浅谈地铁防水高性能混凝土的配合比设计与质量控制.pdf

2 6 4 管理施工 城 市道桥 与防洪 2 0 1 3 年 8 月第 8 期 浅谈地铁防水高性能混凝土的配合 比 设计与质量控制 黄 金 福 。 许 小 冰 z ( 1 佛山市市政工程质量检测有限公司， 广东佛 山5 2 8 0 0 0 ； 2 佛山市南海区西樵恒建混凝土有限公司， 广东佛山 5 2 8 0 0 0 ) 摘要： 该文根据珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段 1 号线二期工程的防水高性能混凝土的生产应用的技术要 求， 浅述地铁工程的防水高性能混凝土配合比设计及质量控制。 关键词： 地铁工程 ； 防水混凝土； 配合 比设计 ； 质量控制 中 图分类 号 ： U 4 5 3 6 文 献标 识码 ： B 文章 编号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 3 ) 0 8 0 2 6 4 0 3 1 工程概 况 为打造 广佛 同城 ，促进广州 、佛 山的经 贸合 作 ， 佛 山市于 2 0 1 2年规划把珠江三角洲城 际快速 轨道交通广州至佛山段 1 号线延长建设延伸至佛 山新城， 简称“ 广佛 1 号线二期工程” 。小涌站为始 发站 ， 衔接广佛 l 线号一期工程的魁奇路站。广佛 1号线二期工 程总长约 为 6 6 7 8 k m，均为地下线 路 ， 由南 向北设小涌站 、 东平 站 、 世纪莲站 、 澜石站 4座车站 ，最大站 间距 2 8 1 9 k m为世纪莲站至澜 石站区间 ， 最小站 间距约 1 3 9 7 k m， 为小涌站至东 平站区间， 平均站间距约 1 8 8 0 k mo 其中东平站将 为与规划佛山 3号线 、 广佛环线 、 广佛江珠城际线 换乘站 。 本文结合 普通混凝土配合 比设计规程 ( J G J 5 5 2 0 1 1 )及 地下工程防水技术规范 ( G B 5 0 1 0 8 2 0 0 8 )， 根据新标 准的一些变化 ， 以及 地铁 工程的技术特点与高性能要求，浅述地铁工程防 水混凝土的配合 比设计及有关 质量保证措施 。 2 防水高性能混凝土技术要求 广佛 1号线 二期 工程 的防水混凝土 主要有 两 种 ： 一为 明挖法主体结构顶板 ( 含盾构始发 、 吊出孔 处顶板后浇带 ) 、 侧墙 、 负二层底 板 ， 即埋深 1 0 I n H2 0 m处 ， 设计使用 C 3 5 P 8防水混凝土； 二为明 挖法主体机构负三层地板、 抗拔桩 ， 即埋深 2 0 m H3 0 m处 ， 设计使用 C 3 5 P 1 0防水混凝土。 按该工程的混凝土防水设计要求 ，车站主体 结构、出人口通道及机电设备集中地方防水等级 为一级 ， 其结构不允许渗水， 结构表面无湿渍， 主 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 5 - 0 9 作者简介： 黄金福( 1 9 8 2 一 ) ， 男， 广东清远人 ， 助理工程师 ， 从 事市政工程质量检测工作。 体迎水面结构采用防水混凝土进行结构 自防水 。 车站的风道、 风井 、 联络通道防水等级为二级 ， 其 结构不允许漏水。混凝土结构表面可有少量湿渍， 总湿渍面积不应大 于防水面积的 6 1 0 0 0 ， 任 意 1 0 0 m 防水面积上湿渍不得超过 4处，单个湿渍的最 大面积不大于 0 2 m 2 。具体技术要求见表 1 所列。 