UEA 混凝土膨胀剂在铁路隧道中的应用

1、 1997年 12月铁道工程学报 D ecem ber 1997 第 4期 (总 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 混凝土膨胀剂在铁路隧道中的应用 姜金起 朱鹏勇(铁道部第十六工程局 提要 介绍了 U EA 混凝土膨胀剂的性能 , 分析了掺 U EA 膨胀剂混凝土自防水的机理 , 通过对 掺 U EA 膨胀剂混凝土物理力学性能试验和试点工程应用 , 提出了掺 U EA 混凝土膨胀剂是隧道衬 砌混凝土自防水的有效技术途径 。主题词 U EA 混凝土膨胀剂铁路隧道施工应用1前言U

2、 EA 混凝土膨胀剂是中国建筑材料科学研究院开发的专利成果 , 该成果已列为国家科委 1989年国家级新产品 。 它是用硫酸铝 、 氧化铝 、 硫酸铝钾 、 硅酸钙等无机化合物特制而成 , 产品 为灰白色粉未 , 比重 2. 88g c m 3细度 510%, 是一种用于抗裂防水混凝土的特种外加剂 , 掺入 混凝土中 , 可拌制成补偿收缩混凝土 , 大大提高混凝土自身抗裂防水能力 , 可取消外防水 , 简化 施工工艺 , 缩短工期 , 降低工程造价 。 该混凝土膨胀剂在一些工业民用建筑中已被推广应用 , 并 取得满意效果 , 受到了用户的好评 。 但在铁路隧道施工中的应用 , 尚不多见 , 且

3、经验不足 。 为了 开拓隧道防水的新方法 , 改善隧道防水工艺 。 我们首次在国家重点工程大 (同 秦 (皇岛 铁路景 忠山隧道使用 U EA 膨胀剂进行防水混凝土施工 , 取消了原设计铺设的塑胶防水板 , 获得了显 著的技术经济效果 。2工程概况大 (同 秦 (皇岛 铁路是我国第一条重载电气化双线铁路 。 景忠山隧道是该铁路二期工程 中最长的隧道 , 全长 3760m 。 该隧道穿越多条断层及破碎带 , 裂隙水发育 , 岩层渗水随开挖后 时间增长而加大 , 致使衬砌的普通防水混凝土地段发生渗漏现象 。 对于电气化铁路隧道来说 , 做好衬砌混凝土防水工作尤为重要 , 防水效果的好坏 , 直接关

4、系到列车运营安全问题 。 为解决 普通防水混凝土收缩渗漏问题 , 设计上将 、 类围岩地段拱部设塑胶防水板进行防水 。 从施 工现场情况看 , 由于施工条件欠缺 , 铺设塑胶防水板施工工艺复杂 , 且由于施工开挖面的超欠 和高低不圆顺的原因 , 一是造成塑胶防水板很难与开挖面之间达到密贴 。 二是造成拱部混凝土本文收稿日期 :1997 02 20姜金起 35岁工程师铁道部第十六工程局二处天津邮编 :300162与开挖面之间有空隙出现 。 其结果岩层渗水集中存留在顶上 , 致使拱部混凝土发生渗漏水现 象 。 此方法既延长了工期 , 提高了工程造价 , 又很难达到可靠的防水目的 。 为此 , 我们

5、选择了该 隧道 D K 506+760D K 506+810拱部为掺 U EA 膨胀剂混凝土 、 取消防水板试验段 , 以检测其 防渗效果 。 本段混凝土抗渗标号为 S 8, 强度等级为 C 18, 拱部混凝土总量为 440m 3(两侧边墙已 衬砌完工 。3工程地质情况景忠山隧道 D K 506+760D K 506+810地段原设计为 类石英砂岩 , 开挖后发现在 D K 506+760有断层 , 受其断层影响本段岩石破碎 、 裂隙水发育 。 其中 D K 506+766处岩层渗水 量最大 , 1991年 4月 18日测定为 73. 4m 3 昼夜 。经铁道部第三勘测设计院进行地质复查 ,

6、本段围岩类别核定为 类 。4原材料及施工配合比的选择在进行混凝土配合比设计的时候 , 我们采取了以下措施 :4. 1充分利用现有的原材料(1 水泥 河北省唐山冀东水泥厂生产的 425#盾石牌普通硅酸盐水泥 。(2 砂子 河北省遵化县西铺乡的河砂 、 中砂 , 含泥量 3. 0%。(3 石子 河北省遵化县党峪镇生产的碎石 , 最大粒径 40mm 。(4 水 当地井水 。(5 U EA 混凝土膨胀剂 天津市武清县水泥厂生产的豹鸣牌 。(6 K W 型早强减水剂 山西省万荣县坑西五州化工厂生产的固省牌 。4. 2采用 “双掺”我们考虑到在混凝土中掺入 U EA 膨胀剂 , 混凝土的坍落度损失较快 ,

