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預制混凝土管片表面氣泡影響因素研究

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 點擊次數:  更新時間:2018-07-23 09:41:50  【打印此頁

 

預制混凝土管片表面氣泡影響因素研究

李方利 1 ,施 小民 1 ,張 培 育 2  

    (1.  中鐵十三局集團有限公司,天津 300308;2. 內蒙古科技大學,內蒙古包頭   014010)

 

摘要: 預制混凝土襯砌管片是地鐵隧道的主要受力構件,管片質量是地鐵隧道結構安全性、耐久性的主要保障。本文針對神華新街 TBM 斜井工程預制混凝土襯砌管片表面存在不同程度氣泡的問題,分析水泥品種、砂率、水膠比及脫模材料等對預制混凝土管片表面氣泡的影響規律及改性方法。研究結果表明:水泥品種對混凝土表面氣泡的影響不大;砂率對混凝土表面氣泡的影響較明顯;水膠比對混凝土表面氣泡的影響較明顯;脫模劑對混凝土表面氣泡的改善效果明顯,且明顯優于液壓油 。  

 

     預制混凝土襯砌管片是盾構法中的主要結構構件,管片的整體性能對工程質量影響極大,因此,必須嚴格控制管片生產質量 [l] 。防水性能是管片的一個主要功能,好的防水性能建立在良好抗滲性能的基礎上。但是管片在生產中表面易出現較多氣泡,不僅影響工程的美觀,而且易形成滲漏通道,影響管片的強度與耐久性能。如何消除混凝土表面氣泡是技術人員常遇到的問題。引起混凝土結構表面氣泡的原因較多。本文針對神華新街 TBM 斜井工程預制混凝土襯砌管片表面存在不同程度氣泡的問題,通過試驗研究分析氣泡的成因,提出解決預制混凝土管片表面氣泡的有效措施。

1  工程概況

    本工程為新街臺格廟礦區一號礦井的主井,采用預制鋼筋混凝土管片襯砌,管片結構外徑7.3m,內徑6.6m,管片厚度0.35-0.87m,寬度1.5m,個別管片的混凝土為大體積混凝土。管片表面要求密實、光潔、平整,邊棱角完整無缺損,麻面面積不得大于管片面積的5%。混凝土設計強度等級C40,抗滲等級Pl2。

2  試驗原材料與方法 

2.1 原材料

   水泥備選了冀東、蒙西、天浩 3 個廠家 P。042。5 級普通硅酸鹽水泥,其主要物理力學性能如表 1 所示。粉煤灰采用達拉特電廠(華宇)粉煤灰。細骨料為細度模數 2.42 的中砂,含泥量為 3% 。粗骨料為 5。0-31。5mm 連續級配碎石。水為普通自來水。減水劑為包頭鋼鹿建材公司聚狻酸減水劑,減水率 35% 。脫模劑為四川某公司生產的脫模劑 T-1, 青島某公司生產的脫模劑 T-2, 上海某公司生產的脫模劑 T-3, 液壓油 T-4

2.2 試驗方法

    混凝土基準配合比見表 2 。選用表面光滑,尺寸 150mm x 150mm x 150mm 的鋼試模,模擬混凝土管片預制過程。在其他條件不變的情況下,分別逐一改變單一影響因素,研究不同因素對混凝土表面氣泡的影響。混凝土攪拌、成型等按照《普通混凝土拌合物力學性能試驗方法標準》 (GB50080-2002) 執行,對成型后試塊標準養護,測其 3d28d 強度  .  

 

3  試驗結果與分析

 

3.1 水泥品種對混凝土表面氣泡的影響

     3 種水泥配制的混凝土物理力學性能見表 3 。 3 種水泥對混凝土表而 泡的影響見圖 1

           

     由表 3 看出, 3 種水泥配制的混凝土 3d 強度接近、 28d 的強度接近,均能滿足工程要求。從圖 1 可以看出, 3 種水泥對混凝上表面氣泡的影響不大,但蒙西水泥效果相對最好,所以該工程優選蒙西水泥,試驗也采用蒙西水泥。

3。2  砂率對混凝土表面氣泡的影響

   根據工程特點、要求以及混凝土配合比設計原則,砂率分別按 30%,33%,35%,37% 共設計了 A,B,C,D4 組混凝土,分析不同砂率對混凝土表面汽泡的影響。不同砂率混凝土的配合比及抗壓強度見表 4 ,砂率對混凝土表面的影響見圖 2

圖2  不同砂率對混凝土表面汽泡的影響

    由表 4 可以看出,砂率對混凝土強度的影響不大。但從圖 2 可以看出,不同砂率對混凝土試塊外觀質量的影響不同。在表面氣泡的數量和孔徑大小上看,砂率為 33% 時混凝土表觀質量最優。可見,砂率是影響混凝土表面氣泡的一個重要因素。在水泥用量和水灰比一定的條件下,一方面,由于砂子與水泥漿組成的砂漿在粗骨料間起到潤滑和滾珠軸承作用,可以減小粗骨料間的摩擦力,有利于氣泡的逸出。在合理砂率范圍內,隨砂率的減少,混凝土黏聚性、流動性增大,對混凝土表面氣泡起到改善作用。另一方面,由于砂子的比表面積比粗骨料大,隨著砂率的增加,粗細骨料的總表面積增大,在水泥漿用扯一定的條件下,骨料表面包裹的漿扯減薄,潤滑作用下降,使混凝土流動性降低,阻礙氣泡的逸出。所以砂率既不能大,也不能小,從本次試驗來看,砂率取 33% 效果較好。