表 1 防水 高性能混 凝土的技 术指标 一览表 3地铁工程防水高性能混凝土设计 3 1 原材料选择 为 了提高混凝土结构 的耐久 性 ，确保地铁工 程百年以上的使用寿命，混凝土原材料的选择必 须高标准严要求。防水高性能混凝土是以耐久性 为设计的主要指标 ， 工作性 、 适用性 、 强度、 体积稳 定性 、 经济性等， 选用优质的原材料 ， 并除水泥 、 水、 集料外， 必须掺用一定数量的活性矿物掺合料 和高效缓凝减水剂。防水性能混凝土设计还应符 合 地下工程防水技术规范 ( G B 5 0 1 0 8 -2 0 0 8 ) 的 相关规定。原材料技术指标见表 2 所列。 对“ 表 2原材料技术指标与执行标准一览表” 补充说明几点 ： ( 1 ) 以上设计采用材料参数指标均 通过第三方监督检测单位检测 ； ( 2 ) 为减少 昆 凝土 绝热温升 ，避免 昆 凝土 内外温差过 大而引起温度 裂缝而渗漏 ， 经过甲方、 设计方、 监理方、 施工方 、 第三方监督检测单位及混凝土供应商的多次探讨 决定 ，要求华润水泥厂专门批量生产不带 R的非 早强华润 P O 4 2 5水泥用于该地铁工程 ， 控制其 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3 年 8 月第 8 期 城 市道桥 与 防洪 管理施工 2 6 5 表 2 原材料 技术指 标与 执行标 准一览表 嚣 击 翕 设 计 采 用 材 料 技 术 指 标 执 行 标 准 纂 。 煤 灰 莩 籍 )G B T I5 96 - 0 0 3 ， S O 为 0 6 0 ，安 定2 0 0 5 馨 006 m m 0 26 霎 G B建T 1筑46 8用4-2砂00106 m m0 0 15 m m 66 0 015 计 筛 余 65 ， 径 累 计 筛 余 为 累 计 ， 一 累 计 筛 余 为 矮ql：t 0 0 2瓣 C1 0 00 0 露0 T 1 4-10 ， 含 泥 一为 ，含 泥 量 为 ，泥 块 量 7 ，泥 块 含 量 为 ， 吸 水 率 为 5 ， 。 ，n ” 什 含 量 _3 ，吸 针 片 状 含 量 为 3O ， 压 碎 一 锤 黍 鬟 蓉 1)GB23439-0 757d 48 7 d 胀 ， 限 制 膨 胀 抗 裂 剂 ， 总 碱 量 为 J- 胀 率 (水 中 ) o ，限 制 膨 胀 率 (水 。 0 0 2 5 中 ) 为 0 0 2 5 7 d 水化热值在中热水泥的国家标准之下； ( 3 ) 为使 混凝土拌合物具有 良好工作性 ， 不离析、 不泌水 ， 有 良好 保水性又具有 良好 流动性 ，并 适用 于泵 送 施工 ，配合 比设计选用鹤山 5 2 5 m m连续级配花 岗岩碎石； ( 4 ) 该工程拌制混凝土所用的水选用饮 用 自来水 ， 符合 混凝土拌合用水标准 (J G J 6 3 2 0 0 6 ) 的规定； ( 5 )该工程防水混凝土适当掺用膨胀剂 ， 利用 其某些组分在混凝土 中产生化 学反应生成具 有膨胀效应的钙矾石或氢氧化钙 ，减少或消除混 凝土自身的收缩，而且生成的钙矾石等晶体具有 充填 、 堵塞混凝土毛细孑 L 隙的作用 ， 可提高混凝土 的抗渗能力。据文献资料统计 ， 普通混凝土的收缩 率一般为( 1 3 ) X 1 0 ， 适当掺人一定量的膨胀剂， 可使混凝土产生( 2 5 ) X 1 0 4的限制膨胀率 ， 从而 可以防止混凝土因自身收缩而开裂 ，达到抗渗防 水 的 目的 。 