干旱风沙地区高性能混凝土质量控制技术.pdf

2 0 1 2年第 6期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i ne e r i n g 1 3 9 文章 编号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 1 3 9 - 0 4 干旱风沙地区高性能混凝土质量控制技术 肖颂 新 ( 兰新铁 路甘青 有限公司 ， 甘肃 兰州7 3 0 0 0 0 ) 摘要 ： 以新建兰新铁路第二双线工程为例 ， 选择高性能混凝土施工质量控 制要素为对象， 从材料 和服役 环境 等 方面确 定影 响 高性能 混凝 土质量 的 主要 因素及 其对 质 量控 制 流程 各环 节 的影响 。在原 材料 质量 控制 方 面提 出了抑 制碱一 骨料 反 应技 术 ， 在 混凝 土配制 方面提 出 了高浓 度 盐碱 地 区防 腐混 凝 土 和基 于 内养护的双块式无砟轨道道床板补偿收缩混凝土的配制技术， 在施工工艺方面提 出了节水养护技 术， 为 干旱风沙地区混凝土施工提供参考。 关键 词 ： 干旱风 沙地 区 高性 能混 凝 土 防腐混 凝土施 工技 术 中图分 类号 ： T U 5 2 8 3 l 文献标 识码 ： A 1 工程 概 况 新建兰新铁路第二双线跨越甘肃、 青海 、 新疆维吾 尔 三省 区 ， 正线全 长 1 7 7 5 8 k m， 其 中甘青 公司 管段长 1 0 6 6 k m， 多段 线路 处于 大温 差 、 大 风 沙 、 大蒸 发 、 强 日 照 的恶 劣 自然环境 中 ， 而 且 还存 在 盐渍 土 分 布 和 原材 料匮乏等诸多不利于混凝土工程的因素 。目前 ， 在高 海拔地区以及高寒地区修建铁路可借鉴青藏铁路和哈 大铁路客运专线的技术和经验 ， 而对 干旱风沙地区铁 路高性能混凝土工程的质量控制尚缺少成熟的技术和 经验 。 因此 ， 本 文 以新建 兰新 铁 路 第 二双 线 甘 青 段 工 程为背景 ， 以混凝土结构达到设计使用寿命为 目标 ， 针 对 干旱风沙地区环境特征及其他 客观 因素 ， 选择铁路 高性能混凝土施工过程质量控制 要素为对象 ， 分析了 干旱风沙地区混凝土质量的主要影响因素 ， 从材料 、 配 制、 施工等方面提出了适 用于干旱风沙地 区铁路高性 能混凝土质量控制关键技术 ， 从管理方面提 出了新建 兰新 铁 路 第 二 双 线 高 性 能 混 凝 土 质 量 控 制 标 准 化 体 系 。 2 干旱风沙地 区混凝土质量控制影响 因素 针对 新建 兰新铁 路混 凝土 服役 环境 特征 ， 从材 料 、 气候 、 地质三个方面确定高性能混凝土质量控制过程 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 3 0 5 ； 修回 日期： 2 0 1 2 0 3 - 2 0 基金项 目： 铁道部科技研究开发计划项 目( 2 0 1 0 G 0 1 9 - A) 作者简介 ： 肖颂新( 1 9 7 O 一 ) ， 男， 湖南益 阳人 ， 高级工程师。 的主要不利因素及其对混凝土质量控制流程不 同环节 的影 响 ， 具 体情 况见 图 1 。 3 干旱风沙地 区混凝土质量控制关键技术 3 1 碱一 骨料 反应抑 制 技术 调研 发现 兰新铁 路沿 线 大部分 骨料具 有 不 同程 度 的碱活性 ， 若更换为非活性骨料将会导致高成本。依 据 铁路混凝土工程施工质量验 收标准 ( T B 1 0 4 2 4 ) ， 当砂浆棒膨胀率I0 1 0 ， 且 0 2 0 时， 应控制混凝 土 的碱 含 量 ； 当砂 浆 棒 膨 胀 率 0 2 0 ， 且 4 0 ； 严 格 控制水胶 比和胶凝材 料用量 ， 不 同环境 条件下混 凝 土 的水胶 比和胶凝材料用量控制列于表 1 ； 掺加矿 物 掺 合料 ， 不 同 环 境 条 件 下 掺 合 料 的 掺 量 范 围 列 于 表 2。 3 2 2基 于 内养 护 的 双 块 式 无砟 道床 板 补 偿 收 缩 混 凝 土配制 技 术 新建 兰新 铁 路第 二 双线 轨 道结 构形 式设 计 为 C R T S I型双块式无砟轨道。道床板为现浇板式结构， 水平方向变形较大 ， 且变形时受到内部钢筋 、 轨枕和底 部支承层 的多种约束 ， 导致其开裂风险较高。