隧道噴射混凝土質(zhì)量提升關(guān)鍵技術(shù)研究
2022-12-09 點(diǎn)擊：次
李敬偉（中鐵一局集團(tuán)第五工程有限公司）
俞醒（中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司杭溫工程建設(shè)指揮部）
浙江卡浦樂(lè)爾混凝土技術(shù)有限公司 鄒紅湘
中鐵十四局集團(tuán)有限公司 楊仕彬 趙連登
[摘要]如何解決隧道噴射混凝土回彈量大、速凝劑摻量多、濕噴效率低等問(wèn)題，如何有效控制混凝土裂縫，水泥的品質(zhì)影響，外加劑的質(zhì)量和摻量影響，配合比的合理性對(duì)混凝土質(zhì)量的影響非常關(guān)鍵。本研究希望通過(guò)對(duì)減水劑、速凝劑和水泥質(zhì)量的控制，將水泥對(duì)裂縫的不良影響降到最低，通過(guò)初支成套技術(shù)服務(wù)一體化的理念，再通過(guò)其它手段，來(lái)達(dá)到有效控制噴射混凝土的回彈和有效控制混凝土裂縫的目的。
[關(guān)鍵詞]低開(kāi)裂敏感度水泥 無(wú)堿速凝劑 回彈改良劑 配合比 混凝土裂縫
[Abstract] The quality of the cement，supplements and its proportion of the concrete have very vital influences on the quality of concrete， which playing a key part on solving the problems，such as high rebounding extent of ejected concrete on canal constructing，over proportioned of fast condenser，low effectiveness of wet ejecting method，and effectively control of the concrete crack. This research， based on the concept the integral service of the primary supporting technology service， hope to lowest the influence of the cement to the cracks by controlling the quality of the water reducer，fast condenser and cement to fulfill the target of effectively controlling the rebounding extend of ejected concrete and limit the crack to the most extend.
[keywords]low-cracking sensitive cement，alkali-free condenser， rebounding improver，proportioning，cement crack.
1、概述
噴射混凝土是借助噴漿機(jī)將攪拌均勻的混凝土拌合物直接噴射至工作面的混凝土，也是隧道施工過(guò)程開(kāi)挖初期支護(hù)的關(guān)鍵部分，其技術(shù)水平直接影響著隧道支護(hù)質(zhì)量及施工的安全。
隧道是永久性的大型建筑物，建成后不易改建、擴(kuò)建，其建筑結(jié)構(gòu)、材料選擇需充分考慮結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期承載及耐久性的需要。隧道的安全運(yùn)營(yíng)直接關(guān)系到國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民生命的安危。因此，針對(duì)公路和鐵路隧道襯砌裂縫問(wèn)題展開(kāi)針對(duì)性研究，通過(guò)技術(shù)路徑，從源頭上杜絕混凝土的裂縫問(wèn)題，需要從原材料控制、配合比優(yōu)化、施工工藝優(yōu)化等角度進(jìn)行系統(tǒng)化研究，采取合理的材料技術(shù)措施及施工工藝，降低混凝土收縮，避免二襯混凝土開(kāi)裂，確保隧道的穩(wěn)定、美觀(guān)及耐久性，保障公路和鐵路交通安全，具有十分重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。
