活性粉末混凝土在地铁声屏障结构单元板中的应用.pdf

2 0 1 0 年 第 3期 (总 第 2 4 5 期 ) Nu mb e r 3 i n 2 0 1 0 ( T 0 t a l No 2 4 5 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 PRACT I CAL TECHNOL oGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 3 0 4 3 活性粉末混凝土在地铁声屏障结构单元板中的应用 唐玉斌，朱立 ，李昊 ( 南京城市地铁实业集团有限公司，江苏 南京 2 1 0 0 3 8 ) 摘要： 结合南京地铁二号线东延线工程的特点， 详细介绍了工程声屏障结构单元板用活性粉末混凝土的制备、 搅拌、 浇筑和养护等施 工工艺， 以及活性粉末混凝土单元板在工程中的应用情况。 关键词 ： 活性粉末混凝土 ；单元板 ；材料制备 ；施工工艺 中图分类号 ： T U5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0) 0 3 0 1 3 9 0 3 Ap pl ica t i on o f r ea c t i ve powde r c onc r e t e i n s ound ba r r i er s t r u ct u r al uni t pl a t e of s ub way T ANG Yu b i n。 ULi 。 u Ha o ( Na n j i n gC i t yMe t r oI n d u s t r i a l G r o u pC o ， L t d ， Na n j i n g 2 1 0 0 3 8 ， C h i n a ) A b str a c t ： C o mb i n i n g wi t l l t h e c h a r a c t e ri s t i c s o f e a s t e r n e x t e n s i o n e n g i n e e r in g o f t h e No 2 s u b wa y l i n e o f Na n j i n g t h e c o n s t r u c ti o n t e c h n o l o g y o f p r e p a r a t i o n ， mi x i n g ， p l a c i n g a n d c u r i n g o f r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e ( R P C) u s e di n s o u n db a r r i e r s t r u c u e u n i t p l a t e ， andthe a p p l i c a ti o no f R P C u ni t p l a t e i n e n g i ne e rin g we r e i n tro d u c e d i n d e t a i l Ke y w or ds ： r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e； t rai t p l a t e； ma t e ria l p r e p a r a t i o n； c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o gy 0 引言 活性粉 末混凝土 ( R e a c t i v e P o w d e r C o n c r e t e ， 简称 R P C) 是 由法国 R i c h a r d等人在 1 9 9 3年率先研制成功的一种超高强 、 低 脆性、 高耐久性的水泥基复合材料 1 - 2 】 。R P C材料还具有减轻结 构自重、 减少结构构件配筋量等优越性 ， 因而能在提高综合性 能的前提下降低工程造价。由于 R P C具有强度高、 韧性好、 耐 久性优异的特点 ， 虽然问世时间不长 ， 但就已经在国外的工程 建设中获得大量应用， 最著名的是 1 9 9 7年在加拿大魁北克省的 S h e r b r o o k e 市的 Ma g o g河上， 建起的一座长 6 0 m、 宽 4 2 m、 桥 面板厚为 3 0 m l n的 R P C人行桥。