3 2 混凝土配合比设计 高性能混凝土一般通过采用“ 双掺技术” 及通 过掺人大掺量的矿物掺合料和高性能减水剂来实 现对混凝土工作性、 强度设计要求， 同时满足混凝 土 耐久 性 的设计 要 求 。结合 该 工程 实 际 ，阐述 C 3 5 P 1 0防水高性能混凝土的配合比设计。 3 2 1 试配强度( 厶 ，0 ) 为提高混凝土的质量保证系数 ，该地铁工程 C 3 5 P 1 0的设计标准偏差 6取 5 5 MP a ， 故配制强度： ，0 2 = 3 5 + 1 6 4 5 8= 3 5 + 1 6 4 5 X 5 5 = 4 4 0 ( MP a ) 3 2 2 确定水胶比( W B) 3 2 2 1 计算水泥 2 8 d强度 经实测 ， 该工程选用的华 润 P 0 4 2 5水泥 2 8 d 胶砂抗压强度为 = 5 2 6 MP a 。 3 2 2 2 计算胶凝材料 2 8 d强度 ( 1 ) 确定粉煤灰影响系数( ) 和粒化高炉矿渣 影响系数 ( ) ： 因为掺粉煤灰、 矿渣的胶凝材料没有实测值 ， 初定粉煤灰掺量均为 2 0 ，矿渣掺量为 0 ，根据 J G J 5 5 2 0 1 1 标准表 5 1 3 粉煤灰影响系数( ) 和粒 化高炉矿渣粉影响系数( ) 及粉煤灰的质量状况， 保守设计取： T F0 7 5， =1 0 0 ( 2 ) 确定膨胀剂影响系数 ： 该工程防水混凝土设计 ， C 3 5 P 1 0内掺 8 膨 胀剂 ，根据 J G J 5 5 2 0 1 1 标准 ，没有膨胀剂影响系 数，但掺不同膨胀剂的胶凝材料的 2 8 d 强度会有 较大的区别 ，依照经验一般掺膨胀剂的胶凝材料 强度会稍微偏低， 保守设计取： =0 95 综合以上考虑， 故胶凝材料 2 8 d 胶砂强度为： - - r f r s r Z , = 0 7 5 X 1 0 0 0 9 5 X 5 Z 6 = 3 7 4 8 ( MP a ) 根据鲍罗米水灰比公式计算 ， 故 C 3 5 P 1 0 水胶 比为： W B = = 而 0 5 丽3 x 3 7 4 8 = 0 41 根据 J G J 5 5 2 0 1 1 标准表 5 1 2 ， 碎石回归系数 取 ： a a = 0 5 3 ， a b = 0 2 0 。 广佛 1 号线二期工程的混凝土结构长期处于 有腐蚀性的地下水环境中，环境作用等级为一c 级， 根据 地下工程防水技术规范 ( G B 5 0 1 0 8 2 0 0 8 ) 中的 4 1 1 6规 定 ，混 凝 土最 大 水胶 比不 宜 大于 0 4 5 。故取水胶比为 0 4 1 ， 符合技术要求。 3 2 3确定单位用水量( m硼) 该工程防水高性能混凝土设计可泵送施工 ， 故坍落度设计为 1 4 0 3 0 m m 。 根据 J G J 5 5 2 0 1 l 表 5 2 1 2 选用的砂石状况，不掺减水剂时的用水量 为： 旒 一 一 城 汜 含 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 6 6 管理施工 城 市道桥 与 防洪 2 0 1 3 年 8 月第 8 期 m w- 2 0 0 + 2 5 = 2 2 5 ( k 咖 。 ) 注 ： ( 1 ) 预计混凝土的坍落度损失 ， 设计坍落 度能达到 1 5 5 1 7 0 m m； ( 2 ) 碎石混凝土坍落度达到 5 5 7 0 m m时， 最大 粒径 2 0 mm石为 2 0 5 k g m3 , 3 1 5 m m石为 1 9 5 k g m3 , 而 该工程选用 5 2 5 m m石 ，采用 内插法用水量应 为 2 0 0 k g m ； ( 3 ) 按经验， 每增加2 0 m m坍落度会增加 5 k g m 3 用水， 增加 1 0 0 m m坍落度应要增加用水2 5 k g m 3 。 