近年來(lái)，隨著我國(guó)公路鐵路工程建設(shè)的加快，隧道工程有了較大發(fā)展，噴射混凝土具有原料來(lái)源廣泛、施工便利、對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性強(qiáng)、施工速度快等優(yōu)良性能，得到廣泛應(yīng)用，為我國(guó)工程建設(shè)貢獻(xiàn)了力量。
關(guān)鍵材料助力技術(shù)發(fā)展
隨著噴射混凝土材料制備的關(guān)鍵材料——噴射混凝土用速凝劑的快速發(fā)展，無(wú)堿液體速凝劑技術(shù)逐漸成熟，為噴射混凝土材料的高性能化發(fā)展提供了材料基礎(chǔ)。
無(wú)堿液體速凝劑是速凝劑的發(fā)展方向，也是工程應(yīng)用的必然趨勢(shì)。公司與北京工業(yè)大學(xué)正是在這一背景下，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期合作研究，成功推出了HQ無(wú)堿液體速凝劑及其系列母料。研究成果已經(jīng)通過(guò)中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)的科技成果鑒定，取得發(fā)明專(zhuān)利，其產(chǎn)品主要性能指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品，成果屬于國(guó)際先進(jìn)水平。
(1) 摻量低(6%_9%)，水泥混凝土凝結(jié)硬化快，初終凝間隔短；
(2)對(duì)水泥的適應(yīng)性好，在摻量為水泥質(zhì)量6%-9%范圍內(nèi)，滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《噴射混凝土用速凝劑》ASTM C1141/C1141M-08Standard Specification for Admixtures for Shotcrete標(biāo)準(zhǔn)性能指標(biāo)和要求。
(3)混凝土早期強(qiáng)度高，膠砂試件的1d強(qiáng)度可超過(guò)7MPa，后期強(qiáng)度只增不減，28d強(qiáng)度比可達(dá)90%以上，90d抗壓強(qiáng)度保留率為100%
(4)對(duì)混凝土耐久性無(wú)不良影響，由于無(wú)堿速凝劑不含堿性物質(zhì)，極大程度上降低了由于堿性物質(zhì)的引入對(duì)混凝土造成的破壞，如堿骨料反應(yīng)；同時(shí)嚴(yán)格限制了Cl-的含量，避免了對(duì)鋼筋的腐蝕；
(5)在噴射過(guò)程中沒(méi)有粉塵， 并大大降低回彈量，從而保護(hù)施工人員的身體健康和避免材料的浪費(fèi)；
(6)硬化混凝土密實(shí)性好、抗?jié)B性好，可配制高強(qiáng)噴射混凝土。
1、檢測(cè)依據(jù)：中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T35159-2017《噴射混凝土用速凝劑》
企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) Q/KHQ 005-2013《噴射混凝土用無(wú)堿液體速凝劑》
2、方法提要：
① 凈漿實(shí)驗(yàn)：400克水泥、160克水(扣除速凝劑所帶入水分)
② 提示：例如速凝劑固含量為50%，即按應(yīng)加速凝劑量的50%扣減水分。速凝劑計(jì)量方法，建議使用獸用注射器(快速、準(zhǔn)確)；做凈漿攪拌時(shí)(特別加入速凝劑后)請(qǐng)用手工迅速拌合，并于50秒內(nèi)完成圓模，不建議用機(jī)器進(jìn)行攪拌(機(jī)器攪拌會(huì)影響速凝劑與水泥凈漿的均值和凝結(jié)時(shí)間)。
③ 一天強(qiáng)度試驗(yàn)：900克水泥，1350克標(biāo)準(zhǔn)砂，450克水(扣除速凝劑所帶水分)，方法與凈堿試驗(yàn)相同，試摸完成后請(qǐng)置于20℃±2℃室內(nèi)存放。
產(chǎn)品使用
1、無(wú)堿液體速凝劑只可使用于濕噴工藝，必須具有小型或大型濕噴設(shè)備方可使用。
2、根據(jù)水泥品種，用量和水灰比不同，可以通過(guò)改變其摻量調(diào)整促凝作用來(lái)滿(mǎn)足使用要求。
3、環(huán)境溫度會(huì)影響噴射混凝土的凝結(jié)速度和早期性能。具體摻量應(yīng)根據(jù)性能需求，環(huán)境條件的不同，通過(guò)試驗(yàn)調(diào)整確定。摻量越高，凝結(jié)時(shí)間越快。
