盧富幫（中鐵十五局集團計量測試中心，河南 洛陽 471002）

當(dāng)前隧道施工建設(shè)中的一種常用的建設(shè)方式是噴射混凝土，在施工中一般用于初期支護結(jié)構(gòu)，在邊坡支護等施工中也有采用。噴射混凝土能夠在速凝劑的作用下加速硬化，同時可以與粗糙的圍巖表面產(chǎn)生較為良好的粘連效果，從而保證周邊圍巖的穩(wěn)固，實現(xiàn)快速支護的目的。隨著當(dāng)前中西部高速鐵路以及多類型鐵路建設(shè)施工的加速發(fā)展，隧道噴射混凝土本身也因為施工的進度壓力和日益復(fù)雜的環(huán)境而產(chǎn)生一定的影響。近年來，濕法噴射混凝土因為其本身強度較好，噴射的粉塵污染相對較小，且有利于環(huán)保及施工人員健康，已經(jīng)成為隧道噴射施工工藝的最優(yōu)選擇，但從實際研究結(jié)果分析可知，噴射混凝土由于原材料和施工工藝，一般都會產(chǎn)生較大的回彈，特別是在富水地區(qū)的施工。

1 應(yīng)用分析試驗

1.1 凝結(jié)時間和砂漿強度

因為初期支護需要具備快速凝固的特點，為此就要求噴射混凝土本身具備較快的凝結(jié)硬化速度。因此，在當(dāng)前防腐劑應(yīng)用的基礎(chǔ)上，就要對摻加方式進行分析探究，判斷摻加增效防腐劑對于摻加速凝劑、凈漿和砂漿之后產(chǎn)生的影響。

通過相關(guān)的理論研究數(shù)據(jù)分析，當(dāng)增效防腐劑以內(nèi)部摻加的方式摻入后，摻加速凝劑的水泥凈漿本身初步凝結(jié)時間會有一定程度的延長，但對于凝結(jié)時間產(chǎn)生的影響相對較小。從砂漿力學(xué)的實際強度進行分析觀察可知，水泥砂漿本身的抗壓實際強度會隨著防腐劑的內(nèi)摻比例大小的變化而產(chǎn)生變化，但是后期的強度較無防腐劑體系下的差，為此需要兼顧凝固時間以及砂漿實際強度，綜合多方面因素進行分析，而增效防腐劑往往使用外部摻入的方式與液體速凝劑之間產(chǎn)生良好的適應(yīng)性反應(yīng)，以此保證后期強度。

1.2 混凝土的力學(xué)強度

探究摻加8%（設(shè)計要求）的增效防腐劑在不同的摻加狀態(tài)下對噴射混凝土早后期強度產(chǎn)生的影響，混凝土的實際抗壓強度會隨著增效防腐劑摻量的增加而產(chǎn)生上升的趨勢，單摻增效防腐劑在既定要求以內(nèi)，混凝土本身的抗壓強度損失比不摻的少降低10%～15%。當(dāng)混凝土的實際抗壓強度隨著增效防腐劑的摻量增加而逐漸上升之后，且增效防腐劑摻量在15%以內(nèi)，混凝土實際的抗壓強度損失率并不會超過19%。試驗檢測分析得知：隨著速凝劑和增效防腐劑摻量逐漸提高，混凝土的抗壓性能也會反比例降低，當(dāng)速凝劑的摻量高于10%時，混凝土最終的抗壓效果下降速度不斷加快。歸根究底，摻入的增效防腐劑本身對強度沒有太大影響，增效防腐劑代替原防腐劑后強度相對有微弱的增加。另外，摻入的增效防腐劑與速凝劑反應(yīng)之后能夠與水泥凝膠的反應(yīng)效果基本等同，會使摻加速凝劑的混凝土早期及后期強度下降均有所緩解。

