聚羧酸高性能減水劑在地鐵管片中的應用研究

劉家斌，張秀葉

（1. 日照百通混凝土有限公司，山東 日照 276800；2. 山東魯碧建材有限公司，山東 日照 276800）

0 引言

隨著城市現代化建設步伐的加快和地鐵隧道工程的高速發展，盾構法因其先進的施工工藝、較高的施工效率和安全環保性，已成為了合肥地鐵隧道工程施工的主要方法。混凝土管片作為盾構法隧道中的關鍵組成部分，它的質量直接影響整個隧道的質量。目前，影響管片質量的主要問題有兩方面[1-2]：一是氣泡問題，大氣泡或大面積氣泡問題影響管片構件的外觀，甚至降低混凝土管片的抗滲性能；二是裂縫，裂縫寬度超過0.2mm就會影響混凝土的結構和防水[3-4]。

當前，鋼筋混凝土管片生產的新工藝主要是流水線法[5-7]，限制管片生產效率的階段主要有兩方面：一是混凝土靜停預蒸養時間——為混凝土收光抹面時間；二是蒸養時間——為混凝土強度達到脫模強度的時間。

本文主要是針對聚羧酸高性能減水劑在地鐵管片預制構件中的實際應用進行技術分析，包括預制構件管片的特殊性能（保坍 20min，凝結時間 3.5h 左右，早強，外觀質量等）對聚羧酸高性能減水劑的更高要求進行研究。

1 試驗原材料、試驗方法

1.1 試驗原材料

水泥：P·O52.5，合肥巢湖海螺水泥廠。

粉煤灰：Ⅰ級，合肥電廠。

砂：Ⅱ區中砂，采自當地砂場。

粗骨料：5～10mm、10～20mm 級配碎石，購于當地石料廠。

聚羧高性能酸減水劑：母液類型有高減水型母液GR1、GR2，保坍型母液 BR1，早強型母液 ZR1，均來自江蘇博特；引氣劑，消泡劑，早強劑 Z1（甲酸鈣）、Z2（三乙醇胺）均來自化工市場。

1.2 試驗方法

混凝土含氣量、坍落度性能試驗測試按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行。

混凝土試件制作與養護、抗壓強度測試按照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行。

2 聚羧酸高性能減水劑在地鐵管片中應用的試驗研究

合肥地鐵管片混凝土性能指標要求：（1）混凝土強度等級為 C55；（2）早期強度高，蒸養 6h 后抗壓強度達到 22MPa 以上；（3）混凝土坍落度要求60～80mm，且具有良好觸變性，振動時易填充性能好；（4）混凝土拌合物保坍時間 20min，且混凝土表面在 1～2h 易收光抹面；（5）混凝土凝結時間短，終凝時間 3h 左右，便于混凝土模板周轉；（6）管片外觀質量要求高，氣泡較少（如無大泡存在，大面積小泡覆蓋率低等），蜂窩和麻面基本沒有，等。

地鐵管片混凝土采用 C55 混凝土，其配合比見表1。

表1 地鐵管片混凝土配合比.g/m3

2.1 混凝土拌合物性能研究

試驗方案：采用高減水型聚羧酸高性能減水劑母液GR1 或 GR2 和保坍型聚羧酸高性能減水劑母液 BR1 復配早強劑，與早強型聚羧酸高性能減水劑母液 ZR1 進行對比試驗，其試驗方案和試驗結果見表2。

表2 試驗方案和試驗結果

2.1.1 減水劑類型對管片混凝土坍落度的影響

從表2 和圖1 可以看出：從坍落度角度分析，兩種高減水型聚羧酸高性能減水劑母液 GR1 或 GR2 和保坍型聚羧酸高性能減水劑母液 BR1 復配時，其管片混凝土拌合物保坍時間都能滿足地鐵管片混凝土的質量要求，但使用早強型聚羧酸高性能減水劑母液 ZR1 可在保證管片混凝土坍落度的前提下，當達到一定時候后（20min）能迅速使管片混凝土流動性降低，從而減少管片表面返漿過多、因過振泌水等現象。