近年来 ， 我国的清华大学、 东 南大学、 武汉理工大学、 解放军理工大学以及北京科技大学等 高校相继开展了 R P C材料的试验研究工作p _ 回 ， 为 R P C的工程 应用创造了条件。 北京市五环路石景山转体斜拉桥隔离带的空 心板、 青藏铁路冻土区桥梁上的新型人行道体系都采用了 R P C 材料f )】 。 但国内的 R P C材料相对其他混凝土的应用仍不够广泛， 在地铁工程 的应用还未见报道 。 南京地铁二号线东延工程连接南京主城和仙林新市区， 始 于二号线一期工程的马群站 ， 沿途设紫金山站、 仙鹤门站 、 仙鹤 中站、 南师大站、 仙鹤东站 5 座车站。线路全长 8 7 7 3 k m， 主体 为高架和地面线路， 将于 2 0 1 0年建成通车。这条高架线采用目 前世界上最新的鱼腹式车站和 U型梁组合的新工艺 ， 建成后不 仅是已建线路中最先进和最节能环保的高架线路， 也将成为一 条高出地面的轨道交通建筑景观线。因此， 东延线线路大部分 处于仙林景观大道 ， 高架线约占全长的 8 6 8 ， 对于声屏障降噪 水平以及景观要求较高。根据上述要求， 工程首次采用 R P C材 料制作的单元板作为桥梁护栏板。 R P C材料单元板在声屏障结 收稿 日期 ：2 0 0 9 1 1 - 2 7 构中起到承受上部结构( 包括声屏障钢架和接触网立柱) 荷载， 并将荷载传递给桥梁翼缘板的作用。 单元板内侧可根据需要加 贴吸声材料， 上部可根据需要加装吸隔声屏体。 基于R P C材料的性能优势和南京地铁二号线东延线工程 的特点 ， 本文详细介绍了南京地铁二号线东延线声屏障结构单 元板用活性粉末混凝土的制备、 搅拌、 浇筑和养护等施工工艺， 以及活性粉末混凝土单元板在工程中的应用情况。 1 单元板用活性粉末混凝土的制备 1 1 单元板设计要 求 图 1 为单元板构造图。根据结构和受力情况， 设计要求所 用 R P C材料力学指标如下 ： 抗折强度 2 0 MP a ， 抗压强度 1 0 0 MP a ， 劈拉强度1 0iV l P a ， 弹性模量I3 5MP a 。 另外 ， 单元板 产品外观质量要求如表 1 所示。 1 2 原材料 R P C材料常用的制备工艺主要采取下列措施： 用级配良 好的细砂替代粗骨料 ； 掺加硅灰类矿物掺合料提高密实度 ； 掺加高效减水剂 ， 降低水灰比， 降低孑 L 隙率 ； 掺入微细钢纤 维提高韧性； 凝固后通过热养护改善微观结构。因此， 结合工 程特点和当地的原材料情况 ， 经过试验筛选 ， 最终确定了配制 R P C材料用原材料如下 ： ( 1 ) 水泥： 南京江南水泥厂生产的小野田P 5 2 5 级水泥； ( 2 ) 粉煤灰： 南京华能电厂 I 级粉煤灰； ( 3 ) 硅灰： 上海天恺新型材料有限公司生产的微硅粉 ， 比表 面积 2 2 0 0 0mV k g 左右； ( 4 ) 细集料： 最大粒径为 5 m l T l 的普通黄砂， 连续级配 ， 细度 1 39 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图 1 单元板构造图 模数为 2 4 ， 使用 5 ln n l 筛将大于 5 n 3 n的颗粒过筛； ( 5 ) 高效减水剂 ： 江苏博特新材料有限公司生产的聚羧酸 外加剂( 水剂) ， 含固量 4 O ； ( 6 ) 钢纤维 ： 江苏博特新材料有限公司生产的超细钢纤维， 表面镀铜， 直径 0 2 0 m l T l ， 长度 1 3 mm, 弹性模量 2 1 0 G P a ， 抗 拉强度I2 0 0 0 MP a 。 1 3 单元板用活性粉末混凝土的配合 比设计 为达到单元板产品外观质量要求， R P C材料必须具有很好 的流动性。同时， 为加快工程进度、 缩短工期， 对 R P C材料的凝 结时间也提出了严格要求。经过大量的试验， 最终确定了施工 用 R P C材料的配合比如表 2所示。其主要控制点在于： 硅灰和 粉煤灰掺量分别为 1 5 和 3 5 ， 胶砂比为 1 ： 1 2 ， 外加剂固体掺 量为 O 9 ， 钢纤维体积掺量为 2 ， 水胶比控制在 0 1 6 - - 0 1 8 之 间， 保证跳桌流动度达 2 1 0 2 4 0 mm， 初凝凝结时间应小于 1 2 h 。 2施 工 工 艺 关于 R P C材料的工程应用， 没有现成或成熟的施工工艺。 因此， 本工程结构所制备的 R P C材料特点和单元板的结构特征， 摸索并制定了科学的搅拌、 浇筑和养护工艺。 