聚焦先進(jìn)水泥基
材料、高性能混凝土、固廢資源化材料等科學(xué)問(wèn)題，系統(tǒng)開(kāi)展新理論、新方法、 新工藝、新技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)工作。
近年來(lái)，隨著噴射混凝土材料制備的關(guān)鍵材料——噴射混凝土用速凝劑的快速發(fā)展，無(wú)堿液體速凝劑技術(shù)逐漸成熟，為噴射混凝土材料的高性能化發(fā)展奠定了材料基礎(chǔ)；同時(shí)，噴射混凝土成型工藝也逐漸由干法噴射向濕法噴射方向轉(zhuǎn)型發(fā)展，噴射混凝土設(shè)備也正在逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化和智能化控制，明顯地提高了噴射混凝土作業(yè)環(huán)境和工程質(zhì)量。此外，硅灰、鋼纖維、有機(jī)纖維和其他功能材料在噴射混凝土中應(yīng)用，顯著提高了噴射混凝土的力學(xué)性能與耐久性，推動(dòng)噴射混凝土向高性能化和高耐久方向發(fā)展。
“目前，噴射混凝土已廣泛用于隧道、地下和海洋工程，以提供早期支持和防止?jié)B水。噴射混凝土的關(guān)鍵性能指標(biāo)是設(shè)定時(shí)間和強(qiáng)度，這不僅取決于混合物設(shè)計(jì)，還取決于液體無(wú)堿速凝劑的使用。速凝劑改變了膠凝材料的水化機(jī)理，影響其強(qiáng)度發(fā)展和凝固時(shí)間。”CCPA噴射混凝土材料與工程技術(shù)分會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)尚百雨表示，2017年噴射混凝土速凝劑行業(yè)為712.85億美元，預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)到986.62億美元，2017—2025年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為4.15％。全球采礦活動(dòng)、隧道建設(shè)增加等是推動(dòng)全球噴射混凝土速凝劑市場(chǎng)的關(guān)鍵因素。
創(chuàng)新讓技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)突破
在標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)方面，當(dāng)前由于噴射混凝土在配合比、噴射作業(yè)及灑水養(yǎng)護(hù)等多種因素的影響，使得實(shí)體噴射混凝土的強(qiáng)度往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠度降低甚至工程事故的發(fā)生。因此能否準(zhǔn)確有效地評(píng)價(jià)噴射混凝土的施工質(zhì)量顯得尤為重要。
近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及噴射混凝土應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，噴射混凝土需求量越來(lái)越大、質(zhì)量要求也越來(lái)越高，性能要求越來(lái)越綜合化、多樣化，因此對(duì)噴射混凝土品種與性能要求越來(lái)越高，對(duì)噴射混凝土應(yīng)用技術(shù)水平要求也越來(lái)越高。
創(chuàng)新是技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵，在工程建設(shè)中同樣如此。“在川藏鐵路拉薩—林芝試驗(yàn)段的工程實(shí)踐中，為實(shí)現(xiàn)噴射混凝土在到達(dá)受?chē)娒鏁r(shí)迅速凝結(jié)硬化并提供早期強(qiáng)度的目的，采用加入速凝劑的方式加速水泥水化進(jìn)程，縮短誘導(dǎo)期。速凝劑的使用實(shí)現(xiàn)了噴射混凝土的迅速凝結(jié)硬化，保證了隧道圍巖穩(wěn)定和施工安全。山西省中部引黃工程是山西省‘十二五’規(guī)劃大水網(wǎng)建設(shè)中一項(xiàng)重要的工程，工程包括水源工程和輸水工程。本工程采取了一系列的工程措施進(jìn)行初期支護(hù)，除了錨桿、錨索等措施外，鋼纖維噴射混凝土也是其中一項(xiàng)重要的措施。某高鐵全線(xiàn)重點(diǎn)控制性工程，隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，整體施工風(fēng)險(xiǎn)高。該隧道淺埋段占全隧41%，洞身圍巖整體穩(wěn)定性差，淺埋偏壓軟弱圍巖多，尤其是Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖占比高達(dá)86%。受地材環(huán)境限制與施工成本控制，項(xiàng)目采用機(jī)制砂制備噴射混凝土。”談到在工程中取得的突破，尚百雨如數(shù)家珍。
