CN102731038A - 一种软土盾构易切削混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种软土盾构易切削混凝土、其制备方法及其原料组合物。该混凝土主要由下述配合比的原料制成：300～420kg/m3胶凝材料、500～750kg/m3河砂、0～130kg/m3钢纤维或0～3kg/m3玄武岩纤维、420～1300kg/m3粗骨料和130～190kg/m3水。其中，所述的胶凝材料为包含纯硅酸盐水泥和碳酸钙石粉的胶凝材料。所述的粗骨料为石灰石或轻集料；所述的石灰石为母岩抗压强度为60～90MPa、莫氏硬度为3～4且压碎指标为6～15％的石灰石；所述的轻集料为堆积密度大于700kg/m3的轻集料。该混凝土具有合适的力学性能和防裂抗渗性能，后期强度稳定，易于软土盾构快速切削，可广泛用于隧道或地下通道的盾构穿越地下连续墙施工。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑材料，具体涉及一种软土盾构易切削混凝土。
背景技术
随着城市密集度的提高和高层建筑的不断增加，地面可利用空间越来越少，地下建筑发展日益迅速，盾构法作为地下空间开发的手段获得了飞速发展。盾构法隧道施工技术由于具有独特的优势而广泛应用于我国城市市政建设，尤其是城市道路交通网络、公路交通网络和高速公路交通网络的构建。
盾构始发或接收都需要穿越混凝土地下连续墙，穿越地下连续墙进出洞的传统方法是凿除洞门混凝土。一般地铁盾构凿除混凝土洞门工期为6～10天，而大直径盾构达到20～40天，洞门附近土体长期暴露容易导致坍塌、涌水等风险。目前，也有采取爆破的方法，但对周围结构的破坏较大，如上海复兴东路隧道穿越时，采用对穿越位置地下连续墙进行爆破解体，再用盾构机进行作业的解决方案，穿越需用时三天，还需对余留下的结构进行必要的补强。于是提出了采用盾构直接切削混凝土穿越地下连续墙进出洞的施工方案，在已建工程的盾构穿越地下连续墙工程中，对于混凝土强度为C20、0.8m厚的地下连续墙，采用外直径6.34m的德国海瑞克盾构机直接切削穿越时，刀具发热量大、磨损严重，耗时60～70天，严重影响施工进度。
因此，工程界对此类地下连续墙的构造提出了新的要求，期望构筑此类地下连续墙的混凝土能够既满足地下连续墙的力学性能和抗渗性能，同时又能满足盾构快速切削穿越的要求。然而，迄今为止，能够满足上述要求的混凝土尚未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了满足目前对于地下连续墙既具有必要的力学性能和抗渗性能，同时又易于被软土盾构机直接、快速切削穿越混凝土的需求，而提供一种新型的、能够满足上述要求的混凝土。
因此，本发明涉及一种软土盾构易切削混凝土，其主要由下述配合比的原料制成：300～420kg/m3胶凝材料、500～750kg/m3河砂、0～130kg/m3钢纤维或0～3kg/m3玄武岩纤维、420～1300kg/m3粗骨料和130～190kg/m3水。其中，所述的胶凝材料为包含纯硅酸盐水泥和碳酸钙石粉的胶凝材料。所述的粗骨料为石灰石或轻集料；所述的石灰石为母岩抗压强度为60～90MPa、莫氏硬度为3～4且压碎指标为6～15％的石灰石；所述的轻集料为堆积密度大于700kg/m3的轻集料。
本发明中，所述的胶凝材料为包含纯硅酸盐水泥和碳酸钙石粉的胶凝材料。其中，所述的纯硅酸盐水泥的用量可根据需要进行选择，例如，可为胶凝材料质量的40～90％，优选80～90％。所述的纯硅酸盐水泥的强度等级较佳的为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5或62.5R；更佳的为42.5和52.5。所述的碳酸钙石粉的细度较佳的为600～1200目；更佳的为800目。所述的碳酸钙石粉的用量较佳的为胶凝材料质量的10～60％，更佳的为10～20％。根据需要，所述的胶凝材料还可含有除碳酸钙石粉之外的其它本领域常规使用的混凝土掺合料，如粉煤灰、矿粉和硅灰等中的一种或多种。
本发明中，所述的河砂可为本领域常规用于制备混凝土的河砂，较佳的为细度模数2.0～3.0的河砂。
本发明中，所述的钢纤维可为本领域常规用于制备混凝土的各种钢纤维，如平直型钢纤维、端钩型钢纤维、哑铃型钢纤维、弓型钢纤维、铣削型钢纤维、压痕型钢纤维和波浪型钢纤维等，较佳的为长度30mm的剪切平直型钢纤维。
本发明中，所述的玄武岩纤维可为本领域常规用于制备混凝土的玄武岩纤维。