该工程防水高性能混凝土减水剂掺量经试验 确定最佳用量为 1 8 ， 其减水率为 2 3 8 ， 故每立 方米混凝土的用水量为 ： m = ， ( 1 一B) = 2 2 5( 1 2 3 8 ) = 1 7 1 ( k g m ) 3 2 4 计算胶凝材料用量 【 mb 。 ) ，确定水 泥( 。 ) 、 粉煤灰 ( m ) 、 膨胀剂( 。 ) 、 减水剂( m a o ) 用量 C 3 5 P 1 0的 胶 凝 材 料 用 量 ： mb 。 = m ( W B ) = 1 7 1 0 4 1 = 4 1 7 ( k g m ) ， m j v = m b d 3 ,= 4 1 7 2 0 = 8 3 ( k g m 。 ) ， m , o = 4 1 7 8 = 3 3 ( k g m ) ， m。 m6 m m 4 1 7 8 3 3 3 = 3 0 1 ( k g m。 ) ， ma o = m b o 1 8 = 4 1 71 8 =7 5 1 ( k 咖 ) 。 根据 地下工程防水技术规范 ( G B 5 0 l 0 8 2 0 0 8 )中 的 4 1 1 6规 定 ，在 满 足混 凝 土抗 渗 等 级 、 强度等级和耐久性条件下， 水泥用量不宜小于 2 6 0 k g m 。因此确定水泥用量 m o o =3 0 1 k g m 符合 技术要求 。 3 2 5 确定砂率( ) 细集 料为 中砂 M = 2 6 ，混凝 土坍落 度为 1 1 01 7 0 m m，同时要 满 足 泵 送施 工 ，依 据 J G J 5 5 2 0 1 1表 5 4 2混凝土 的砂率 ， 设计坍落度为 1 4 0 4 - 3 0 mm， 大于 6 0 m i l l ， 在表 5 4 2的基础上 ， 按 每增大 2 0 m m坍落度， 砂率就增大 1 ， 根据以往 经验 ， 取砂率 fl , = 4 0 。 3 2 6 计算砂、 石用量( m仞 ) 计算设计混凝土配合比粗、细骨料用量时 有质量法和体积法 ，在实际的工作中经常使用假 定容重质量法进行设计计算 ， C 3 5泵送混凝土容重 一 般为 2 3 8 0 k g m 左右 ， 因此可根据质量法计算 ， 假定 m 。 = 2 3 8 0 k g m 。 ， 公式如下 ： =旦 一 = 4 0 m , o+ ， c 0 + ， D + ， 7 + ， 硼 + ， 0 + ， ， + ， = m c p = 2 3 8 0 ( k g m ) 根据以上公式 ， 计算出 C 3 5 P 1 0的砂 、 石用量 分别为 ： 7 1 4 k g m 。 、 1 0 7 1 k g m 。 3 2 7 确定基准配合比 综述 以上设计 与计算 ， 得 出 C 3 5 P 1 0防水高性 能混凝土配合 比的设计基准配合 比如表 3所列 。 3 3 配合 比试配、 调整确定与选择 ( 1 ) 根据以上基准配合比， 保持用水量不变 ， 把水灰 比增减 0 0 5 ， 相应砂 率增减 1 ， 每个配合 比得出三组平行试拌配合比。 ( 2 ) 根据每组平行试验的混凝土拌合物和易性、 坍损等， 保持水胶比不变的前提下调整用水量及减 水剂掺量， 保证和易性、 坍落度符合设计要求。 ( 3 ) 绘制强度 、 水胶比的线性关系图， 并结合 抗渗检测结果 ， 确定满足设计强度要求的水胶 比， 再根据该水胶 比调整计算各种 材料组分的用量 。 ( 4 ) 当混凝土拌合物表观密度实测值与计算值 偏差少 于 2 ， 假定 容重可不做 调整 ； 若超 出 2 ， 将配合比每项材料乘以校正系数调整。 ( 5 ) 新拌防水高性能混凝土还应进行坍落度经 时损失、 压力泌水率、 凝结时间、 抗压强度等基本 性能试验和抗渗等级 ( 2 8 d ) 、 5 6 d C 1 一 扩散 系数 、 5 6 d 电通量等长期性能和耐久性能试验 ，各项指标均 要求达到地铁工程技术要求。 ( 6 ) 根据平行试拌配合 比各项指标试验结果 ， 考虑工作性 、 适用性、 强度、 体积稳定性、 经济性等 方面选择最优配合比方案 ，并且制定详细的混凝 土主体施工计划和质量保证措施。 4 防水高性能混凝土施工质量控制的一些 建议 ( 1 ) 浇筑混凝 土的基面上不得有 明水 ， 否则应 进行清理， 避免带水作业。 ( 2 ) 模板应平整 ， 并且有足够的刚度和强度 ， 接缝部位必须严密， 不漏浆， 以钢模板为宜； 固定模 板 的螺栓穿过 混凝 土时应有可靠 的止水 措施 ， 以 加止水钢环为宜。 ( 3 ) 混凝土搅拌应均匀 ， 入泵坍落度宜控制在 1 4 0 3 0 m m，出厂坍落度与入模坍落度差值应小 于 3 0 mm； 混凝 土应振捣 密实 ， 灌注混凝 土的 自落 高度不应超过 2 m， 否则应采取措施 ， 分层灌注时 每层厚度不宜超过 3 0 c m， 振捣 时间以混凝 土表面 刚不再冒出气泡为宜， 避免过振、 欠振、 漏振等。 表 3 防水 高性能基 准配合 比一览表 ( 下转第 2 7 5页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3 年 8 月第 8 期 城 市道桥 与防 洪 管理施工 2 7 5 导 小组与公 司形成严密 的管理 网络 ，以达到从纵 到横 、 从 块到 条 ， 块 块保 证 ， 条 条实施 ， 从 全局 出 发 ， 多渠道地将工地 的文 明施工做好 。现场办公室 干净 、 整齐 ， 各种管理制度和岗位责任制及 目标管 理责任制， 质量安全领导小组名单都张贴于墙面， 一 目了然 ， 并做到全员有 目标 ， 人人有考核。 ( 2 ) 工程材料按类 、 规格 、 品种整齐堆放 。如 ： 砂 石分类 ， 集 中堆放 成方 ； 砌 体材料 归类成 垛 ， 堆 放整齐。施工周转设施设备、 模板集中堆放 ； 竹木 杂料分类堆放， 规格成方， 不散不乱。做到堆放合 理 、 安全 、 整洁。 ( 3 ) 施工现场做 到每天收工 由专人检查各班组 的文 明施 工情况 ， 真正做 到工完料净场地清 ， 整个 施工现场干干净净 ；以崭新的面貌展现在人们面 前 ， 获得了各单位的好评。 6 强化组织管理、 提高团队建设 在管理市政工程工地时，要确保工程能够安 全 、 按质 、 按量地完成 ， 不 但要有一定的技术之长 ， 而且还要有科学的管理 。在施工管理上 ， 要注重 良 好 的团队建设 。各项工作能否顺利开展 ， 很大程度 上取决 于这个集体的凝聚力 ，一个集体有 没有动 力、 有没有 良好的集体观念、 有没有团队精神。一 个施工班组集体的凝聚力越强 ，班组管理工作开 展就越顺利、 效果越好。因此， 必须加强集体的管 理 ， 有 目标地 、 有计划地开展工作 ， 使集体的凝聚 力越来越强。 ( 1 ) 明确施工的目标 ， 每一个集体、 每一个人 及每一项工作都必须有一个 目标。目标明确了工 作就变得更有意义 ， 在工作开展之前就要组织好人 员 ， 确定工程 目标计划。 这样 ， 确定了共 同的奋斗 目 标 ， 工作就能准时地按质 、 按量达到预期 的效果。 ( 2 ) 明确施工目标的同时， 应强化施工管理力 度。注意理顺施工过程中人与人之间的协作配合 精神， 落实责、 权 、 利一致的原则， 使施工人员在施 工 中心情舒畅 、 精神饱满 。 ( 3 ) 为了使工程质量符合有关设计要求 ， 就要 依靠施工人员的团结协作 ，如何得到班组人员的 信任， 建立起良好的人际关系， 同时可以很好地管 理他们的工作 ，并且让他们服从 自己的安排和要 求 ，那就依靠管理者与被管理者之间的关系是否 融洽。管理的确是一门知识与技巧形成一体的学 问。协同作用意味着整个班组 的行为 ， 这不是通过 局部行为来决定 。 在工作 中 ，不 能忽视人员之间建立 良好 的人 际关系。对此 ， 不但要在工作中给予关怀 ， 而且还 要关心他们的生活、 健康情况。即使一句亲切的问 候 ， 都会使他们得到心理上的慰藉 ， 从各方面增强 施工人员的责任心和 自尊心。激励他们的积极性 和制造性 ， 使他们对工程更有责任心 ， 更好地投入 到工作中。 参 考文献 【 1 】 方 东平 工程 建设安全 管理【 M 北京 ： 中国水利 出版 社， 2 o 0 5 2 】 彭正龙 团队建设与创新【 M】 北京： 中国传媒大学出版社， 2 0 0 8 【 3 J3 李冬瑾 市政工程工程施工项 目 质量过程控制【 z 西安： 西安市 政工程科 技大学， 2 0 0 3 ( 上接第 2 6 6页) ( 4 ) 严格控制混凝土的入模温度 ， 夏季高温施 工时 ， 应尽量利用夜间施工 ， 混凝土的内外温度差 值应不大于 2 5 。严禁混凝土在运输和浇筑过程 中加水 。 ( 5 ) 正确 的养 护是减 少混 凝土 开裂 的一 个重 要 因素 ， 顶 、 底 板应 尽量采 用蓄水养 护 ， 侧 墙可 以 采用保水的覆盖层进行养护 ，规定的保水养护时 间应为 1 0 d ，混凝土的整个养护时间应不应小于 1 4 d。 5 结语 广佛 1 号线二期工程地处佛山新地标的 “ 佛 山新城区” ， 地铁工程与一般工民建、 水利公路工 程相比， 有其非同寻常的自身特点。主要表现在： 工程造价高 、 设计寿命长、 社会影响大等 ， 只有充 分认识防水高性能混凝土配合 比设计特点 ，对各 因素充分全面考虑， 从原材料选择、 配合 比设计、 施工配合等方面人手， 环环相扣、 一丝不苟地严格 把控每一关才能设计出合理的防水高性能混凝土 配合比， 才能确保工程的质量。而且由于地铁线、 地铁站一般为地下工程 ，为保证地铁工程混凝土 的防水质量 ，对混凝 土的现场施 工提 出更高的要 求。因此， 在混凝土施工中制定详细施工计划和质 量保证措施 ，是保质保量完成广佛 I 号线二期工 程地铁耐久性混凝土施工 的基本保证 。 参考文献 1 J J G J 5 5 2 O 1 1 ， 普通混凝土配合 比设计规程【 s 】 【 2 G B 5 0 1 0 8 2 0 o 8 ， 地下工程防水技术规范【 s 】 【 3 】 G B 厂 r 5 0 0 8 2 2 0 0 9 ，普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法 标准【 S 】 【 4 】 最新混凝土实验室工作管理与配方优化设计及检测试验技术 标准务实全书( 第一版) M 】 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 1 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m