在標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方面，同樣需要?jiǎng)?chuàng)新。“在標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)方面，當(dāng)前由于噴射混凝土在配合比、噴射作業(yè)及灑水養(yǎng)護(hù)等多種因素的影響，使得實(shí)體噴射混凝土的強(qiáng)度往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠度降低甚至工程事故的發(fā)生。因此，能否準(zhǔn)確有效地評(píng)價(jià)噴射混凝土的施工質(zhì)量顯得尤為重要。”尚百雨指出，目前現(xiàn)行的噴射混凝土質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)仍然局限于傳統(tǒng)的混凝土抗壓強(qiáng)度，但抗壓強(qiáng)度指標(biāo)不能合理地反映噴射混凝土的實(shí)際受載作用機(jī)理。況且國(guó)內(nèi)現(xiàn)行施工規(guī)范和質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中檢測(cè)噴射混凝土抗壓強(qiáng)度的“噴大板”試驗(yàn)方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，所獲取的樣本數(shù)量有限，強(qiáng)度值有時(shí)也不能真正反映實(shí)際噴射混凝土的性能。
未來(lái)機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存
目前，發(fā)展噴射混凝土技術(shù)存在以下兩種思路：一是發(fā)展適用于噴射混凝土的綠色高性能速凝劑；二是在噴射混凝土中加入新型纖維材料，利用其本身的力學(xué)性質(zhì)，達(dá)到改善噴射混凝土性能目的。
我國(guó)幅員遼闊，社會(huì)全面進(jìn)步，人民需求大幅提升，促使工程的種類(lèi)與質(zhì)量不斷取得更大的突破，這為噴射混凝土帶來(lái)了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。
“當(dāng)前行業(yè)發(fā)展存在的問(wèn)題和挑戰(zhàn)主要有以下幾點(diǎn)：一是國(guó)內(nèi)外相關(guān)速凝劑產(chǎn)品的檢驗(yàn)方法和性能評(píng)價(jià)指標(biāo)存在不統(tǒng)一問(wèn)題。特別是關(guān)于速凝劑產(chǎn)品分類(lèi)和性能指標(biāo)問(wèn)題，我國(guó)甚至沒(méi)有無(wú)堿速凝劑的明確定義，對(duì)于多少堿含量才是無(wú)堿或者低堿存在爭(zhēng)議。二是目前3D打印建筑技術(shù)使用的噴射混凝土粘結(jié)時(shí)間仍舊不合理，通常凝結(jié)時(shí)間達(dá)6～10h左右。三是煤礦巷道使用噴射混凝土封閉和支護(hù)圍巖是目前最有效的支護(hù)方式，伴隨著錨噴支護(hù)工藝的改進(jìn)和完善，成為目前巷道支護(hù)技術(shù)的主流。四是速凝劑產(chǎn)品穩(wěn)定性和在噴射混凝土施工中應(yīng)用技術(shù)還有待完善。”尚百雨提出，目前發(fā)展噴射混凝土技術(shù)存在著以下兩種思路：一是發(fā)展適用于噴射混凝土的綠色高性能速凝劑，針對(duì)混凝土延性和強(qiáng)度的提高、抑制裂縫的產(chǎn)生與延伸、減少天然骨料和水泥的消耗、降低施工環(huán)境粉塵的影響等方面進(jìn)行研究，利用速凝劑來(lái)弱化對(duì)環(huán)境的污染。二是在噴射混凝土加入新型纖維材料，利用其本身的力學(xué)性質(zhì)，達(dá)到改善噴射混凝土的韌性和強(qiáng)度、提高抗震防爆性能、減少自身裂縫的發(fā)展、降低回彈率的目的。但值得注意的是，當(dāng)前，低成本、高回報(bào)的速凝劑研發(fā)使得速凝劑市場(chǎng)魚(yú)龍混雜，部分速凝劑摻入許多污染環(huán)境的成分。主管部門(mén)為提高工程的穩(wěn)定性和耐久性、減少對(duì)環(huán)境的污染，現(xiàn)已明確要求在施工過(guò)程中使用液體速凝劑。