根据需要，本发明所述的原料还可含有其它本领域常规的外加剂，如减水剂、泵送剂、早强剂、抗裂防水剂和防冻剂等中的一种或多种。所述的减水剂可为本领域常规用于制备混凝土的减水剂；较佳的为GB50119《混凝土外加剂应用技术规范》中所述的高效减水剂，如多环芳香族磺酸盐类(如萘和萘的同系磺化物与甲醛缩合盐类、氨基磺酸盐)、水溶性树脂磺酸盐类(如磺化三聚氰胺树脂、磺化古马隆树脂)、脂肪族类(如聚羧酸盐类、聚丙烯酸盐类、脂肪族羟甲磺酸盐高缩聚物)、改性木质素磺酸钙和改性丹宁等中的一种或多种，其减水率一般不小于15％；更佳的为萘系减水剂。所述的减水剂的用量可为本领域常规使用的用量，较佳的为胶凝材料质量的0.5～3.5％。
本发明进一步涉及一种软土盾构易切削混凝土的制备方法，其包括下列步骤：将上述配合比的原料按本领域制备混凝土的常规方法制备混凝土，即可。所述的制备方法具体包括以下步骤：混料、搅拌、成型和养护。其中，各步骤的方法和条件均可为本领域的常规方法和条件。较佳地，所述的搅拌可采用现有的预拌混凝土机械进行搅拌，搅拌时间不低于GBT14902《预拌混凝土》规范要求。
本发明还涉及一种软土盾构易切削混凝土原料组合物，其主要由上述配合比的原料组成。
在不违背本领域常识的基础上，本发明中上述的各优选技术特征可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明中，所述的原料和试剂除特别说明之外，均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：本发明的软土盾构易切削混凝土不仅具有合适的力学性能和防裂抗渗性能，而且易于软土盾构快速切削，刀具磨损小，能够有效减少软土盾构穿越的时间。本发明的软土盾构易切削混凝土强度等级可达C15～C40；其强度的长期稳定性好，后期强度增长不超过30％；平均切削速度可达每分钟1mm以上；软土盾构切削1m厚该混凝土的刀具磨损量小于7mm。可广泛用于公路、地铁、管线等隧道或地下通道的软土盾构穿越地下连续墙施工。
具体实施方式
下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。
实施例中所用的原料和试剂除特别说明之外，均市售可得。
实施例中，所述的“抗压强度”和“标准养护”按GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》规定要求确定；所述的“抗渗性能”按《GB/T 50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》规定要求确定；所述的“混凝土和易性能”按《GB/T50080-2002普通混凝土拌合物性能试验方法标准》规定要求确定。
实施例通过模拟试验实施，模拟试验中的软土盾构刀具是根据常规盾构刀具形式而设计的试验刀具，刀头材料为YG11型合金钢。
实施例1
按照下述配合比配制混凝土：强度等级为42.5的纯硅酸盐水泥298kg/m3，800目的碳酸钙石粉53kg/m3，细度模数为2.5的河砂665kg/m3，母岩抗压强度为80MPa、莫氏硬度为3.5、压碎指标为10.9％的石灰石1090kg/m3，减水率为16.8％的SP402萘系减水剂9kg/m3，水184kg/m3，上述配合比符合JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》的规定，按本领域常规方法进行混料、搅拌和成型，其中，搅拌时间为120秒，拌合物和易性能满足要求，再进行标准养护。其28天抗压强度为32MPa，180天抗压强度为40.4MPa，抗渗性能达到P8要求，软土盾构平均切削速度达到每分钟1mm，软土盾构切削1m厚该混凝土的刀具磨损量为2mm。
实施例2
按照下述配合比配制轻集料混凝土：强度等级为42.5的纯硅酸盐水泥313kg/m3、800目的碳酸钙石粉66kg/m3、细度模数为2.4的河砂743kg/m3、密度等级为800kg/m3的页岩陶粒513kg/m3、减水率为16.8％的SP402萘系减水剂7.6kg/m3、水180kg/m3，上述配合比符合JGJ51-2002《轻集料混凝土技术规程》的规定，按本领域常规方法进行混料、搅拌和成型，其中，搅拌时间为120秒，拌合物性能满足现场施工要求，再进行标准养护。其28天抗压强度为35MPa，180天抗压强度为39.5MPa，抗渗性能达到P8要求，软土盾构平均切削速度达到每分钟1.1mm，软土盾构切削1m厚该混凝土的刀具磨损量为7mm。
实施例3
