納米高分子減水劑提高噴射混凝土功效應用技術

王英杰

摘要：針對傳統外加劑噴射混凝土回彈大、速凝劑超耗、易堵管、噴射時間久的問題，結合本工程特點，筆者在新建玉溪至磨憨鐵路施工時，在噴射混凝土中加入納米高分子減水劑，利用高分子減水劑的物理化學作用機理，采用濕噴工藝，將隧道初期支護的噴射混凝土回彈量降低到5%，將噴射混凝土成本每方降低130元左右，同時每噴射循環降低噴射時間1.5小時左右，解決材料不穩定造成噴射混凝土堵管問題，大大提高經濟效益，并節省噴射時間，提高工程質量、進度。

Abstract： In view of the problems of traditional admixture sprayed concrete， such as， ?large-scale rebound， super-coagulant super-consumption， easy blockage， long injection time， and so on， combined with the characteristics of this project， the author added nano polymer water reducing agent to the sprayed concrete during the construction of the new Yuxi-Muhan railway. The physical and chemical action mechanism of the polymer water reducing agent is used and the wet spraying process is applied to reduce the amount of shotcrete rebound of the initial support of the tunnel to 5% and reduce the cost of the shotcrete by about 130 yuan per side， and at the same time， the injection time is reduced by about 1.5 hours per injection cycle， which solves the problem that the material instability causes the sprayed concrete to block the pipe， greatly improves the economic benefit， saves the injection time， and improves the project quality and progress.

關鍵詞：納米高分子減水劑;降低回彈;經濟效益;工程進度

Key words： nano polymer water reducing agent;reducing rebound;economic benefit;project progress

中圖分類號：TV431 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）11-0144-03

0 ?引言

隨著國家交通事業的蓬勃發展，在東部沿海飛速建設的同時，國家不斷加大中西部交通事業建設，不論公路、鐵路標準都是越來越高，而且我國西部山脈連綿起伏，隧道的比例、長度、施工難度都不斷加大。作為隧道支護結果的第一工序，隧道初期支護混凝土的可施工性、施工質量、經濟性也越來越重要。筆者所在的新建玉溪至磨憨鐵路工程位于云南省：昆玉線D2K39+800-DK45+500=玉磨DK1+200-D1K513+095.407，線路長508.533km。以昆玉鐵路玉溪西站為起點，自北向南到達磨憨。本標段工程位于云南省西雙版納傣族自治州勐臘縣境內，正線里程26，010km，為設計時速160km/h單線鐵路。其中隧道工程5條，共計長15003m，占線路總長的60%，是本標段施工的最重要工程，決定著項目的成敗。隧道設計初支噴射混凝土77421m3，數量巨大，為此筆者所在的新建玉溪至磨憨鐵路工程中心試驗室，對噴射混凝土進行重點研究，就噴射混凝土施工中回彈大、速凝劑超耗，材料多變、混凝土和易性差、容易堵管、噴射時間久等問題進行跟蹤研究，最終研究將高分子減水摻入噴射混凝土中，降低噴射混凝土回彈，減少速凝劑用量，提高經濟效益;增強混凝土和易性，減少堵管現象，并縮短噴射循環時間，提高施工進度和工程質量。

1 ?本標段噴射混凝土施工現狀

我項目所在地區為云南省勐臘縣勐臘鎮至磨憨經濟開發區尚勇鎮境內，與老撾民主共和國接壤，路內材料匱乏、資源短缺、價格昂貴且不穩定，不但噴射混凝土單方成本高而且回彈較大、速凝劑用量超耗嚴重，造成很大浪費和工程成本大幅上升;材料變化導致噴射混凝土性能不穩定經常堵管，噴射效率低。初支混凝土質量、成本和噴射工序時間問題是我項目成敗關鍵，隧道施工進度是我單位能夠按時完成合同工期的關鍵因素。原材料單價高是地區客觀因素，主觀難以解決，但通過減少初支混凝土回彈和降低速凝劑用量降低成本、提高噴射效率節約工序時間有很大優化的空間。

綜上，筆者自2017年5月開始對項目5條隧道，共計8個洞口（包含一個斜井工區）的9個掌子面，自2016年8月進洞施工以來的初支噴射混凝土進行了跟蹤調查。主要問題表現在以下幾個方面：①混凝土回彈較大，平均回彈值在25-30%左右，噴射混凝土回彈浪費嚴重成本高;②速凝劑用量普遍超過配合比設計值17.6kg/m3的200%以上，整體核算達到44kg/m3，速凝劑浪費嚴重，成本較高;③經常出現初支混凝土和易性差、堵管，噴射工序時間久耽誤掌子面施工進度;④噴射混凝土面粗糙不平，影響防水板鋪設，造成防水板后不密實或者脫空;⑤圍巖滲（涌）較多，噴射混凝土被水沖掉、脫落等嚴重，造成噴射混凝土浪費和噴射工序時間久;⑥圍巖順層較多，容易出現圍巖變形，對初期支護混凝土強度要求高。