提升質(zhì)量將是重要發(fā)展方向
隨著我國(guó)“西部大開(kāi)發(fā)”和“一帶一路”的不斷推進(jìn)，噴射混凝土將得到進(jìn)一步推廣，其質(zhì)量的好壞將直接影響著我國(guó)各類(lèi)工程的建設(shè)質(zhì)量和使用壽命。
噴射混凝土與傳統(tǒng)混凝土相比有著無(wú)可比擬的優(yōu)越性。由于對(duì)被噴物具有較好的支襯、隔離等作用，使得其在水利水電、邊坡支護(hù)、礦山開(kāi)發(fā)、地下工程、工程加固補(bǔ)強(qiáng)等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但隨著我國(guó)“西部開(kāi)發(fā)”和“一帶一路”的不斷推進(jìn)，噴射混凝土將得到進(jìn)一步推廣，其質(zhì)量的好壞將直接影響著我國(guó)各類(lèi)工程的建設(shè)質(zhì)量和使用壽命。
“如何提升高性能?chē)娚浠炷敛牧吓c工程技術(shù)將成為今后行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要方向。”對(duì)此，尚百雨建議，一是研發(fā)性能更好的早強(qiáng)型無(wú)堿液體速凝劑及其新型高效穩(wěn)定劑或絡(luò)合劑，加大利用無(wú)害工業(yè)副產(chǎn)品等廉價(jià)原材料生產(chǎn)液體速凝劑。二是濕噴工藝及其配套濕噴設(shè)備是未來(lái)噴射混凝土的發(fā)展方向，干法噴射將逐步被限制和取代。三是建立健全噴射混凝土性能的檢測(cè)評(píng)價(jià)方法和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。四是噴射混凝土材料向“高性能?chē)娚浠炷?rdquo;方向發(fā)展，不僅具有可靠的可噴射性能，同時(shí)具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐久性能。五是噴射混凝土專(zhuān)用噴射設(shè)備的自動(dòng)化和智能化水平提升及開(kāi)展噴射手和承包商的專(zhuān)用技能和資質(zhì)培訓(xùn)已刻不容緩。
在隧道施工過(guò)程中，噴射混凝土作為隧道永久性支護(hù)工程，如何做到噴射混凝土密實(shí)、噴射平整，無(wú)脫落、無(wú)空鼓、無(wú)裂縫、無(wú)滲漏等問(wèn)題，就需要高性能的噴射混凝土和有效降低混凝土裂縫的材料和工藝。
2、研究的方向和技術(shù)路線(xiàn)
在現(xiàn)代混凝土中，隧道裂縫控制是難度最大、牽涉面最廣的一個(gè)問(wèn)題�；炷两Y(jié)構(gòu)開(kāi)裂的原因十分復(fù)雜，設(shè)計(jì)、原材料加工、配合比選用、施工養(yǎng)護(hù)到使用環(huán)境都存在裂縫產(chǎn)生的因素，所以，要想有效控制甚至消滅工程結(jié)構(gòu)中的裂縫，難度可想而知。
高性能混凝土的研究，一般側(cè)重于混凝土整體配合比的設(shè)計(jì)、礦物摻合料的使用以及外加劑的協(xié)同，而針對(duì)水泥本身性能指標(biāo)而進(jìn)行的研究則比較少的應(yīng)用于實(shí)際的工程中。
對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，為了有效的控制裂縫，提升混凝土質(zhì)量，優(yōu)質(zhì)的混凝土拌和物+好施工，才能做出優(yōu)質(zhì)的工程，就需要對(duì)原材料的質(zhì)量管控、配合比選用、施工的過(guò)程管理進(jìn)行控制。對(duì)混凝土行業(yè)來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)也許可以控制，有些原材料質(zhì)量也可以控制，而水泥因?yàn)椴皇腔炷列袠I(yè)生產(chǎn)，水泥生產(chǎn)過(guò)程中形成對(duì)裂縫產(chǎn)生的因素很難控制。水泥是混凝土之母，生產(chǎn)一種低敏感開(kāi)裂度水泥是解決混凝土裂縫問(wèn)題的關(guān)鍵一步。作者總結(jié)自己和公司團(tuán)隊(duì)十幾年來(lái)的正反兩方面工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，和技術(shù)人員一起，對(duì)水泥生產(chǎn)的每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行精心的研究和設(shè)計(jì)，生產(chǎn)出能夠完全符合國(guó)家P.O42.5水泥標(biāo)準(zhǔn)的，并可以大幅度降低隧道裂縫的水泥。
