王婧紅 王利英 王 芳

（1.河北工程大學(xué)水利水電學(xué)院 河北邯鄲 056038；2.山西省水利建筑工程局有限公司 山西太原 030006）

1 洞挖料利用現(xiàn)狀

近年來，隨著施工技術(shù)的不斷提升，越來越多的工程使用TBM 進(jìn)行施工，而由TBM 施工產(chǎn)生的大量洞挖料則存在占地面積大，污染環(huán)境以及易誘發(fā)次生災(zāi)害等的一系列問題，洞挖料的處理和利用應(yīng)當(dāng)引起重視。已有學(xué)者在洞挖料的資源化利用上表達(dá)了觀點(diǎn)。袁正成等[1]曾針對隧道洞挖料的利用從材料分類、評價技術(shù)對比以及材料利用的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并在基礎(chǔ)理論、應(yīng)用技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范三方面給出了建議。孫增明等[2]對洞渣在材料以及生產(chǎn)過程各個環(huán)節(jié)上的資源化利用方式進(jìn)行了探討。

在洞挖料的利用上，很多研究者在不同方面展開探索。趙志芳[3]曾對TBM 洞挖料作為混凝土骨料進(jìn)行了研究與討論，通過抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)并給出了各個原材料之間的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較，證明了TBM 洞挖料在低強(qiáng)度混凝土中的適用性。任毅[4]在分析隧道洞渣加工成為砂石料的過程中，分析了在不同生產(chǎn)流程下的材料特性，并做了經(jīng)濟(jì)性分析，表達(dá)了關(guān)于工程實(shí)際中應(yīng)充分利用資源以達(dá)到既保證工程質(zhì)量有又具有良好經(jīng)濟(jì)性的觀點(diǎn)。

無論是哪種隧道洞渣，處理數(shù)量龐大的洞挖料成為亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題。本文基于以上分析，進(jìn)行了將TBM 洞挖料用作混凝土骨料的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，在不同水灰比與不同取代率兩個變量情況下開展，通過試驗(yàn)驗(yàn)證這種材料利用的可行性，為今后的工程實(shí)際應(yīng)用提供參考。

2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用到的原材料有水泥、粉煤灰、減水劑和引氣劑等。在試驗(yàn)開始前，對本次試驗(yàn)用到的原材料進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.1 水泥

水泥依照試驗(yàn)采用山西華潤福龍水泥有限公司生產(chǎn)的P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥，水泥的品質(zhì)檢驗(yàn)依照《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2007）標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，由表1可得，水泥各項(xiàng)檢驗(yàn)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 水泥品質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果

2.2 粉煤灰

試驗(yàn)采用的為侯馬經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)佳聯(lián)環(huán)?？萍加邢薰咎峁┑姆勖夯遥勖夯业钠焚|(zhì)檢驗(yàn)依照《用作水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596-2005）的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，如表2 所示。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)判斷，所檢驗(yàn)的粉煤灰為Ⅱ級粉煤灰。

表2 粉煤灰品質(zhì)檢驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)

2.3 外加劑

外加劑使用河北省外加劑廠生產(chǎn)的DH3G減水劑，DH9引氣劑，結(jié)果如表3 所示。

表3 外加劑品質(zhì)檢驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)

2.4 洞挖料

TBM 洞挖料取自山西臨縣TBM-2 標(biāo)段施工產(chǎn)生的洞挖料，依照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL352-2006）中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法對本次用到的TBM 洞挖料進(jìn)行相關(guān)品質(zhì)檢驗(yàn)，如表4 所示，各項(xiàng)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4 TBM 洞挖料品質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果

3 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)配合比設(shè)置采用了五種水灰比和三種取代率，欲使試件抗壓強(qiáng)度達(dá)到從C10 至C25，水灰比設(shè)置為0.55、0.60、0.65、0.70、0.75。三種取代率分別是TBM洞挖料占比25%、50%、100%，其余部分摻配5～25 mm的人工碎石。按照上述配合關(guān)系，制作邊長150 mm 立方體標(biāo)準(zhǔn)試件共15 組，共45 個試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至28 d 后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 試驗(yàn)結(jié)果

養(yǎng)護(hù)至28 d 齡期后，記錄每個試件的抗壓強(qiáng)度結(jié)果如表5 所示。

表5 28 d 混凝土抗壓強(qiáng)度值

由表5 中數(shù)據(jù)看出，混凝土抗壓強(qiáng)度最小值為15.1 MPa，最大值為32.7 MPa，全部滿足試驗(yàn)要求的C10 至C25 強(qiáng)度?？箟簭?qiáng)度值較大時，主要集中在低水灰比和低取代率的情況，抗壓強(qiáng)度值較小時，主要集中在高水灰比和高取代率的情況。

4.2 試驗(yàn)分析

分別控制水灰比和取代率兩個變量，分析各自兩種變量條件下對抗壓強(qiáng)度的影響趨勢。

4.2.1 取代率的影響

觀察取代率對試件抗壓強(qiáng)度的影響如圖1 所示。當(dāng)控制水灰比一定時，水灰比在0.55、0.65、0.75 時，抗壓強(qiáng)度均隨著取代率的增加呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。除去水灰比0.60 的情況：在同一取代率下，隨著水灰比的增大，抗壓強(qiáng)度值基本都呈現(xiàn)減小趨勢；隨著取代率的逐漸增加，當(dāng)取代率由50%變?yōu)?00%時，抗壓強(qiáng)度值緩慢變大，說明TBM 洞挖料骨料的增加對試件抗壓強(qiáng)度的增加具有促進(jìn)作用。

圖1 取代率對抗壓強(qiáng)度的影響

4.2.2 水灰比的影響

觀察水灰比對試件抗壓強(qiáng)度的影響如圖2 所示。當(dāng)控制取代率一定時，在三種取代率下，隨著水灰比的增加，抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)減小的趨勢。取代率為100%時，各個水灰比下的抗壓強(qiáng)度值并未呈現(xiàn)最小，說明全部使用洞挖料作為骨料的試件抗壓強(qiáng)度是不低的；在取代率為25%時，隨著水灰比的增大，試件的抗壓強(qiáng)度波動較大，說明水灰比在這一取代率下的影響較為顯著。

圖2 水灰比對抗壓強(qiáng)度的影響

在控制兩種變量單獨(dú)對抗壓強(qiáng)度的影響結(jié)果時，觀察取代率50%、水灰比0.60 的情況下，試件的抗壓強(qiáng)度值在其所在曲線產(chǎn)生突變，且強(qiáng)度較高。

5 結(jié)論

1）通過試驗(yàn)驗(yàn)證，水灰比0.55～0.75 范圍內(nèi)，將TBM洞挖料用作混凝土骨料的試件抗壓強(qiáng)度能夠達(dá)到C10 至C25 范圍。

2）水灰比對于試件抗壓強(qiáng)度的影響較為顯著，隨著水灰比的不斷增大，抗壓強(qiáng)度逐漸減小。3）當(dāng)TBM 洞挖料取代率為100%時，試件抗壓強(qiáng)度值在三種取代率下不是最小，說明TBM 洞挖料全部作為混凝土骨料是能滿足一定強(qiáng)度的。將TBM 洞挖料用作混凝土骨料的思路是值得探索研究的。