目前 ， 使 用膨 胀剂 补偿 混凝 土 收缩是 抑制 混凝 土开裂 常用 技术 措施 ， 然而 ， 兰新 二线 自然环 境 严 酷 ， 道 床 板混 凝 土 还存在浇筑过程中因暴露面迅速失水而产生较多塑性 表 1不 同环境下混凝土的水胶 b 和胶凝材料用量要 求 裂纹的问题。由于受“ 膨胀窗 口” 的限制 ， 仅依靠 膨胀 剂无法有效抑制道床板混凝 土塑性收缩裂纹的产生 。 针对上述情况 ， 提出基于 内养护的道床板补偿 收缩混 凝 土 的配制 技术 ， 利用 内养 护 材 料预 蓄水 分 的长 效 缓 释 ， 补偿混凝土蒸发的水分 ， 减少塑性收缩、 ， 同时为膨 2 0 1 2年第 6期 干旱风沙地 区高性能混凝 土质量控制技术 胀剂水 化 补 偿 必 要 的水 分 ， 充 分 激 发 膨 胀 剂 的效 能 。 基于内养护的道床板补偿收缩混凝土与常规道床板混 凝土 的早 期收缩 对 比结果 见 图 3 。 表 2不 同环境 下混凝 土中矿物掺合料掺量范 围 注 ： 当采用双掺时 ， 其掺量可参考本表并经过试 验确定 。 2 槲 蛰 图 3 不 同配制技术道床板混凝土早收缩情况 3 3 混 凝土 节水 无 间断养护 技术 养 护是 混凝 土设 计性 能得 以实 现 的重 要 环 节 ， 它 不仅直接影响混凝土强度的发展 ， 而且影响着混凝土 的耐久性能 ， 特别是影响着表层混凝土的质量； 科学合 理地确定以温度 、 湿度和时间为要素的养护工艺是保 证混凝土结构使用寿命 的关键之一 。兰新二线沿 线水资源匮乏 ， 部分区段采用传统洒水养护工艺 困难 ； 同时 大风 干旱 和大温 差 等 环 境 因 素易 导 致 因 拆模 、 养 护工 艺转换 间隙而暴 露 的混凝 土开裂 ， 因此 ， 亟 需一 种 与其环境特征相适应的养护技术。针对上述需求 ， 提 出了一种利用含保水材料无纺物进行节水无间断养护 的新技术 ， 其作用机制为 ： 浇筑前采用水溶性胶将无纺 物 粘贴 至模板 成 型面 ， 浇 注 后 混 凝 土 中 富裕 的水 分 在 无纺织物内储存并将粘结层的水性胶溶解 ， 脱模 时无 纺物与模板分离并 附着在混凝土表面 ， 利用预蓄的水 分 为混 凝土 提供 养护 。该养 护技 术具 有节 水 、 保 湿 、 保 温 、 表面增强和无间断等多重功效 ， 能够满足干旱风沙 地 区铁 路混凝 土养 护 的需要 。 3 3 1 保 湿 效 果 比较分 析 了采用 节水无 间 断养护 和传 统养 护 的墩 身实体混凝土保湿效果， 具体结果见图 4 。 1 0 0 95 90 j 趟 蜊 8 5 靛 8O 75 7 0 、 传统养护 一 _ 一 一 I 0 2 O 4 0 6 O 8 O l O 0 龄 期 d 图 4墩身混凝 土表层( 3 0 c m) 相对 湿度测量结果 从图 4可看出， 在第 1阶段( 养护工艺实施阶段 0 1 4 d ) ， 采 取两 种工 艺混 凝土相 对 湿度测 试结 果 差 异 不明显 ， 节水无间断养护技术能够实现传统养护的功 效 ； 在 第 阶段 ( 1 4 6 5 d ) 由于 无 纺物 排 出 了混凝 土 表面 富裕 的水分 ， 在 一定 程 度 上 降低 了表 层 混 凝 土 的 水胶 比， 提 高 了混凝 土致 密 性 ， 与传 统 养 护 相 比， 采 取 节水无 间断养护 的混 凝 土 相 对 湿度 降 低 幅 度 较小 ； 在 第 阶段( 6 5 d 后 ) ， 采取两种养护工艺的混凝土 内部 相对 湿度 趋近 。 3 3 2外观质 量 图 5 ( a ) 为采用节水无 间断养护的墩身脱模时无 纺物 与模 板分 离并 与墩身 混凝 土密 贴 的情况 ， 图 5 ( b ) 和 5 ( C ) 分别为采用节水无间断养护和传统养护 的混 凝 土外 观情况 。从 中可 以看 出 ， 采 用 节 水 无 间 断养 护 的混 凝 土表 面颜色 均匀 ， 无气 泡 、 水 纹 和砂线 等质 量通 病 ， 外观质量明显优于采用传统养护的混凝土。 ( a ) 脱膜 ( b ) 节水无间断养护 ( c ) 传统养护 图 5 采用节水无 间断养护与传统养护工艺混凝 土外 观对 比 O 1 4 2 铁道建筑 4 兰新铁 路二线混凝土质 量控 制 目前 ， 混凝土工程管理 的标准化 和信息化已成 为 趋势和必然。