該水泥除了降低C3S、C3A含量和比表面積外，主要有以下幾個(gè)特色（1）科學(xué)設(shè)計(jì)了水泥顆粒的級(jí)配；（2）提升了水泥廠(chǎng)的生產(chǎn)效率；（3）根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，把混合材摻量使用到最佳；（4）滿(mǎn)足三天強(qiáng)度要求的同時(shí)，大幅提高了后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)。
3、研究?jī)?nèi)容
3.1控制和改善水泥的性能指標(biāo)
水泥的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都會(huì)顯著影響混凝土質(zhì)量。如水泥中1～3µm的顆粒含量會(huì)顯著影響混凝土早期強(qiáng)度、需水量等性能，水泥越細(xì)，放熱越快，收縮率也越大，很容易導(dǎo)致混凝土早期開(kāi)裂；由于熟料煅燒不完全而存在的游離氧化鈣和游離氧化鎂水化活性小，在水泥硬化后才水化，會(huì)產(chǎn)生體積膨脹，引起水泥石開(kāi)裂；石膏含量過(guò)多時(shí)，水泥硬化后還會(huì)繼續(xù)與固態(tài)的水化鋁酸鈣反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣，產(chǎn)生體積膨脹，也會(huì)引起水泥石開(kāi)裂；水泥中的助磨劑也可能會(huì)影響高效減水劑效果，若兩者不適應(yīng)，不僅會(huì)造成混凝土施工性能下降，還會(huì)增加收縮。因此需從水泥這一混凝土核心原材料出發(fā)，控制和改善生產(chǎn)和性能指標(biāo)，研究高鐵水泥的定制化生產(chǎn)，對(duì)不同工程設(shè)定不同水泥摻合料的種類(lèi)、助磨劑的使用、比表面積、堿含量、選粉工藝、和強(qiáng)度富余值及后期強(qiáng)度增長(zhǎng)等指標(biāo)。
3.2嚴(yán)格控制外加劑技術(shù)指標(biāo)保證混凝土質(zhì)量
考慮高效減水劑、速凝劑等與環(huán)境溫度、骨料含泥量及石粉含量的匹配性，同時(shí)系統(tǒng)性考慮外加劑摻量、活性母料、生產(chǎn)設(shè)備、運(yùn)輸半徑、與水泥內(nèi)助磨劑相互作用、與絮凝劑的相互作用等因素對(duì)混凝土質(zhì)量的影響，研制與水泥具有優(yōu)異適應(yīng)性，能夠有效保障混凝土各方面質(zhì)量的高效減水劑。
3.3研究水泥性能和水泥用量對(duì)混凝土收縮性能的影響
研究不同性能水泥及用量對(duì)混凝土各項(xiàng)物理力學(xué)性能和耐久性能的影響，尤其是收縮性能的影響。針對(duì)目前存在的混凝土實(shí)際強(qiáng)度遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的情況，通過(guò)優(yōu)化水膠比和水泥用量適當(dāng)降低混凝土強(qiáng)度的富余系數(shù)，從而平衡強(qiáng)度與收縮之間的關(guān)系。
4.關(guān)鍵技術(shù)
4.1、對(duì)低敏感開(kāi)裂水泥、高性能減水劑、無(wú)堿液體速凝劑、機(jī)制砂改良劑、回彈改良劑等原材料技術(shù)指標(biāo)控制及優(yōu)化技術(shù)；
低開(kāi)裂敏感度水泥的技術(shù)原理，即用低開(kāi)裂敏感度水泥早期水化熱低、需水量低、后期水化潛力大，可改善硬化后混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提高密實(shí)度，最大程度降低早期收縮開(kāi)裂傾向。
4.1.1低開(kāi)裂敏度水泥技術(shù)指標(biāo)（10%混合材）
表1低開(kāi)裂敏感度水泥礦物相指標(biāo)table 1. the mineral ingredients of the low crack sensitivity cement