7、 且强度也受到影 响 , 因此我们采用 “双掺” , 即在掺入 U EA 的同时掺入 K W 减水剂 , 以改善混凝土的和易性 、 增 加流动度和提高混凝土早强 , 增强混凝土防水能力 。根据以上措施 , 我们选择了以下施工采用的混凝土配合比 。 见表 1:表 1工地 U EA 混凝土配合比水泥标号 品种 混凝土设计等级 (M Pa 材料用量 (kg m 3水泥 砂子 石子 水 U EA K W水灰比坍落度抗压强度 (M Pa 7天 28天425#普通硅酸盐水泥第 2期 姜金起等 :U EA 混凝土膨胀剂在铁路隧道中的应用5施工措施由于本段施工中取消了防水板 , 施工工艺大大简化 , 基本上和

8、普通混凝土施工工艺相同 , 尽管如此 , 我们仍对人员组织 、 配属机具进行充分准备 , 制定了工艺流程和质量控制措施 。 施工 流程图见图 1 。图 1混凝土施工工艺流程图(1 为了保证混凝土灌注的连续性 , 我们分了三个工班连续施工 , 保证了施工工序的衔接性 , 没有出现中断现象 。(2 每个工班都有一名技术干部轮流值班 , 全面负责 , 监督混凝土的施工质量 。 并认真做好 施工记录 。(3 每个工班都设专人负责材料的计量 , 特别是准确称量 U EA 膨胀剂和 K W 减水剂 , 砂 、 石要求盘盘过称 。 工地砂 、 石含水率由工地试验员负责测定 , 并调整混凝土配合比 , 以确保

9、混凝 土质量 。(4 在防水混凝土灌注过程中 , 每个工班都设专人进行混凝土振捣 , 以保证混凝土获得足 够的密实度 , 提高混凝土的抗渗能力 。(5 现场设混凝土拌合站 , 强制式搅拌机 。 在混凝土搅拌过程中 , 由于掺入了 U EA 膨胀 剂 , 我们比普通混凝土多搅拌 30秒 。(6 隧道衬砌施工接头缝是隧道防水的薄弱环节 , 处理不当 , 往往造成开裂渗水 。 我们在混 凝土灌注前先对原注混凝土进行刷毛 , 然后再刷一层掺 U EA 膨胀剂的水泥浆 。 对于混凝土挡 头板 , 要做得比较正规 , 保证施工中不出现漏浆 。本试验不足之处就是由于景忠山隧道施工已接近尾声 , 洞内水管已拆

10、除 , 拱部混凝土高度 为 89m , 没有脚手架 , 不好洒水养护 。 虽然洞内湿度大于 85%, 但对于掺 U EA 混凝土充分发 挥其膨胀性能也产生不良影响 。64铁道工程学报 1997年 12月6工程质量情况6. 1混凝土内应力监测为了实际了解掺入 U EA 膨胀剂后混凝土的内应力变化情况 , 我们在本试验段 D K 506+768、 D K 506+777及设防水板普通防水混凝土段 D K 506+750处分别预埋了丹东仪表厂生产的混凝土应变计 , 据测量的混凝土应力值 , 掌握混凝土的膨胀性能 。由 U EA 膨胀剂的性能可知 :U EA 加入到普通混凝土中 , 拌水后生成大量膨胀

11、性结晶水 化物钙矾石 , 使混凝土产生适度膨胀 , 在邻位的约束下 , 它产生的膨胀能转变为压应力 , 这一压 应力可大致抵消混凝土干缩时产生的拉应力 , 从而防止或减少混凝土收缩开裂 , 并使混凝土致 密化 。 再是由于 U EA 水化形成的钙矾石晶体具有填充切断毛孔缝作用 , 使大孔减少 , 总孔隙 率减少 , 从而提高混凝土致密性 , 可以得到自防渗混凝土 。从我们对埋入混凝土中的混凝土应变计的测量结果来看 , 证实了以上所述 , 测量结果见表 2。表 2混凝土应变计测量结果序号应变计量埋设里程测量时间测量结果 (M Pa 备注1488D K 506+7505. 11-0. 445. 1

