用

1、 1997年 12月鐵道工程學(xué)報 D ecem ber 1997 第 4期 (總 56 JOU RNAL O F RA I LW A Y EN G I N EER I N G SOC IET Y N o. 4(Ser . 56U EA 混凝土膨脹劑在鐵路隧道中的應(yīng)用 姜金起 朱鵬勇(鐵道部第十六工程局 提要 介紹了 U EA 混凝土膨脹劑的性能 , 分析了摻 U EA 膨脹劑混凝土自防水的機理 , 通過對 摻 U EA 膨脹劑混凝土物理力學(xué)性能試驗和試點工程應(yīng)用 , 提出了摻 U EA 混凝土膨脹劑是隧道襯 砌混凝土自防水的有效技術(shù)途徑 。主題詞 U EA 混凝土膨脹劑鐵路隧道施工應(yīng)用1前言U

2、 EA 混凝土膨脹劑是中國建筑材料科學(xué)研究院開發(fā)的專利成果 , 該成果已列為國家科委 1989年國家級新產(chǎn)品 。 它是用硫酸鋁 、 氧化鋁 、 硫酸鋁鉀 、 硅酸鈣等無機化合物特制而成 , 產(chǎn)品 為灰白色粉未 , 比重 2. 88g c m 3細度 510%, 是一種用于抗裂防水混凝土的特種外加劑 , 摻入 混凝土中 , 可拌制成補償收縮混凝土 , 大大提高混凝土自身抗裂防水能力 , 可取消外防水 , 簡化 施工工藝 , 縮短工期 , 降低工程造價 。 該混凝土膨脹劑在一些工業(yè)民用建筑中已被推廣應(yīng)用 , 并 取得滿意效果 , 受到了用戶的好評 。 但在鐵路隧道施工中的應(yīng)用 , 尚不多見 , 且

3、經(jīng)驗不足 。 為了 開拓隧道防水的新方法 , 改善隧道防水工藝 。 我們首次在國家重點工程大 (同 秦 (皇島 鐵路景 忠山隧道使用 U EA 膨脹劑進行防水混凝土施工 , 取消了原設(shè)計鋪設(shè)的塑膠防水板 , 獲得了顯 著的技術(shù)經(jīng)濟效果 。2工程概況大 (同 秦 (皇島 鐵路是我國第一條重載電氣化雙線鐵路 。 景忠山隧道是該鐵路二期工程 中最長的隧道 , 全長 3760m 。 該隧道穿越多條斷層及破碎帶 , 裂隙水發(fā)育 , 巖層滲水隨開挖后 時間增長而加大 , 致使襯砌的普通防水混凝土地段發(fā)生滲漏現(xiàn)象 。 對于電氣化鐵路隧道來說 , 做好襯砌混凝土防水工作尤為重要 , 防水效果的好壞 , 直接關(guān)

4、系到列車運營安全問題 。 為解決 普通防水混凝土收縮滲漏問題 , 設(shè)計上將 、 類圍巖地段拱部設(shè)塑膠防水板進行防水 。 從施 工現(xiàn)場情況看 , 由于施工條件欠缺 , 鋪設(shè)塑膠防水板施工工藝復(fù)雜 , 且由于施工開挖面的超欠 和高低不圓順的原因 , 一是造成塑膠防水板很難與開挖面之間達到密貼 。 二是造成拱部混凝土本文收稿日期 :1997 02 20姜金起 35歲工程師鐵道部第十六工程局二處天津郵編 :300162與開挖面之間有空隙出現(xiàn) 。 其結(jié)果巖層滲水集中存留在頂上 , 致使拱部混凝土發(fā)生滲漏水現(xiàn) 象 。 此方法既延長了工期 , 提高了工程造價 , 又很難達到可靠的防水目的 。 為此 , 我們

5、選擇了該 隧道 D K 506+760D K 506+810拱部為摻 U EA 膨脹劑混凝土 、 取消防水板試驗段 , 以檢測其 防滲效果 。 本段混凝土抗?jié)B標號為 S 8, 強度等級為 C 18, 拱部混凝土總量為 440m 3(兩側(cè)邊墻已 襯砌完工 。3工程地質(zhì)情況景忠山隧道 D K 506+760D K 506+810地段原設(shè)計為 類石英砂巖 , 開挖后發(fā)現(xiàn)在 D K 506+760有斷層 , 受其斷層影響本段巖石破碎 、 裂隙水發(fā)育 。 其中 D K 506+766處巖層滲水 量最大 , 1991年 4月 18日測定為 73. 4m 3 晝夜 。經(jīng)鐵道部第三勘測設(shè)計院進行地質(zhì)復(fù)查 ,