4.1.2降低混凝土裂縫及耐久性能研究
選擇具有代表性的配合比，對(duì)其混凝土的抗裂性能和耐久性能進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試項(xiàng)目包括：塑性和干燥收縮、抗?jié)B性能、抗氯離子滲透性、碳化性能、抗凍性能、絕熱溫升。
4.1.3室內(nèi)試驗(yàn)
為了進(jìn)一步驗(yàn)證本水泥對(duì)減少混凝土收縮裂縫的作用，技術(shù)組專(zhuān)門(mén)進(jìn)行了實(shí)體工程試驗(yàn)。選擇二塊各大約300平的路面進(jìn)行混凝土試打，路面厚度為20cm，強(qiáng)度采用C30混凝土，配合比為：
低開(kāi)裂敏感度水泥配合比：水泥350，水175，外加劑5.6，砂960，碎石980（本攪拌站常用骨料），實(shí)測(cè)坍落度為20cm。
普通水泥配合比：水泥210，粉煤灰80，礦粉60，水175，外加劑5.6，砂960，碎石980（本攪拌站常用骨料），實(shí)測(cè)坍落度為20cm。
下午2點(diǎn)開(kāi)始同時(shí)試打，當(dāng)天溫度-2-6度，風(fēng)力4級(jí)。為了在極端條件下進(jìn)行效果對(duì)比，對(duì)本次水泥和普通水泥所打的混凝土采取不養(yǎng)護(hù)、不蓋布、不切縫的施工措施。
混凝土打完第2天，第7天，第14天，第20天，第34天對(duì)開(kāi)裂情況進(jìn)行觀(guān)察，
本次水泥所打的試驗(yàn)段表面顏色正，有鏡面光澤，無(wú)任何裂縫；
普通水泥所打的試驗(yàn)段，表面顏色發(fā)白，裂縫不斷發(fā)展并越來(lái)越嚴(yán)重。
第37天，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的回彈試驗(yàn)，本次水泥試驗(yàn)段回彈強(qiáng)度為41Mpa，普通水泥試驗(yàn)段為32Mpa.
這次對(duì)比試驗(yàn)充分體現(xiàn)出了本次水泥的優(yōu)越性能，這就是顏色正、長(zhǎng)期強(qiáng)度高、無(wú)收縮裂縫，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)照片如下：
低開(kāi)裂敏感度水泥試驗(yàn)段不同齡期照片 different phases of the low crack sensitivity cement on trial
普通水泥試驗(yàn)段不同齡期照片different phases of the normal cement on trial
4.2對(duì)噴射機(jī)械手、專(zhuān)業(yè)噴射隊(duì)伍、施工技術(shù)及各工序配合的一體化作業(yè)方案，試驗(yàn)測(cè)算一體化施工做到降本增效；
圍繞“濕噴技術(shù)和濕噴產(chǎn)業(yè)鏈”，將中鐵一局臨金高速公路虎溪臺(tái)隧道進(jìn)口作為試驗(yàn)點(diǎn)。
4.2.1無(wú)堿液體速凝劑、回彈改良劑、流變改良劑
外加劑是定制化生產(chǎn)，含有液體納米級(jí)懸浮液，初始水化快，具有高活性且容易添加，能夠改進(jìn)混凝土流變性，具有高粘度，能更好的與基巖粘結(jié)。
4.2.2施工設(shè)備
使用湖南鵬翔星通汽車(chē)有限公司生產(chǎn)的PX6 Q3混凝土噴濕機(jī)1臺(tái)，該設(shè)備具有效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、噴射斷面大、特別適合臺(tái)階法開(kāi)挖，回彈量≤15%，設(shè)備有效生產(chǎn)率≥15m3/h等特點(diǎn)。
4.2.3、施工作業(yè)安排
作業(yè)人員：噴射班組共計(jì)5人，一線(xiàn)作業(yè)人員3人，保障人員1人，管理人員1人。
根據(jù)中鐵一局臨金高速公路項(xiàng)目部統(tǒng)一安排，分時(shí)施工了2次。
第1次，在隧道進(jìn)口右洞進(jìn)行3次噴射（含洞門(mén)邊坡），共9匹拱、5m，噴射混凝土103.5m3（其中10.7m3用于邊坡）；
第2次，在隧道進(jìn)口左洞進(jìn)行8次噴射（含洞門(mén)邊坡），共17匹拱、10m，噴射混凝土180m3（其中10 m3用于邊坡）。
4.2.4、施工作業(yè)統(tǒng)計(jì) table of statistics on constructing operations