12、6-0. 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拱部混凝土由于掺入 U EA 膨胀剂 , 使混凝土产生膨胀导入一定的自 74第 2期 姜金起等 :U EA 混凝土膨胀剂在铁路隧道中的应用应力值 , 且随着时间的推移 , 渐渐减小 , 也就是说它

13、补偿了因混凝土收缩而产生的拉应力 , 从而 使混凝土防止或减少裂缝的出现 , 达到防水效果 。 D K 506+750处 , 混凝土中没有掺入 U EA 膨 胀剂 , 应变计测量结果为负值 , 说明此处的混凝土没有产生膨胀应力 , 而是由于混凝土的收缩 产生了拉应力值 , 往往造成混凝土产生裂缝或使混凝土不密实 , 起不到良好的防水效果 。 从测量结果也可以看出掺 U EA 膨胀剂的混凝土对后期养护的重要性 。 因为 U EA 水泥水 化过程中 , 生成水化硫铝酸钙需要大量的水份 , 为了更好地发挥 U EA 混凝土的效能 , 灌注后 浇水养护是非常重要的 。 由于现场条件欠缺 , 灌注后没有

14、对混凝土进行后期浇水养护 。 由表 2可 知 , 在 D K 506+768处混凝土的内应力值比 D K 506+777处混凝土内应力值大 , 我们分析认为 , 由于 D K 506+768处的裂隙水比较发育 , 而 D K 506+777处岩层渗水量小 , 没有补偿后期养护 的不足 。6. 2混凝土抗渗试验我们在施工工地留制了两组混凝土抗渗试件并对其进行了抗渗试验 , 结果均超过了抗渗 级 S 8的要求 , 通过作抗渗破坏试验 , 结果最大加压可达 14kg m 2, 试验结果见表 3。表 3混凝土抗渗试验结果编号 制 作 日 期 工 程 部 位 抗渗标号 S 设计标号 S 1991 119

15、91. 4. 3D K 506+760770(拱部 13891 21991. 4. 6D K 506+794802(拱部 1286. 3混凝土强度试验我们在施工现场留制了 5组混凝土强度试块 , 其强度都达到了设计要求的强度 。 结果见表 4。表 4混凝土强度试验结果序号 制 件 日 期 工程部位 (拱部 抗压强度 R (M Pa 达标 设计等级 (M Pa 11991. 4. 5 D K 506+80279423. 2116%C 1821991. 4. 8 D K 506+79478622. 9114%C 1831991. 4. 11D K 506+78577824. 6123%C 1841

16、991. 4. 15D K 506+77877022. 5112%C 1851991. 4. 18D K 506+77077623. 9120%C 186. 4工程现场检验D K 506+760810拱部混凝土衬砌从 1991年 3月 31日开始至 1991年 4月 19日结束 , 在整个 84铁道工程学报 1997年 12月第2期 姜金起等: U EA 混凝土膨胀剂在铁路隧道中的应用 49 混凝土衬砌过程中, 无论从材料计量、 混凝土灌注、 施工接头缝处理都严格把关。 混凝土拆模 后, 没有蜂窝麻面, 表面圆顺光滑。 1992年底工程验交时, 实际现场观察, 没有渗水现象。 到 总之, 从试

17、验数据和实际观察来看, 掺 U EA 混凝土膨胀剂起到了补偿收缩、 自密抗渗的 作用, 效果显著。 7经济分析 按1991 年材料价格综合计算, 每米拱部掺 U EA 混凝土施工比设防水板普通混凝土施工 可节约资金114元, 本50 m 试验段可节约资金7 200元, 节约工天56个。 由此可知: 掺 U EA 进行防水混凝土施工, 既可以保证混凝土的质量, 又可以缩短工期, 节 约资金。 8几点体会 ( 1 通过在铁路隧道中使用 U EA 膨胀剂, 我们认为它是一种良好的抗裂防渗材料, 达到 结构自防水效果, 节省了大量外防水材料, 施工简便, 又能缩短工期。 为今后铁路隧道做好防水 工作提

18、供了一种新的途径。 ( 2 在 U EA 混凝土中, 同时掺入早强减水剂可改善混凝土的和易性, 降低坍落度的损失, 同时使混凝土早强, 加速了模板的周转。 ( 3 掺 U EA 的混凝土对后期养护非常重要, 一定要浇水养护10 14天, 使 U EA 混凝土更 好地发挥膨胀效能。 ( 4 U EA 膨胀剂与其它外加剂相比掺量偏大, 如果能降低掺量就能达到最佳效果, 其造价 也降低。 那么用户将容易接受和使用, 希望 U EA 的研制单位能进一步提高其质量。 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 roof of