按照下述配合比配制混凝土：强度等级为42.5的纯硅酸盐水泥307kg/m3、800目的碳酸钙石粉53kg/m3、细度模数为2.5的河砂665kg/m3、母岩抗压强度为80MPa、莫氏硬度为3.5、压碎指标为10.9％的石灰石1090kg/m3、减水率为16.8％的SP402萘系减水剂9kg/m3、水186kg/m3、钢纤维95kg/m3，上述配合比符合JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》的规定，按本领域常规方法进行混料、搅拌和成型，其中，搅拌时间为170秒，拌合物性能满足现场施工要求，再进行标准养护。其28天抗压强度为38.2MPa，180天抗压强度为45.5MPa，抗渗性能达到P8要求，软土盾构平均切削速度达到每分钟1～1.4mm，软土盾构切削1m厚该混凝土的刀具磨损量为3mm。
实施例4
按照下述配合比配制混凝土：强度等级为42.5的纯硅酸盐水泥307kg/m3、800目的碳酸钙石粉53kg/m3、细度模数为2.5的河砂665kg/m3、母岩抗压强度为80MPa、莫氏硬度为3.5、压碎指标为10.9％的石灰石1090kg/m3、减水率为16.8％的SP402萘系减水剂9kg/m3、水186kg/m3、玄武岩纤维1.5kg/m3，上述配合比符合JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》的规定，按本领域常规方法进行混料、搅拌和成型，其中，搅拌时间为170秒，拌合物性能满足现场施工要求，再进行标准养护。其28天抗压强度为38.6MPa，180天抗压强度为44.8MPa，抗渗性能达到P8要求，软土盾构平均切削速度达到每分钟1mm，软土盾构切削1m厚该混凝土的刀具磨损量为2mm。
实施例5
按照下述配合比配制混凝土：强度等级为52.5的纯硅酸盐水泥258kg/m3、1200目的碳酸钙石粉42kg/m3、细度模数为2.5的河砂715kg/m3、母岩抗压强度为60MPa、莫氏硬度为3.0、压碎指标为15％的石灰石1090kg/m3、减水率为16.8％的SP402萘系减水剂7kg/m3、水166kg/m3、钢纤维130kg/m3，上述配合比符合JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》的规定，按本领域常规方法进行混料、搅拌和成型，其中，搅拌时间为170秒，拌合物性能满足现场施工要求，再进行标准养护。其28天抗压强度为35.4MPa，180天抗压强度为43.7MPa，抗渗性能达到P8要求，软土盾构平均切削速度达到每分钟1.1～1.3mm，软土盾构切削1m厚该混凝土的刀具磨损量为4mm。
实施例6
按照下述配合比配制混凝土：强度等级为42.5的纯硅酸盐水泥350kg/m3、800目的碳酸钙石粉70kg/m3、细度模数为2.0的河砂750kg/m3、母岩抗压强度为80MPa、莫氏硬度为3.5、压碎指标为10.9％的石灰石1090kg/m3、减水率为16.8％的SP402萘系减水剂2.1kg/m3、AUA型高效膨胀抗裂防水剂13kg/m3、水190kg/m3、玄武岩纤维3.0kg/m3，上述配合比符合JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》的规定，按本领域常规方法进行混料、搅拌和成型，其中，搅拌时间为170秒，拌合物性能满足现场施工要求，再进行标准养护。其28天抗压强度为40.5MPa，180天抗压强度为49.8MPa，抗渗性能达到P8要求，软土盾构平均切削速度达到每分钟1.1mm，软土盾构切削1m厚该混凝土的刀具磨损量为6mm。
实施例7
按照下述配合比配制混凝土：强度等级为42.5的纯硅酸盐水泥347kg/m3、600目的碳酸钙石粉58kg/m3、细度模数为3.0的河砂750kg/m3、密度等级为800kg/m3的页岩陶粒420kg/m3、减水率为16.8％的SP402萘系减水剂8.2kg/m3、水184kg/m3，上述配合比符合JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》的规定，按本领域常规方法进行混料、搅拌和成型，其中，搅拌时间为120秒，拌合物和易性能满足要求，再进行标准养护。其28天抗压强度为36.1MPa，180天抗压强度为46.9MPa，抗渗性能达到P8要求，软土盾构平均切削速度达到每分钟1.6mm，软土盾构切削1m厚该混凝土的刀具磨损量为6.5mm。
实施例8