表 1 单元板产品外观质量要求 表 2 施 工用 RP C材料的配合比 k g m3 2 1 搅拌 工 艺 流动度为 2 1 0 2 4 0 m m的R P C材料的施工特性为： 和易性 好、 流淌度好、 较黏稠、 附着力强， 材料中的气泡较难排除； 又由 于内掺钢纤维， 表面较难收光。因此， 通过多次试验， 考虑到生产 质量及工人操作的难易性， 采用了立式模板的浇筑方案， 如图 2 所示。施工中采用了一套 1 m 双卧轴强制式混凝土搅拌站， 其 转速可调， 最高 8 0转 mi n ， 能实现砂、 水泥、 粉煤灰、 外加剂和 水的自动称量投料 ， 并加装钢纤维振动筛装置， 搅拌过程实现 程序全自动控制。由于 R P C材料去除了粗骨料， 故搅拌时间较 普通混凝土有所延长， 搅拌过程中先将水泥、 矿物掺合料与砂 干拌， 接着加水、 减水剂湿拌中速 3 mi n 、 快速 3 6 mi n ， 然后将 匦圈豳圆圈田匹 卿匮 l萎 l萎 l薹 I I蓥 l薹 l萎 l 全 !l I型 兰I l 全 l f -一一r r 一一 1一一 1一 中速干拌2 mi n 湿拌 中速3 mi n ，快 速3 6 mi n 快速搅拌3 rain ( 同时加钢纤维)， 再快速搅拌3 m i n ， 然后慢速搅拌5 mi n 一 啬 一 图 2 搅拌 - r 艺 1 4 0 振动分散好的钢纤维均匀加入快搅 6 mi n ， 最后慢搅 5 mi n出料。 各组分分批加入并延长时间， 有利于钢纤维的均匀分散和扩展 流动度 ， 为出料和下一步浇筑提供便利。 2 2 浇筑工 艺 在振动成型方面， 根据实际情况自制了两台混凝土振动台， 同时采用在模板上加装 3台附着式振动器， 开观察孔的方式 ， 以保证混凝土浇筑的密实性及气泡的排除。由于 R P C材料的 黏稠度较高， 需不断振动来提高密实度。浇筑分层进行， 每次 浇立式模板的 1 3高度， 并通过预留的观察孔了解振动后的情 况， 全部浇筑完毕后振动找平 ， 静置 1 2 h ， 表面收光 ， 覆盖塑 料薄膜。 流动度2 0 0 2 3 0 m il l 活性粉末 混凝士 搅拌 机 出料 浇筑料 斗 图 3 吊运 至蒸养 区 静置 I 2 h 浇筑工艺 开 启 附着 式 振动 器 表面找 平，关闭 振 动 台及 振 动器 2 3 养护工艺 R P C材料在标准养护或 自然养护条件下， 强度增长非常缓 慢， 需采取加热养护的方式。养护方式决定了强度增长的速率 及模板周转速率、 生产及出厂安装的周期， 对工程进度及工程 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 经济效益有较大影响。现有文献资料中对 R P C材料的养护大 多采用 9 0热水养护， 成本高、 施工难度大。本工程中的 P R C 材料单元板采用蒸汽养护的工艺， 同时也基于以下几点考虑： 保证模板 2 4 h脱模周期； 生产一周能出厂安装 ； 确保蒸 养过程不会造成裂缝的生产 ， 控制静置时间大于混凝土初凝时 活性粉末混凝 土人模 一次蒸养( 6 0) 升温速率 ：2 0 11 升温时 间：约2 h 恒温温度： 6 0 恒温时间： 2 h 降温速率： 3 0 h 降温时间： 约1 5 h 出厂安装 间， 控制升温速率和降温速率 ； 降低蒸汽用量， 节约生产成 本。因此， 在大量试验的基础上， 并避免蒸养中试块爆裂现象的 出现， 确定了二次蒸养的养护方案 ， 即： 经第一次 6 0蒸养后 混凝土抗压强度达 6 5 MP a ， 再进行第二次 9 0蒸养， 保证强 度1 0 0 1V I P a ， 具体过程如图4所示。 同养试块强度5 0 1 V I P a 同养试块强度 1 0 0MP a 图 4 养护工艺 3 工程应用情况 南京地铁二号线东延线及东东延大部分处于仙林景观大道， 对于声屏障降噪水平以及景观要求较高。 设计采用整体式声屏障， 以采用 R P C超高强材料制作的单元板替代传统的 A L C板作为 桥梁护栏板。如图 5为出厂合格、 外观质量良好的单元板， 图 6 为采用活性粉末混凝土制备的单元板安装现场。 在南京地铁 二号线东延线采用活性粉末混凝土材料近 2 0 0 0 m。 ， 生产单元板 4 7 3 6块 ， 其中紫金山至仙鹤门区间用单元板 1 6 1 6块 ， 仙鹤门 至南师大区间用单元板 1 6 2 7块，南师大至仙鹤东区间用单元 板 1 0 9 5块， 东东延体育学院站后折返线共用单元板 3 9 8 块。 经 实践， 采用活性粉末混凝土材料制作的单元板 ， 综合优越性能 ， 已取得了良好的使用效果。 