6、本段圍巖類別核定為 類 。4原材料及施工配合比的選擇在進行混凝土配合比設(shè)計的時候 , 我們采取了以下措施 :4. 1充分利用現(xiàn)有的原材料(1 水泥 河北省唐山冀東水泥廠生產(chǎn)的 425#盾石牌普通硅酸鹽水泥 。(2 砂子 河北省遵化縣西鋪鄉(xiāng)的河砂 、 中砂 , 含泥量 3. 0%。(3 石子 河北省遵化縣黨峪鎮(zhèn)生產(chǎn)的碎石 , 最大粒徑 40mm 。(4 水 當(dāng)?shù)鼐?。(5 U EA 混凝土膨脹劑 天津市武清縣水泥廠生產(chǎn)的豹鳴牌 。(6 K W 型早強減水劑 山西省萬榮縣坑西五州化工廠生產(chǎn)的固省牌 。4. 2采用 “雙摻”我們考慮到在混凝土中摻入 U EA 膨脹劑 , 混凝土的坍落度損失較快 ,

7、 且強度也受到影 響 , 因此我們采用 “雙摻” , 即在摻入 U EA 的同時摻入 K W 減水劑 , 以改善混凝土的和易性 、 增 加流動度和提高混凝土早強 , 增強混凝土防水能力 。根據(jù)以上措施 , 我們選擇了以下施工采用的混凝土配合比 。 見表 1:表 1工地 U EA 混凝土配合比水泥標號 品種 混凝土設(shè)計等級 (M Pa 材料用量 (kg m 3水泥 砂子 石子 水 U EA K W水灰比坍落度抗壓強度 (M Pa 7天 28天425#普通硅酸鹽水泥C 183327551182176403. 320. 538. 521. 126. 6 U EA 膨脹劑的摻用量為 12% 54第 2

8、期 姜金起等 :U EA 混凝土膨脹劑在鐵路隧道中的應(yīng)用5施工措施由于本段施工中取消了防水板 , 施工工藝大大簡化 , 基本上和普通混凝土施工工藝相同 , 盡管如此 , 我們?nèi)詫θ藛T組織 、 配屬機具進行充分準備 , 制定了工藝流程和質(zhì)量控制措施 。 施工 流程圖見圖 1 。圖 1混凝土施工工藝流程圖(1 為了保證混凝土灌注的連續(xù)性 , 我們分了三個工班連續(xù)施工 , 保證了施工工序的銜接性 , 沒有出現(xiàn)中斷現(xiàn)象 。(2 每個工班都有一名技術(shù)干部輪流值班 , 全面負責(zé) , 監(jiān)督混凝土的施工質(zhì)量 。 并認真做好 施工記錄 。(3 每個工班都設(shè)專人負責(zé)材料的計量 , 特別是準確稱量 U EA 膨脹劑

9、和 K W 減水劑 , 砂 、 石要求盤盤過稱 。 工地砂 、 石含水率由工地試驗員負責(zé)測定 , 并調(diào)整混凝土配合比 , 以確?；炷?土質(zhì)量 。(4 在防水混凝土灌注過程中 , 每個工班都設(shè)專人進行混凝土振搗 , 以保證混凝土獲得足 夠的密實度 , 提高混凝土的抗?jié)B能力 。(5 現(xiàn)場設(shè)混凝土拌合站 , 強制式攪拌機 。 在混凝土攪拌過程中 , 由于摻入了 U EA 膨脹 劑 , 我們比普通混凝土多攪拌 30秒 。(6 隧道襯砌施工接頭縫是隧道防水的薄弱環(huán)節(jié) , 處理不當(dāng) , 往往造成開裂滲水 。 我們在混 凝土灌注前先對原注混凝土進行刷毛 , 然后再刷一層摻 U EA 膨脹劑的水泥漿 。 對于