1.3 混凝土耐久性能

噴射混凝土力學(xué)強度結(jié)果說明防腐劑的摻入有利于改善其后期強度及水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，而對混凝土材料而言，其服役環(huán)境以水、硫酸根及二氧化碳等侵蝕性介質(zhì)的存在較為普遍，因此本節(jié)從抗侵蝕介質(zhì)性能方面探究了增效防腐劑對噴射混凝土耐久性能的影響。從水滲高度-水滲壓力結(jié)果可知，摻增效防腐劑的噴射混凝土抗?jié)B能力有明顯提升，以水滲壓力0.8MPa為例，對比空白組，噴射混凝土的水滲高度從88.6mm分別下降至69.2mm與45.3mm，其中以內(nèi)摻形式下抗水滲性能改善較為明顯；碳化深度-碳化齡期結(jié)果表明高效防腐劑的摻入能明顯提升噴射混凝土抗碳化能力，28d碳化深度≤10mm，從碳化作用擬合曲線結(jié)果可知，碳化系數(shù)大小依次為：基準(zhǔn)組（1.906）＞防腐劑內(nèi)摻組（1.202）＞防腐劑外摻組（1.189）；硫酸鹽侵蝕干濕循環(huán)試驗同樣表明在摻入防腐劑后，耐蝕系數(shù)從K60提升至K90以上，明顯優(yōu)于空白組的K60。

通過相關(guān)數(shù)據(jù)分析可知，混凝土的抗拉強度往往會隨著活性骨料摻量的增多而逐漸地降低，且摻量達到15%之后混凝土本身的抗拉強度會呈現(xiàn)下降趨勢，且下降較為明顯。單摻活性炭若是在5%以內(nèi)，混凝土最終的抗拉強度的損失率并不會超過10%。通過結(jié)果分析可知，混凝土抗拉強度會隨著速凝劑摻量的增加而呈現(xiàn)下降趨勢，但是下降的速度較為平緩，摻量在10%時混凝土的抗拉強度損失率不超過10%。試驗測試的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下雙摻增效防腐劑的抗拉強度有所變化，隨著增效防腐劑摻量的增加，混凝土抗拉強度雖然有所上升，但上升的速度相對較為平緩。雙摻增效防腐劑在5%～10%的狀態(tài)之下時，混凝土的抗拉強度損失率在原有基礎(chǔ)上下降約10%。通過原因分析得知，摻入的增效防腐劑本身的強度相對較好，導(dǎo)致混凝土的實際強度會呈現(xiàn)小幅度上升的趨勢。另外所產(chǎn)生的增幅也是在混凝土之中添加的化學(xué)反應(yīng)，因為增效防腐劑早期的外加劑效應(yīng)發(fā)揮的效果相對較高。增效防腐劑與混凝土的基體之間的粘連性相對較好，能有效地發(fā)揮粘連作用。因此，摻等量增效防腐劑的混凝土抗拉強度較抗壓強度所呈現(xiàn)的上升趨勢更為明顯。

2 實際應(yīng)用情況

2.1 原材料情況

水泥為普洱天恒PO42.5普通硅酸鹽水泥，密度3.11g/cm3，比表面積342m2/kg；細集料為天然河砂，細度模數(shù)2.7，表觀密度2610kg/m3，含泥量1.5%；粗集料為5~10mm單粒徑石灰?guī)r碎石，表觀密度2680kg/m3，針片狀顆粒含量4.8%；試驗用液體外加劑均為江蘇蘇博特生產(chǎn)，分別為PCA-Ⅰ（T）系列聚羧酸高性能減水劑，減水率25%，以及SBTR-N(Ⅱ)液體速凝劑，pH值2.6；試驗用增效防腐劑為液體，其他性能指標(biāo)滿足JCT1011-2006《混凝土抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑》標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合當(dāng)前我國實際使用的各類工程規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，為了滿足工程主體的實際需求，所使用的混凝土配比計算方式都是按照基礎(chǔ)的普通混凝土配比設(shè)計規(guī)程得出的結(jié)論，主要是以fcu,o≥fcu,k+1.645б這項具體的計算方式得出的，為了滿足當(dāng)前的生產(chǎn)需要，提升工程建設(shè)主體的施工質(zhì)量，在這項規(guī)程規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場施工實際得出水灰比的計算公式W/C=αafcefcu,o+αaαbfce。

