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盾构管片制作中气泡的分析和防治

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 点击次数:  更新时间:2016-05-05 15:55:36  【打印此页

  首钢重机    侯伟

摘要:混凝土盾构管片在生产中易出现较多气泡,易形成渗漏通道,影响管片的耐久 性,在行标规范中也是被限制和要求的。本文是从混凝土原材料、配合比设计、模具、 脱模剂、振捣形式和振捣工艺方法等方面入手,减少管片气泡的一套参考性方案。

 

  1. 气泡的影响与危害外观:严重影响了管片的外观状态。 强度:段侧面气泡的存在,表示混凝土的致密性同样的差,管片混凝土内部留下气泡越多,强度下降越多,混凝土强度与胶空比成正比关系:

  毛细孔隙率 Pc=W/C – 0.36α

         胶空比   x=0.68α/(0.32α+W/C)

          其中: W/C—水灰比

                     α—水化程度

 

  DuffAbrams的混凝土强度水灰比定则指出:“对于一定材料,强度取决于一个因素,即水灰比。”由此看来,水灰比—孔隙率关系无疑是最重要的因素。它影响着水泥浆基体和粗骨料间过渡区这两者的孔隙率,水泥石在水化过程中的孔隙率取决于水灰比,水灰比和混凝土的振捣密实程度两者都对混凝土体积有影响,当混凝土混合料能被充分捣实时,混凝土的强度随水灰比的降低而提高。然而,形成水化物需要一个最小的水量。

  (W/C)min=0.42α

  即完成水化(α=1.0)的W/C不应低于0.42。显然在低W/C时预期残留的未水 化水泥能够在浆体内继续长期存在,亦即W/C低于0.42,浆体将自我干燥。为避免这种现象,有效的最低W/C比要高于0.42来保证充分密实的混凝土在规定龄期的强度,保证混凝土的性能。

  在胶凝材料用量一定后,孔隙率的多少决定了强度的低高,因此若管片结构内气泡多, 管片整体强度将下降。

  耐久性:气泡的存在,降低了混凝土的致密性,管片表面气泡的存在,等于减少了钢 筋保护层的有效厚度,降低了混凝土管片的耐腐蚀性能,在地下水丰富的隧道中,管片百 年耐久受到威胁。

  2. 原材料因素 水泥品质:一些水泥厂为提高水泥早强、降低成本,在熟料粉磨时加入带有木钙、二乙二醇、丙二醇等的混杂型助磨剂,这些助磨剂带有引气效果,拌制混凝土后引入的气泡不均匀且偏大。

  减水剂品质:聚羧酸系减水剂在生产中需要先用消泡剂来消泡,然后掺入引气剂以引 入微气泡,优质的聚羧酸引气剂在混凝土中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡, 但如果减水剂厂家为节约成本,使用廉价低质的引气剂(如松香类),则会在混凝土管片 中形成较大的气泡,因这种气泡表面能较低,容易形成联通性大气泡,导致管片气泡过多。 或者外加剂中有不合理的增稠组份,会导致混凝土料过于粘稠,振捣时气泡难以排出。

  粗集料颗粒形状:没有经过整形的粗集料棱角过多、针片状颗粒含量过多,会使混凝 土中气泡难以排出,导致管片内滞留气泡过多。

  细集料颗粒形状:天然砂资源越来越少,一些管片工程会采用人工砂或混合砂替代; 这些砂如果没有充分整形,其颗粒形状较差时,气泡难以排出,且管片外弧面收水时会造 成较多的砂眼。

  3. 混凝土配合比因素

  外加剂掺量:若为了降低水灰比,过于提高减水剂的掺量,所产生气泡的状况也将随之改 变,如果过振,将会使微气泡联通组合成大气泡。

  砂率:粗集料过多,细集料偏少,如果细集料及胶凝材料不足以填充粗集料之间的空隙,会导致管片混凝土不密实,形成空隙;粗集料偏少,细集料偏多,会导致混凝土粘稠, 气泡难以排出。

  水灰比:混凝土水灰比过小,混凝土料粘稠,难以振捣、气泡难以排出。水灰比过大,搅拌所 用的水达到饱和后,多余的水份形成自由水,最后转换成气泡,混凝土产生的气泡 增多。

  搅拌时间:管片混凝土水灰比较低,用水量较少,如果搅拌时间过短会产生搅拌不匀现象,外加剂多的部分产生气泡多,外加剂少的部分会出现坍落度小、难以振捣的现象。

  坍落度控制:若坍落度过小时,模具难以振捣,气泡也难以排出。

  4. 生产工艺因素 脱模剂:管片模具一般使用水性脱模剂,仍具有一定粘性,若稀释比例过低脱模剂仍会对气泡有吸附作用,但稀释比例过高,混凝土会粘模,气泡均无法顺利随机械振捣而逐 步上升、排出。

  振捣情况:过振的现象表现。国际及国内混凝土管片模具浇捣多采用先进可靠的附着式风动振捣器方 式模具,但由于工人队伍的建立、操作的稳定性和技术熟练程度的差异,对混凝土管片气 泡的多少有着根本性的影响。

  5. 对管片表面气泡的防治

  任何完美的振捣方案,不得不说欧式铰链模具的先进性、科学性。另外振捣都需要工人去执行,因此要重视对管片浇筑工人的培训,提高其业务能力,必要时可将管片表 面气泡数量划分等级后纳入考核中。

  动中间振动器,振捣时间80-120s捣启动全部3个振动器,振捣时间80-120s3个振动器,振捣时 间 80-120s;此时模具料满,根据混凝土实际状态选择全振或半振对混凝土进行密实和排气振捣,一般振捣时间为60-180S米、宽度1.5米 盾构管片。

  6. 模具保养:管片模具有磨损后和生锈后不利于气泡排出,因此需要习惯性彻底清模, 减少气泡吸附,以利气泡排出。对已生锈模具,我建议首先使用钢丝球清理浮锈,如生锈或磨损较为严重可考虑使用240#砂纸高频平磨机或手工打磨的方式对模具局部精细打磨。

  7. 结论

  通过分析管片气泡产生成因并采取以上措施后,可以大幅度减少管片气泡。实践证 明以上措施值得借鉴的,尤其在振捣工艺上,混凝土的稳定性终究是变值的,但附着式 铰链模具对混凝土状态的适应性极强。可以看出振捣棒和振动台在这方面逊色的多。

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