4.2.5施工效果圖 spot effect pictures of constructing
5、提升混凝土質(zhì)量和噴射混凝土一體化施工的應(yīng)用研究和試驗(yàn)結(jié)果
虎溪臺(tái)隧道的混凝土施工中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際噴射情況，采用噴射混凝土一體化施工，混凝土質(zhì)量大幅提升，初支噴射混凝土整體綜合成本測(cè)算降低10%以上。
5.1液體無(wú)堿速凝劑及改良劑實(shí)際綜合摻量約6.5%，按照此項(xiàng)目原配合比中速凝劑綜合摻量 9% 計(jì)算，每立方混凝土節(jié)約10KG速凝劑，節(jié)約成本30元。
5.2使用低開(kāi)裂敏感度水泥，水泥用量可以降低20KG每立方。
5.3噴射混凝土的綜合回彈小于15%，以此回彈率計(jì)算，每方混凝土節(jié)約30元。
5.4施工效率
與隧道左洞湖南五新設(shè)備對(duì)比，我方設(shè)備每小時(shí)多噴射4立方混凝土，節(jié)約時(shí)間成本、人工成本，加快了循環(huán)和進(jìn)度。
5.5時(shí)間優(yōu)化
由于初期試驗(yàn)階段，作業(yè)人員未駐項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，每次通知后再進(jìn)場(chǎng)準(zhǔn)備，會(huì)增加時(shí)間；進(jìn)駐項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)后，綜合時(shí)間還能繼續(xù)優(yōu)化，工作時(shí)間還可在降低，使循環(huán)加快，間接降低成本。
5.6使用低敏感開(kāi)裂度水泥，有效的控制了二襯混凝土的裂縫，
0.2mm以上的裂縫控制在90%以?xún)?nèi)，降低結(jié)構(gòu)裂縫率的同時(shí)，大幅降低了隧道的滲漏率。
6、總結(jié)
眾所周知，裂縫已經(jīng)成為現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)的普通現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)水泥的性能指標(biāo)，以水泥本身礦物組成的調(diào)節(jié)和水泥的顆粒級(jí)配為設(shè)計(jì)手段，以降低熱裂縫和收縮裂縫為首要設(shè)計(jì)指標(biāo)，針對(duì)性地進(jìn)行相應(yīng)混凝土試驗(yàn)，量化低開(kāi)裂敏感度水泥與普通水泥混凝土在工作性、耐久性、強(qiáng)度方面的差異性，為低開(kāi)裂敏感度水泥在商品混凝土中的普及應(yīng)用提供技術(shù)支撐。在工程安全使用期、經(jīng)濟(jì)合理性、環(huán)境條件的適應(yīng)性等方面產(chǎn)生了明顯的效益，是混凝土技術(shù)提升的發(fā)展方向。
隧道的高性能?chē)娚浠炷�，通過(guò)初支成套技術(shù)服務(wù)一體化的理念，通過(guò)高效減水劑、無(wú)堿速凝劑、回彈改良劑、流變改良劑等材料的應(yīng)用技術(shù)，能夠做到高早期強(qiáng)度和高后期強(qiáng)度、低回彈率和更厚單次噴層厚度的應(yīng)用，通過(guò)優(yōu)化配合比、降低廢料比例和循環(huán)時(shí)間使單延米綜合成本最低來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過(guò)配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工工藝優(yōu)化，研發(fā)具有低收縮、高抗裂性的近自密實(shí)混凝土，優(yōu)化配套的施工養(yǎng)護(hù)工藝，在保障襯砌混凝土具備優(yōu)良的施工性能前提下，提高二次襯砌混凝土施工效率，提升混凝土澆筑質(zhì)量；有效降低混凝土開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，減少裂縫產(chǎn)生，提高二襯混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量，延長(zhǎng)使用壽命，保證隧道工程的耐久性。
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