圖1 母液類型對管片混凝土坍落度的影響

2.1.2 減水劑類型對管片混凝土含氣量的影響

從表2 和圖2 可以看出：從混凝土拌合物含氣量角度分析，兩種高減水型聚羧酸高性能減水劑母液 GR1或 GR2 和保坍型聚羧酸高性能減水劑母液 BR1 復配時的管片混凝土含氣量較早強型聚羧酸高性能減水劑母液ZR1 稍高，但都在管片混凝土含氣量規定范圍內。

2.1.3 聚羧酸高性能減水劑類型對管片混凝土凝結時間的影響

從表2 和圖3 可以看出：從混凝土凝結時間角度分析，兩種高減水型聚羧酸高性能減水劑母液 GR1 或GR2 和保坍型聚羧酸高性能減水劑母液 BR1 復配時，雖然加了早強劑后，其管片混凝土凝結時間縮短了，但還是較長（都在 4h30min 以上），而加早強型聚羧酸高性能減水劑母液 ZR1 的管片混凝土凝結時間大大縮短（3h 左右），這樣能保證管片混凝土在收光抹面后移動時產生的振動不會造成管片弧形表面出現下塌現象，從而不影響管片結構尺寸。

圖2 母液類型對管片混凝土含氣量的影響

圖3 母液類型對管片混凝土凝結時間的影響

2.1.4 減水劑類型對管片混凝土抗壓強度的影響

試驗結果見表2 和圖4。

圖4 母液類型對管片混凝土抗壓強度的影響

從表2 和圖4 可以看出：從 6h 管片混凝土蒸養強度角度分析，與兩種高減水型聚羧酸高性能減水劑母液GR1 或 GR2＋保坍型聚羧酸高性能減水劑母液 BR1＋早強劑復配方案相比，采用早強型聚羧酸高性能減水劑母液 ZR1 時，其管片混凝土 6h 蒸養強度增長更快，這樣有利于預制構件廠模具的周轉，且摻早強型聚羧酸高性能減水劑母液 ZR1 后，其 6h 管片混凝土蒸養強度提高約 37.7%（要求 22MPa）。

2.2 地鐵管片混凝土外觀質量研究

使用高減水型聚羧酸高性能減水劑母液 GR1 或GR2＋保坍型聚羧酸高性能減水劑母液 BR1＋早強劑的試樣 2# 和 6#，以及早強型聚羧酸高性能減水劑母液ZR1 的試樣 9# 進行管片預制構件廠現場對比，其現場實際圖見圖5～7 所示。

圖5 2# 試樣的管片外觀圖

圖6 6# 試樣的管片外觀圖

圖7 9# 試樣的管片外觀圖

從圖5 和圖6 可以看出：使用高減水型聚羧酸高性能減水劑母液 GR1 或 GR2＋保坍型聚羧酸高性能減水劑母液 BR1＋早強劑的管片外觀質量較差，具體表現為：外觀氣泡較多，且各地方氣泡分布不均勻，從而影響整個管片的質量；從圖7 可以看出：當使用早強型聚羧酸高性能減水劑母液 ZR1 時，其管片外觀質量較好，基本沒有氣泡，且外觀比較光滑，能夠滿足地鐵施工單位、業主、鐵科院、監理等相關單位領導的認可和好評。

3 聚羧酸高性能減水劑在管片構件廠實際應用情況

從 2015 年 1 月份開始進行管片生產至 2017 年 12月截止，約成型 3 萬個管片，前期（2015 年 6 月之前），管片外觀質量太差（主要是氣泡太多等），我方跟外加劑廠相關技術人員進行多次溝通和交流，且查詢大量相關參考資料，通過調整外加劑復配方案或更換聚羧酸母液類型，并進行現場跟蹤工作，管片外觀質量問題得以解決，28d 強度達到設計強度的 130%，且后期外觀質量、抗滲檢測符合設計要求，完全滿足合肥地鐵管片的施工要求。其合肥地鐵管片預制構件廠應用圖見圖8 所示。

圖8 地鐵管片廠效果圖

4 結論

（使用高減水型聚羧酸高性能減水劑 GR1 或 GR2＋保坍型母液 BR1 與早強劑復配，與早強型聚羧酸高性能減水劑 ZR1 對比可知，早強型聚羧酸高性能減水劑 ZR1 可使管片混凝土強度增長更快，凝結時間更短，有效地提高生產效率，且制備的管片外觀質量好，強度、抗滲等各項指標均符合設計要求。