2.2 增效防腐劑的主要性能

混凝土試驗采用濕噴工藝及C25噴射混凝土配合比，設(shè)置對比空白組，增效防腐劑的摻入形式為外摻及內(nèi)摻兩種。為了有效地分析增效防腐劑與液體速凝劑之間的融合性，通過使用水泥凈漿以及砂漿的方式判斷摻加一定量的增效防腐劑之后，二者之間的作用能力和抗壓效果。減水率≥25%，含氣量≤3%，可縮短混凝土初凝時間，提高強度，堿的攝入量下降2/3，28d強度損失減少10%；降低混凝土的回彈，回彈量不大于10%，對鋼筋無銹蝕作用，對健康和環(huán)境均安全，其他指標(biāo)符合防腐劑性能要求，液體推薦摻量為6%～9%，能起到抑制酸、堿、氯鹽等有害物質(zhì)和有害氣體對混凝土侵蝕作用，還能使噴射混凝土的回彈量顯著降低，提高工作效率，降低工程成本。

2.3 試噴實驗及使用情況

試噴實驗：上午11點08分開始拌和第一車混凝土6.5m3，到晚上8點噴滿整個上臺階的第四車混凝土，扣除中間拌合其他部位混凝土?xí)r間，噴射總用時6h5min，噴漿結(jié)束后，由技術(shù)主管、拌合站主管及中心試驗室主任共同見證裝載機把事先鋪在地上的彩條布（噴漿時回彈的混凝土都在彩條布上）端出洞外進行稱量，第一次稱量為21.74t（裝載機加回彈混凝土的重量），第二次稱量為19.3t（裝載機重量），即回彈混凝土重量為2440kg，根據(jù)實測容重1m3混凝土為2350kg，26m3混凝土為61100kg，即實測回彈率約為4%。

查閱以往拌和記錄、施工記錄、澆筑臺賬等，確定上臺階在同樣操作員和濕噴機的情況下用普通混凝土平均澆筑方量為35m3，平均用時10h15min。

根據(jù)以上上臺階施工情況得出混凝土方量節(jié)約9m3為26%，時間節(jié)約4h10min為41%，實測回彈率按4.6%計，實測節(jié)約時間按35%計（回彈和時間均考慮15%的不確定因素）。

由表1結(jié)合實際分析得知，加增效防腐劑的噴射混凝土每方混凝土節(jié)約水泥12kg～15kg，速凝劑及減水劑也相應(yīng)減少，且混凝土強度不降反增。根據(jù)以往施工實際情況，普通噴射混凝土每一循環(huán)混凝土方量在50m3左右，而使用增效防腐劑后實測回彈情況推算為每一循環(huán)混凝土方量約37m3左右，基本每一循環(huán)能節(jié)約13m3混凝土，全面使用后在節(jié)約成本及工期方面相當(dāng)可觀，在后續(xù)隧道的施工使用中也證實了這一點，特別是在涌水較多的地段施工時的效果更為明顯。

表1 混凝土每方材料用量/kg

3 結(jié)語

通過混凝土施工的實踐，以及1d、3d、7d、28d的實際強度還有耐久性的分析，明確增效防腐劑在不同摻入方式下對于噴射混凝土實際特性產(chǎn)生的影響，增效防腐劑使用在整個噴射混凝土的過程中，能直接提升摻入速凝劑砂漿以及噴生混凝土前后期的強度，根本原因是增效防腐劑與速凝劑之間的適應(yīng)性相對較高，對于水泥混凝土凝結(jié)時間產(chǎn)生的影響也相對較小。噴射混凝土的抗水滲透、抗碳化性能以及抗硫酸侵蝕的能力相對增高，特別是在縮短施工時間、緩解工期壓力、設(shè)備及人員等方面有較好的效果，在成本降低、減少混凝土回彈方面也起到較大的作用，對工程經(jīng)濟性同樣具有較為明顯的現(xiàn)實意義。