2017年7月1日至10日，筆者對我單位施工的所有隧道掌子面噴射混凝土施工情況進行總結，并對普通噴射混凝土價格進行核算，具體情況如表1、表2。

2 ?納米高分子噴射混凝土配合比研究

2.1 納米高分子減水劑原理

在經歷了幾個月現場配合比調整后，問題沒有解決，筆者打破常規思維，尋找新材料，經過比選于2017年7月將目標定在納米高分子減水劑上。納米高分子減水劑是新一代的混凝土外加劑的一種全新產品，其工作原理為通過添加防水材料和減水成分增加混凝土的密實性，提高混凝土抵抗不良水質侵害，通過添加高性能引氣劑提高混凝土的抗凍融性和耐久性，通過復合阻銹防腐蝕劑獲得不良水質侵入后的正面對鋼筋及混凝土的保護，各種性能相輔相成，互補作用，他突破了傳統混凝土外加劑的傳統理念，開創了使用新方法，從根本上解決了傳統噴射混凝土的諸多不足和局限性。可以說添加納米高分子減水劑的混凝土是一種綠色混凝土。納米高分子外加劑的性能特點是：①具有良好的減水率、增強、抗腐蝕性，抗滲指標為S40。②無毒、無害、無味、無污染（pH值7.1）。③對水泥基膠凝材料早期強度和最終強度有明顯的提升作用。④該產品的摻入量為混凝土中水泥的4-8%，可顯著降低混凝土中水泥用量，節約成本還可以提高各種性能指標。納米高分子外加劑噴射混凝土的特點是“四快”：流的快、凝的快、噴的快、不掉塊。快的理由：①與普通噴漿料比較，坍落度較大、和易性好、流速快，納米噴射混凝土坍落度可高達230-240mm，擴展度600mm，普通噴射混凝土坍落度130-180mm，擴展度在300-450mm左右。②納米高分子減水劑噴射混凝土在2min內速凝，可使一次噴射層厚度達350-700mm，回彈率僅3-6%，粉塵濃度較傳統噴射混凝土降低40%。③粘聚力高達3MPa以上，減水率達30%以上，28天強度可達50MPa，可配制高強度噴射混凝土，能充分解決巖爆與富水區噴射混凝土。

2.2 納米高分子配合比設計

配合比優化設計后原普通噴射混凝土配合比與加入納米高分子減水劑噴射混凝土配合比試驗各項指標的對比如表3、表4。

2.3 納米高分子減水劑噴射混凝土功效分析表

納米材料噴射混凝土設計審批后，立即進行現場施工試噴試驗。筆者自2017年8月1日至15日在本標段第一長隧道也是地質條件最復雜的丁一號隧道對納米高分子減水劑噴射混凝土行了試噴試驗并跟蹤收集數據，主要跟收集回彈率和堵管次數、每一循環噴射混凝土所有時間等資料。（表5、表6）

經過跟蹤，筆者認為第一次試配的納米材料噴射混凝土仍不理想，雖然在一定程度上降低了噴射混凝土回彈率和速凝劑用量，解決了噴射混凝土堵管問題并縮短了單循環噴射時間，但是仍有提升空間。納米高分子減水劑和水泥、速凝劑的適應性還沒有完全發揮，納米材料高分子減水劑配方需要調整。經過室內的二次配方調整，沒有改變原優化后配合比的各項材料用量，做了室內性能指標測試，與原配合比，第一次優化后的配合比性能指標進行了比較。（表7）

配方調整后，筆者又在丁一號隧道進行了二次試噴試驗，結果如表8、表9。

3 ?結論

通過配合比優化和納米高分子減水劑配方調整，現場兩次試噴試驗，納米高分子減水劑成功應用于本項目的隧道噴射混凝土施工，取得了良好的功效。

3.1 經濟性分析

通過效益對比，普通噴射混凝土施工造價為735.36元/m3，納米高分子減水劑混凝土造價為603.97元/m3，噴射混凝土的施工成本節約為：131.39元/m3。經工程部計算自2018年8月后，我項目隧道工程剩余噴射混凝土理論量為5.8萬方，超挖按照1.5系數計算，則還須噴射混凝土5.8*1.5=8.7萬方，可節省費用8.7萬*131.39元=1143.093萬元，經濟效益可觀。

3.2 質量分析

經檢測，普通噴射混凝土和納米高分子減水劑噴射混凝土現場質量檢查對比如表10。

高分子材料噴射混凝土前期強度遠遠高于普通噴射混凝土，對防止初期支護變形，處理巖爆、順層、涌水等不良地質條件等效果明顯，尤其是涌水地段效果更好，混凝土密實性、平整度也較好。經咨詢專家，現場驗證，該材料在噴射混凝土中耐久性較好，沒有不良后期隱患。

3.3 功效分析

經現場測算，噴射一車8m3普通混凝土約需要80分鐘以上，不良地質地段有時在1.5-2.0小時，噴射同樣體積的高分子材料混凝土約需要60分鐘，不良地質地段也在1.5小時以內可以完成，有效縮短了噴射混凝土的作業時間，可改善施工進度，節約工期，同時降低噴射混凝土的噴射人工費。

目前現場材料不穩定，噴射混凝土和易性差經常出現堵管現象，高分子減水劑噴射混凝土適應性強，有效解決了噴射混凝土堵管問題。

有鹽類或者氯離子侵蝕的不良作用環境的噴射防腐混凝土需單獨摻入防腐劑施工成本更高，納米高分子減水劑噴射混凝土具有良好的耐久性和防腐作用，可代替防腐劑使用經濟性更高。

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