10、混凝土擋 頭板 , 要做得比較正規(guī) , 保證施工中不出現(xiàn)漏漿 。本試驗不足之處就是由于景忠山隧道施工已接近尾聲 , 洞內(nèi)水管已拆除 , 拱部混凝土高度 為 89m , 沒有腳手架 , 不好灑水養(yǎng)護 。 雖然洞內(nèi)濕度大于 85%, 但對于摻 U EA 混凝土充分發(fā) 揮其膨脹性能也產(chǎn)生不良影響 。64鐵道工程學(xué)報 1997年 12月6工程質(zhì)量情況6. 1混凝土內(nèi)應(yīng)力監(jiān)測為了實際了解摻入 U EA 膨脹劑后混凝土的內(nèi)應(yīng)力變化情況 , 我們在本試驗段 D K 506+768、 D K 506+777及設(shè)防水板普通防水混凝土段 D K 506+750處分別預(yù)埋了丹東儀表廠生產(chǎn)的混凝土應(yīng)變計 , 據(jù)測量的

11、混凝土應(yīng)力值 , 掌握混凝土的膨脹性能 。由 U EA 膨脹劑的性能可知 :U EA 加入到普通混凝土中 , 拌水后生成大量膨脹性結(jié)晶水 化物鈣礬石 , 使混凝土產(chǎn)生適度膨脹 , 在鄰位的約束下 , 它產(chǎn)生的膨脹能轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力 , 這一壓 應(yīng)力可大致抵消混凝土干縮時產(chǎn)生的拉應(yīng)力 , 從而防止或減少混凝土收縮開裂 , 并使混凝土致 密化 。 再是由于 U EA 水化形成的鈣礬石晶體具有填充切斷毛孔縫作用 , 使大孔減少 , 總孔隙 率減少 , 從而提高混凝土致密性 , 可以得到自防滲混凝土 。從我們對埋入混凝土中的混凝土應(yīng)變計的測量結(jié)果來看 , 證實了以上所述 , 測量結(jié)果見表 2。表 2混凝土

12、應(yīng)變計測量結(jié)果序號應(yīng)變計量埋設(shè)里程測量時間測量結(jié)果 (M Pa 備注1488D K 506+7505. 11-0. 445. 16-0. 365. 27-0. 26. 16-0. 26. 20-0. 244. 24埋入2375D K 506+7685. 110. 285. 130. 325. 270. 25. 300. 166. 100. 084. 16埋入3388D K 506+7775. 110. 205. 140. 126. 30. 126. 100. 086. 2006. 254. 16埋入D K 506+760810拱部混凝土由于摻入 U EA 膨脹劑 , 使混凝土產(chǎn)生膨脹導(dǎo)入一定的

13、自 74第 2期 姜金起等 :U EA 混凝土膨脹劑在鐵路隧道中的應(yīng)用應(yīng)力值 , 且隨著時間的推移 , 漸漸減小 , 也就是說它補償了因混凝土收縮而產(chǎn)生的拉應(yīng)力 , 從而 使混凝土防止或減少裂縫的出現(xiàn) , 達到防水效果 。 D K 506+750處 , 混凝土中沒有摻入 U EA 膨 脹劑 , 應(yīng)變計測量結(jié)果為負值 , 說明此處的混凝土沒有產(chǎn)生膨脹應(yīng)力 , 而是由于混凝土的收縮 產(chǎn)生了拉應(yīng)力值 , 往往造成混凝土產(chǎn)生裂縫或使混凝土不密實 , 起不到良好的防水效果 。 從測量結(jié)果也可以看出摻 U EA 膨脹劑的混凝土對后期養(yǎng)護的重要性 。 因為 U EA 水泥水 化過程中 , 生成水化硫鋁酸鈣需

14、要大量的水份 , 為了更好地發(fā)揮 U EA 混凝土的效能 , 灌注后 澆水養(yǎng)護是非常重要的 。 由于現(xiàn)場條件欠缺 , 灌注后沒有對混凝土進行后期澆水養(yǎng)護 。 由表 2可 知 , 在 D K 506+768處混凝土的內(nèi)應(yīng)力值比 D K 506+777處混凝土內(nèi)應(yīng)力值大 , 我們分析認為 , 由于 D K 506+768處的裂隙水比較發(fā)育 , 而 D K 506+777處巖層滲水量小 , 沒有補償后期養(yǎng)護 的不足 。6. 2混凝土抗?jié)B試驗我們在施工工地留制了兩組混凝土抗?jié)B試件并對其進行了抗?jié)B試驗 , 結(jié)果均超過了抗?jié)B 級 S 8的要求 , 通過作抗?jié)B破壞試驗 , 結(jié)果最大加壓可達 14kg m 2