为确保兰新铁路二线混凝土结构在严酷 服役环境下的使用寿命 ， 须建立与其工程特征相适应 的标准化管理体系 ， 具体包括管理制度标准化 、 人员配 备标 准化 、 现场 管理 标准化 、 过 程控 制标准 化等 四个方 面 。其 中管理制 度标 准化 内涵 为在科 学分 析恶 劣 自然 条件 下高 性能 混凝 土工程 面 临的技 术难 点和要 点 的基 础上 ， 依据现有标准、 规范， 构建清晰 、 职责分明、 重点 突出的兰新铁路高性能混凝土施工管理制度和体系， 从 而做到 关键 技术 明确 ， 实 施 有 规范 、 操 作 有 程 序 、 过 程有控制、 结果有考核 ； 人员配备标准化内涵为根据兰 新 铁路 高性 能混凝 土工 程技 术特 点对混 凝土 质量 控制 进 行归 口管 理 ， 配 备具有 相应 技能 、 能力 、 知识 的人 员 ， 建 立培训 和考核机 制 ， 提高 人员 的素质 和工作 效率 ； 现 场管理标准化内涵 为依据即有施工管理制 度和体系 ， 具体化和定量化混凝 土质量控制现场管理 的工作 内 容 ， 提炼 、 升华管理要素 ， 进而形成混凝土质量控制现 场管理工作标准 ； 过程控制标准化内涵为将管理制度 标 准化 、 人 员配备 标 准化 、 现场 管理标 准化 贯穿 混凝 土 工程质 量控 制过 程 ， 建 立量 化考 核机 制 ， 对 执行 程度进 行考 核 。兰新铁 路二 线混凝 土质量控 制管 理基 本 内容 见表 3 。 5 结 语 1 ) 兰 新 铁 路 二 线 严酷 的 环 境 对 混凝 土 质 量 控 制 技术提出了特殊要求， 合理应用碱活性骨料降低成本、 有效降低大风干旱环境下混凝土开裂风险、 确保高腐 蚀环境混凝土结构使用寿命和实现在水资源匮乏条件 下 的节水 养 护是混 凝土 工程 面 临的重 大难题 。 2 ) 通 过胶 凝材 料 多元 化 技术 ， 有 效 抑 制 了混 凝 土 碱 骨料 反应 ； 通 过 控 制水 泥 中 C A含 量 、 水胶 比 、 掺 活性矿物掺合料和适 当引气等综合技术措施 ， 提高了 混 凝土抗 腐蚀 性 能 。 3 ) 采用节水无间断养护技术能够实现混凝 土 自 浇筑起点的无问歇养护 ， 有效避免工艺流转过程养护 的 中断和混凝土暴露 ， 在节约了水资源的同时显著改 表 3 兰新铁 路二线混凝土质量控制管理基本 内容 善混 凝土 外观 质量 。基 于 内养 护 的补偿 收缩 混凝 土 配 制技术在补偿长期干缩 的同时 ， 有效降低混凝 土塑性 阶段 开裂 的风 险 ， 适 用 于 制 备 大风 干 旱 地 区 长线 板 式 结构高性能混凝土。 参 考 文 献 1 熊东华 ， 王善拔 抗硫酸盐混 凝土 的生产 途径 J 混凝 土 ， 2 0 0 2 ( 4)： 3 5 3 8 2 赵顺增 ， 刘 立 混凝土膨胀剂及其裂渗控制技术 M 北 京 ： 中国建材工业 出版社 ， 2 0 1 0 3 Ma r i o C o l l e p a r d i 混凝土新 技术 M 刘 数华 ， 冷 发光 ， 李丽 华 ， 译 北京 ： 中国建材工业 出版社 ， 2 0 0 8 4 A L I Z A D E H R， G HO D S P， C HI N I M E f f e c t o f c u r i n g c o n d i t i o n s o n t h e s e r v i c e l i f e d e s i g n o f RC s t r uc t u r e s i n t h e p e r s i a n g u l f r e g i o n J C i v i l E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 8 ( 1 ) ： 2 8 5 刘竞 ， 丁德华 ， 刘 赞群 养护措施 和 湿养时 间对掺 与不 掺矿 渣混凝 土性能的影响 J 硅 酸盐 学报 ， 2 0 0 8 ， 3 6 ( 5 ) ： 9 0 1 9 1 1 6 张勇 ， 杨 富民， 谢 永江 ， 等 郑西铁路客运专线高性能混 凝土 配制试验研究 J 铁道 建筑 ， 2 0 0 7 ( 1 2 ) ： 1 0 3 1 0 6 ( 责 任 审编 王红)