用于盾構砂漿的凝結時間調節劑

曹小榮 劉達求 羅建輝

（廣東浪淘砂新型材料有限公司）

0 前言

盾構法施工在地鐵隧道等暗挖工程中其具有以下明顯的優越性：①在盾構的掩護下進行開挖和襯砌作業，有足夠的施工安全性；②地下施工不影響地面交通，在河底下施工不影響河道通航；③施工操作不受氣候條件的影響；④產生的振動、噪聲等環境危害較小；⑤對地面建筑物及地下管線的影響較小。在盾構法施工中，盾構注漿也是一項必不可少的施工程序。盾構管片拼裝好后，為防止盾構管片周圍土體的松動，同時加強土體對盾構管片襯砌結構的包裹作用，避免管片結構因缺少抗力作用出現局部應力集中的現象，需在管片與土體間的間隙灌入砂漿進行填充。等待砂漿固結硬化后，砂漿起到填充壁后空隙并能提供一定的承載能力來穩定管片襯砌的作用。本文通過研究在濕拌盾構砂漿中，添加一種可以讓濕拌盾構砂漿快速凝結的外加劑，并測試砂漿的基本性能，驗證它在盾構工程中的可行性。

1 原材料及試驗方法

1.1 試驗原材料

⑴水泥：南方牌P·O42.5R 普通硅酸鹽水泥，其主要性能參數見表1。

表1 水泥基本性能參數

⑵摻合料：石灰石粉CaCO3含量大于90%，其主要性能參數見表2。

表2 石粉基本性能參數

⑶天然砂：廣東地區天然砂，含泥量1.0%，氯離子含量0.009%，細度模數2.5，顆粒級配見表3。

表3

⑷減水劑：選用浪淘砂LD-850 具有增稠減水及改善砂漿工作性能的作用，其主要性能指標見表4（以下數據由LD-850 摻量為水泥的0.8%所得）。

表4 減水劑的主要性能指標

⑸緩凝劑：選用浪淘砂LD-10N，其主要性能指標見表5（以下數據依據LD-10N 摻量為水泥的0.5%。

盾構砂漿凝結時間調節劑成份中，鋁酸鈉、碳酸鈉、氧化鈣、甲酸鈣、硫酸鈉均為化學分析純。

1.2 試驗設備

所使用的設備有，SJZ-15 型水泥砂漿攪拌機、砂漿稠度測定儀、金屬容量筒、SJ-40A 型砂漿養護箱，JM-B20002 電子天平、100KG 電子秤，砂漿標準養護室等。

砂漿的攪拌制備及其工作性能：按照《建筑砂漿基本性能試驗方法》JGJ/T70—2009 中的方法進行檢測。主要檢測的項目有稠度、容重、凝結時間、抗壓強度等。抗壓強度試件為70.7mm×70.7mm×70.7mm 立方體。

1.3 試驗方法

將鋁酸鈉、碳酸鈉、氧化鈣、甲酸鈣、硫酸鈉按照一定不同的比例配制成盾構砂漿凝結時間調節劑，在濕拌盾構砂漿中，其摻量為水泥摻量的4%，經過大量試驗測試，盾構砂漿凝結時間調節劑采用該摻入量時對于濕拌盾構砂漿的快速凝結效果最佳。在攪拌混合過程中還包括按照每立方米所述濕拌盾構砂漿補加入30kg～40kg 的水，以防止攪拌混合過程中發生稠度損失。經過大量試驗測試，按照每立方米所述濕拌盾構砂漿補加入30kg～40kg 的水，對于彌補稠度損失的效果最佳。

以下就舉幾個試配例子進行展開分析。盾構砂漿凝結時間調節劑及初始盾構砂漿各組分的配合比如表6、表7 所示。

2 結果與討論

2.1 試驗結果

盾構砂漿凝結時間調節劑的摻入影響砂漿的各種基本工作性能，主要包括稠度、容重、凝結時間、抗壓強度等，本研究通過將不同比例配成的盾構砂漿凝結時間調節劑，應用在不同配比的盾構砂漿中，測定其性能的變化，分析盾構砂漿凝結時間調節劑在盾構砂漿中的實用性。

表6 盾構砂漿凝結時間調節劑各組分所占百分比（%）

表7 為初始盾構砂漿的配合比 （kg/m3）

按試驗1～5 的配合比進行試驗，加入盾構砂漿凝結時間調節劑后，為使稠度損失過大，需要加水彌補稠度損失，補水量以及前后試驗的稠度及容重變化、凝結時間如表8 所示。

按試驗1～5 的配合比進行試驗，加入盾構砂漿凝結砂漿調節劑前后試驗的3d 和28d 抗壓強度測試結果如表9 所示。

2.2 討論與分析

由表8 數據可知，在由鋁酸鈉、碳酸鈉、氧化鈣、甲酸鈣、硫酸鈉按一定的比例組合而成的盾構砂漿凝結時間調節劑加入不同配合比的盾構砂漿后，砂漿為彌補稠度損失每方的加水量均在30kg～40kg，以保持加入凝結時間調節劑前后稠度相近，防止對泵送砂漿造成影響。加入凝結時間調節劑后，盾構砂漿的容重比初始的容重要降低。由圖1 數據可得加入凝結時間調節劑后，盾構砂漿的凝結時間下降很多，加速了砂漿的硬化，對隧道管片的襯砌起到了積極的作用。這是因為鋁酸鈉、碳酸鈉和硫酸鈉在溶液中具有更快的溶解速度和離子擴散速度，因此能夠在較短時間內形成大量鈣礬石晶核，形成針狀或空間網狀結構，從而實現了濕拌盾構砂漿的快速凝結。甲酸鈣和氧化鈣具有吸濕性，可以加快濕拌盾構砂漿的硬化速度，縮短凝結時間。

表8 盾構砂漿加入凝結時間調節劑前后補水量、容重、稠度、凝結時間的變化情況

表9 3d 和28d 抗壓強度測試結果 （MPa）

圖1 盾構砂漿加入凝結時間調節劑前后凝結時間的變化情況

由圖2、圖3 可知，盾構砂漿加入凝結時間調節劑后，砂漿的抗壓強度變小了，但是盾構砂漿的作用主要是填充及襯砌管片，對強度的要求很低，因此對此的影響不大。

3 結論

將鋁酸鈉、碳酸鈉、氧化鈣、甲酸鈣、硫酸鈉按照一定不同的比例配制成盾構砂漿凝結時間調節劑，并應用于不同的砂漿配合比，均能明顯的加快砂漿的硬化，大大的縮短了盾構砂漿的凝結時間，對于地鐵隧道管片的襯砌起到很好的積極作用，加快了施工進度，增強了施工效率。

圖2 盾構砂漿加入凝結時間調節劑前后3 天抗壓強度的變化情況

圖3 盾構砂漿加入凝結時間調節劑前后28 天抗壓強度的變化情況