15、, 試驗結(jié)果見表 3。表 3混凝土抗?jié)B試驗結(jié)果編號 制 作 日 期 工 程 部 位 抗?jié)B標號 S 設(shè)計標號 S 1991 11991. 4. 3D K 506+760770(拱部 13891 21991. 4. 6D K 506+794802(拱部 1286. 3混凝土強度試驗我們在施工現(xiàn)場留制了 5組混凝土強度試塊 , 其強度都達到了設(shè)計要求的強度 。 結(jié)果見表 4。表 4混凝土強度試驗結(jié)果序號 制 件 日 期 工程部位 (拱部 抗壓強度 R (M Pa 達標 設(shè)計等級 (M Pa 11991. 4. 5 D K 506+80279423. 2116%C 1821991. 4. 8 D K

16、506+79478622. 9114%C 1831991. 4. 11D K 506+78577824. 6123%C 1841991. 4. 15D K 506+77877022. 5112%C 1851991. 4. 18D K 506+77077623. 9120%C 186. 4工程現(xiàn)場檢驗D K 506+760810拱部混凝土襯砌從 1991年 3月 31日開始至 1991年 4月 19日結(jié)束 , 在整個 84鐵道工程學(xué)報 1997年 12月第2期 姜金起等: U EA 混凝土膨脹劑在鐵路隧道中的應(yīng)用 49 混凝土襯砌過程中, 無論從材料計量、 混凝土灌注、 施工接頭縫處理都嚴格把關(guān)

17、。 混凝土拆模 后, 沒有蜂窩麻面, 表面圓順光滑。 1992年底工程驗交時, 實際現(xiàn)場觀察, 沒有滲水現(xiàn)象。 到 總之, 從試驗數(shù)據(jù)和實際觀察來看, 摻 U EA 混凝土膨脹劑起到了補償收縮、 自密抗?jié)B的 作用, 效果顯著。 7經(jīng)濟分析 按1991 年材料價格綜合計算, 每米拱部摻 U EA 混凝土施工比設(shè)防水板普通混凝土施工 可節(jié)約資金114元, 本50 m 試驗段可節(jié)約資金7 200元, 節(jié)約工天56個。 由此可知: 摻 U EA 進行防水混凝土施工, 既可以保證混凝土的質(zhì)量, 又可以縮短工期, 節(jié) 約資金。 8幾點體會 ( 1 通過在鐵路隧道中使用 U EA 膨脹劑, 我們認為它是一種

18、良好的抗裂防滲材料, 達到 結(jié)構(gòu)自防水效果, 節(jié)省了大量外防水材料, 施工簡便, 又能縮短工期。 為今后鐵路隧道做好防水 工作提供了一種新的途徑。 ( 2 在 U EA 混凝土中, 同時摻入早強減水劑可改善混凝土的和易性, 降低坍落度的損失, 同時使混凝土早強, 加速了模板的周轉(zhuǎn)。 ( 3 摻 U EA 的混凝土對后期養(yǎng)護非常重要, 一定要澆水養(yǎng)護10 14天, 使 U EA 混凝土更 好地發(fā)揮膨脹效能。 ( 4 U EA 膨脹劑與其它外加劑相比摻量偏大, 如果能降低摻量就能達到最佳效果, 其造價 也降低。 那么用戶將容易接受和使用, 希望 U EA 的研制單位能進一步提高其質(zhì)量。 APPL ICAT I N O F UEA EXPANS IVE AGENT FO R CEM ENT IN O RA I LW AY TUNNEL J iang J inq i Zhu Pengyong Six teen th Eng ineering B u reau of M O R Abstract T h is a rt icle exp la in s the p rop ert ies of the U EA exp an sive agen t fo r cem en t and ana ly ses the m echan ism of self 2 a terp r