3。3   不同水膠比對混凝土表面氣泡的影響

   選用蒙西水泥,涂脫模劑T-1, 按表5 配合比進行試驗。調整混凝土水膠比,研究水膠比對混凝土表面氣泡的影響,結果見圖3。不同水膠比混凝土的抗壓強度見表5

   

    圖  3   不同水膠比對混凝上表面氣泡的影響         

  5   不同水膠比混凝土的抗壓強度

   從圖3可以看出,隨水膠比增大,混凝土表觀質拭變差;隨水膠比的減小,試塊表面氣泡減少,對混凝土外觀質從改善作用較明顯。由表5可知,隨水膠比的減小,強度增大但過小的水膠比可能會影響混凝土的工作性能,增大混凝土的收縮,經濟方面也不合適。由此可見,水膠比是影響混凝土表面氣泡的一個重要因素。水膠比對混凝土平均氣泡直徑及比表面積、氣泡的孔徑分布等特征會產生顯著的影響【2-5】。其主要原因是隨療用水量的降低,膠材用量相對增加,膠凝材料水化所悄耗的用水扯增加,使混凝土中自由水降低,從而有利于減少表面氣泡的生成。

3。4 脫模劑對混凝土表面氣泡的影響

       選用蒙西水泥,按表2基準混凝土配合比進行試驗,分別涂刷脫模劑T-l,T-2,T-3和液壓油T-4,分析脫模劑對混凝土表面氣泡的影響,結果見圖4。

圖4   3種脫模劑和液壓油對混凝土表面汽泡的影響

   由圖4可以看出,脫模劑性能對混凝土表面氣泡影響較大。使用T-1,T-2, T-3 時,對混凝土表觀質量的改善效果明顯。其中使用T-1 時,混凝土表面氣泡直徑最小,氣泡最少,外觀質量最好。使用液壓油T-4 時,試塊表面氣泡孔徑較大,且分布較密集,外觀質量很差。總體來看,使用脫校劑T-1能有效解決混凝土表面氣泡的問題。
    涂刷 T-1 脫模劑能有效解決表面氣泡問題的主要原因:脫模劑是一種水性聚合物,能夠均勻地涂刷在模板表面,降低混凝土與模板之間的界面結合力,使氣泡容易逸出破滅,減少混凝土表面氣泡數量; T-1 脫模劑中含有一定的消泡成分,有利于氣泡的破滅或向內部移動,減小混凝土表面氣泡直徑,并降低氣泡數量; T-1 脫模劑中含有一定的緩凝組分,可延長混凝土表面漿體的凝結時間,漿體的自身重力作用使生成的氣泡破滅或向內部移動,減少混凝土表面氣泡的數量。 脫模劑附著于成型物和模具之間直接起到隔離作(圖 5) ,脫模時能在 B 面剝離,使得脫模效果最優 [6-7] ,有利于改善混凝土表觀質量

         圖5  脫模示意

   采用表2基準配合比,將T-1脫模劑用于現場預制混凝土管片構件,經養護,拆模后觀察制品表面狀況,表面光滑,有少許微小氣泡,表觀質量良好,詳見圖6。

 

       圖  預制混凝土管片成品

4  結論  

   1) 水泥品種對混凝土表面氣泡影響不大。

   2) 砂率對混凝土表面氣泡有一定的影響。在合理砂率范圍內,隨著砂率的減小,混凝土的表觀質量得到改善。

   3) 降低水膠比能有效解決混凝土表面氣泡問題。但過小的水膠比可能會影響混凝土的工作性能,增大混凝土的收縮,經濟性也不佳。

   4) 脫模劑對混凝土表面氣泡的改善效果明顯。不同脫模劑效果不同,均明顯優于液壓油。

參考文獻

 

   [1] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.CJJ/T164-2011盾構隧道管片質量檢測技術標準[s].北京:中國建設工業出版社,2008.
   [2] 范沈撫. 硬化混凝土氣泡結構性質的試驗研究[J].混凝土與水泥制品,1993(2):24-26.
   [3] 郭明洋. 楊榮俊,張金喜.水灰比對混凝土氣泡特征參數影響的試驗研究[J].混凝土,2007(12):13-16.
   [4] 楊雄利. 地鐵隧道襯砌管片蒸汽養護預養期試驗研究[J].鐵道建筑,2008(5):67-69.
   [5] 朱瑤宏. 占文,秦明強,等.蒸養管片混凝土物理力學性能的影響因素研究[J].鐵道建筑,2013(1):33-35.
   [6] 雷映平.高效水溶性混凝土模板脫模劑的研究[J].混凝土,2002,155(9):41-43.
   [7] 李昂. 脫模劑及其作用機理[J].特種橡膠制品,2002,23(4):27-29.

 


本文轉載自《鐵道建筑》2014年第6期,旨在研究和學習預制混凝土表面汽泡問題,若遇版權問題,請聯系本公司,將立即刪除。

 

 

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