图 5 出厂合格的活性粉末混凝土单元板 0 s、 拆模， 自 然养护6 3 0 h H二次蒸养(9 0 ， 9 h ) 运至存放地点自然养护3 5 d 升温速率： 3 0 h 升温时间： 约2 5 h 恒温温度： 9 0 恒温时间：4 5 h 降温速率：3 5 h a 降温时间： 约2 h 同养试块强度8 O MP a 图 6 安装好 的活性粉末混凝土单元板 参考文献 ： 【 1 】RI C HA R D P ， C H E Y RE Z Y M R e a c t i v e p o w d e r c o n c r e t e w i t h h i g h d n c - t i l i t y a n d 2 0 0 - 8 0 0 MP a c o m p r e s s i v e s t r e n g t h J A C I S P 1 4 4 ， 1 9 9 4 ( 3 ) ： 5 0 7 51 8 2 】R I C H AR D P， C H E Y RE Z Y M C o m p o s i t i o n o f r e a c t i v e p o w d e r c o n c r e t e s J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 5 ， 2 5 ( 7 ) ： 1 5 0 1 1 5 1 1 【 3 】覃维祖 活性粉末混凝土的研究【 J 石油工程建设， 2 0 0 2 ， 2 8 ( 3 ) ： 1 - 3 4 】赖建中， 孙伟， 刘斯凤， 等 钢纤维对 R P C材料的增韧效果影响的研 究【 j 】 _混凝土与水泥制品， 2 0 0 2 ( 5 ) ： 4 1 4 3 【 5 】黄育 ， 王必斌 ， 陈万祥， 等 不同钢纤维对 R P C性能影响的试验分 析 J 】 解放军理工大学学报， 2 0 0 3 ， 4 ( 5 ) ： 6 4 6 7 6 】 刘娟红， 王栋民 养护对矿物细粉活性粉末混凝土性能的影响 武 汉理工大学学报， 2 0 0 9 ， 3 1 ( 7 ) ： 1 00 1 0 3 7 】王金成 活性粉末混凝土的研究现状及其发展前景【 J l1 山西建筑 ， 2 0 0 9 ， 3 5 ( 1 6 ) ： 1 6 5 1 6 6 作者简介： 唐玉斌( 1 9 6 5 一 ) ， 男， 结构工程师。 单位地址： 江办省南京市和燕路 3 3 8 号( 2 1 0 0 3 8 ) 联系电话 ： 1 3 8 5 1 5 1 6 1 7 5 藿 重 圈 抓 建 材下乡 时 机 找 混 凝土 产能 过 剩出 路 混凝土行业在一些地区一直都存在“ 僧多粥少” 的局面， 随着金融危机的爆发， 即使有许多企业面临减产甚至关闭， 随着城市建 设的逐渐饱和， 该局面仍然没有得到有效的控制和解决， 因此一些混凝土企业开始向一些乡镇进军， 寻找新的出路。 该政策提出的时机则是以“ 抓住当前农村建房快速增长和建筑材料供给充裕时机” 为背景， 与“ 家电下乡” 不同的是， 建材下乡 中的建材产品品种众多， 其中包括水泥、 钢材、 涂料、 照明等多个类别， 作为房屋建造的主要建筑材料水泥使用量自然也会非常大 ， 而 混凝土作为水泥生产的下游产品则可以借助“ 建材下乡” 的惠农时机， 将混凝土企业的过剩产能向广大的农村市场转移。 自2 0 0 9 年国家开始整治行业中的产能过剩问题， 一方面对混凝土企业进行重组、 整合； 另一方面不断的关闭一些不合格、 难以 为继的混凝土企业， 但是预拌混凝土的产能过剩问题目前仍然存在。许多混凝土企业曾考虑过利用国家新农村建设时机转战农村 市场， 但是新农村建设中的许多工程基本上被一些大型混凝土企业垄断， 因此对于一些实力较弱的混凝土企业而言， 面对如火如荼 的农村建设也只能望洋兴叹 。 不过随着国家鼓励农民自建房政策的实施， 小混凝土企业则可以利用其“ 本小利薄” 的优势进入农户家中。现在随着农民的生 活水平提高， 人们对生活以及住房的要求也随之提高， 人们在讲求实惠的同时还讲求质量 ， 因此预拌混凝土不论是在质量上还是在 环保上都将会得到农民的认可， 而国家在“ 建材下乡” 中的扶持也进一步推动农民对品质的追求。因此混凝土企业因该抓住“ 建材下 乡” 这个惠农机会， 抢占农村市场， 转移过剩产能。 1 41 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m