按照下述配合比配制混凝土：强度等级为42.5的纯硅酸盐水泥245kg/m3、II级粉煤灰105kg/m3、800目的碳酸钙石粉70kg/m3、细度模数为2.5的河砂500kg/m3、母岩抗压强度为80MPa、莫氏硬度为3.5、压碎指标为10.9％的石灰石1300kg/m3、减水率为16.8％的SP402萘系减水剂11kg/m3、水190kg/m3，上述配合比符合JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》的规定，按本领域常规方法进行混料、搅拌和成型，其中，搅拌时间为120秒，拌合物和易性能满足要求，再进行标准养护。其28天抗压强度为33.4MPa，180天抗压强度为43.4MPa，抗渗性能达到P8要求，软土盾构平均切削速度每分钟1.0～1.1mm，软土盾构切削1m厚该混凝土的刀具磨损量为7mm。
实施例9
按照下述配合比配制混凝土：强度等级为62.5的纯硅酸盐水泥307kg/m3、800目的碳酸钙石粉45kg/m3、细度模数为2.5的河砂665kg/m3、母岩抗压强度为90MPa、莫氏硬度为4.0、压碎指标为6.0％的石灰石1090kg/m3、减水率为21.3％的Simon 600萘系减水剂1.76kg/m3、水190kg/m3，上述配合比符合JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》的规定，按本领域常规方法进行混料、搅拌和成型，其中，搅拌时间为120秒，拌合物和易性能满足要求，再进行标准养护。其28天抗压强度为35.1MPa，180天抗压强度为44.7MPa，抗渗性能达到P8要求，软土盾构平均切削速度达到每分钟1.2mm，软土盾构切削1m厚该混凝土的刀具磨损量为4.5mm。
实施例10
按照下述配合比配制混凝土：强度等级为42.5的纯硅酸盐水泥258kg/m3、800目的碳酸钙石粉42kg/m3、细度模数为2.5的河砂745kg/m3、母岩抗压强度为60MPa、莫氏硬度为3.0、压碎指标为15％的石灰石1100kg/m3、减水率为16.8％的SP402萘系减水剂9.5kg/m3、水130kg/m3，上述配合比符合JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》的规定，按本领域常规方法进行混料、搅拌和成型，其中，搅拌时间为120秒，拌合物和易性能满足要求，再进行标准养护。其28天抗压强度为30.1MPa，180天抗压强度为38.7MPa，抗渗性能达到P8要求，软土盾构平均切削速度每分钟1.6～2.2mm，软土盾构切削1m厚该混凝土的刀具磨损量为2mm。
Claims (10)
1.一种软土盾构易切削混凝土，其特征在于：其主要由下述配合比的原料制成：300～420kg/m3胶凝材料、500～750kg/m3河砂、0～130kg/m3钢纤维或0～3kg/m3玄武岩纤维、420～1300kg/m3粗骨料和130～190kg/m3水；其中，所述的胶凝材料为包含纯硅酸盐水泥和碳酸钙石粉的胶凝材料；所述的粗骨料为石灰石或轻集料；所述的石灰石为母岩抗压强度为60～90MPa、莫氏硬度为3～4且压碎指标为6～15％的石灰石；所述的轻集料为堆积密度大于700kg/m3的轻集料。
2.如权利要求1所述的软土盾构易切削混凝土，其特征在于：所述的纯硅酸盐水泥的用量为胶凝材料质量的40～90％；和/或，所述的纯硅酸盐水泥的强度等级为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5或62.5R。
3.如权利要求1或2所述的软土盾构易切削混凝土，其特征在于：所述的碳酸钙石粉的用量为胶凝材料质量的10～60％；和/或，所述的碳酸钙石粉的细度为600～1200目。
4.如权利要求1所述的软土盾构易切削混凝土，其特征在于：所述的胶凝材料还含有除碳酸钙石粉之外的其它混凝土掺合料。
5.如权利要求1所述的软土盾构易切削混凝土，其特征在于：所述的河砂为细度模数2.0～3.0的河砂。
6.如权利要求1所述的软土盾构易切削混凝土，其特征在于：所述的钢纤维为长度30mm的剪切平直型钢纤维。
7.如权利要求1所述的软土盾构易切削混凝土，其特征在于：所述的原料还含有外加剂；所述的外加剂为减水剂、泵送剂、早强剂、抗裂防水剂和防冻剂中的一种或多种。
8.如权利要求7所述的软土盾构易切削混凝土，其特征在于：所述的减水剂为萘系减水剂，和/或，所述的减水剂的用量为胶凝材料质量的0.5～3.5％。
9.一种软土盾构易切削混凝土的制备方法，其特征在于：将权利要求1～8任一项中所述配合比的原料按本领域制备混凝土的常规方法制备混凝土，即可。
10.一种软土盾构易切削混凝土原料组合物，其特征在于：其主要由权利要求1～8任一项中所述配合比的原料组成。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121017 |