高性能混凝土在福州轨道交通工程中的应用.pdf

2 0 1 3 年 第 9 期 (总 第 2 8 7 期 ) N u mb e r 9 i n 2 0 1 3 ( T o ml No 2 8 7 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 READY M ED CONCRETE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 3 0 9 0 3 0 高性能混凝土在福州轨道交通工程中的应用 徐秀华，陈乘鑫 ，黄勤钲 ，徐 国宾，王志生 ( 福建省建筑科学研究院，福建 福州 3 5 0 0 2 5 ) 摘要 ： 论述 了福州市轨道交通高性能混凝土原材料技术要求、 配合比设计原则。 针对轨道交通地下连续墙混凝土的性能特征， 并通过原材料质量控制 、 配合比设计优化 ， 配制出符合耐久性设计要求的高性能混凝土 ， 结合地下连续墙混凝土施工特点 ， 提出 了高性能混凝土质量控制措施建议。 关键词： 高性能混凝土；轨道交通 ；地下连续墙 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 3 ) 0 9 0 1 0 4 0 4 A p p l i c a t i o n o f h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e i n t h e F u z h o u r a i l t r a n s it p r o j e c t XUXi u h u a ， C HE NC h eng x i n ， HU ANGQi n z h e n g ， XUGu o b i n ， WANGZ h i s h e n g ( F u j i a n A c a d e m yo f B u i l d i n g R e a s e a r c h ， F u z h o u 3 5 0 0 2 5 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e s p e c i f i c a t i o n o f r a w ma t e r i a l s a n d t h e p ri n c i p l e o f mi x d e s i g n o f h i g h p e rfo r man c e c o n c r e t e i n t h e F u z h o u r a i l t r an s i t p r o - j e c t w e r e d i s c u s s e d P a r t i c u l a r l y ， c o n s i d e r ing t h e f e a t u r e s o f t h e c o n c r e t e c o n s t r u c t mn o f d i a p h r a g m w a l l i n t h e r a i l tr a n s i t p r o j e c t T h e c o n - f o rm i n g o f d u r a b i l i t y d e s i g n r e q u i r e me n t s h i g h p e r f o r manc e c o n c r e t e Wa S p r e p a r e d ， u n d e r c o n t r o l l i n g the a s p e c t s o f t h e q u a l i ty o f r a w ma t e fials an d c o n c r e t e mi x o pt i ma l d e s i gn To g e the r wi th the c h ara c t e ris t i c of the c o ns t r u c t i o n p r o c e s s i n d i a p h r a g m wa l l ， the p r o p os e o fh i g h p e r f o rm anc e c o n c r e t e q u a l i ty c o n tr o l me aSure s wa s p r e s e n t e d K e ywo r d s ： h i 曲 p e rf o rm anc e c o n c r e t e ； r a i l t r ans i t ； d i a p h r a g mwa l l 0 引言 1 高性能混凝土原材料及技术要求 高性能混凝土的应用延长了工程结构的使用寿命， 能 有效提高自然资源的利用率1 。 高性能混凝土主要以耐久 性为设计 的主要指标 ， 针对不 同用途要求 ， 高性能混凝土 对耐久性( 耐化学腐蚀、 耐风化作用等 ) 、 工作性、 强度、 体 积稳定性 、 经济性予以重点保证 。 为此 ， 高性能混凝土在配 制上具有低水胶比、 选用优质原料 、 需掺适量的矿物掺合 料和高效外加剂等特点2 。 福州市轨道交通 1 号线全长 约 2 9 2 k m， 全为地下线。 线路起于新店北部秀峰路沿线的象峰站， 经福州铁路北站、 省政府 、 鼓屏路 、 茶亭公园 、 过 闽江 、 则徐大道 、 福州铁路南 站 、 规划海峡文化艺术 中心至规划东部新城。 共设 2 4 座车 站 ， 最大站间距 为 1 8 9 6 k m， 最小站间距 为 0 8 0 1 k m， 平均 站 间距 1 2 3 7 k m。 1 号线 与轨道交 通网络 中 2 、 3 、 4 、 5 、 6 号 线衔接换乘， 共设 7 座换乘站。 该工程地下连续墙混凝土均 需等级为C 3 5 水下、 具有高耐久性( 使用寿命 1 0 0 年以上) 以及体积稳定性的高性能混凝土 。 1 1 水 泥 施工设计要求应采用强度等级不低于 4 2 5 级的硅酸 盐水泥或普通硅酸盐水泥， 其质量必须符合 G B 1 7 5 2 0 0 7 通用硅酸盐水泥 的要求； 碱含量小于 0 6 ， C 含量不 宜超过 8 ； 普通硅酸盐水泥比表面积 3 0 0 m2 k g 。 本配合 比设计用水泥为 P O 4 2 5 级 ， 生产厂为福州炼石水泥有限 公司 ， 其性能详见表 1 。 1 2 细集料 施工谢 十 要求不得使用碱活性细骨料， 要求使用中砂， 品 质符合 G B T 1 4 6 8 4 -2 0 0 1 建筑用砂 的规定 ， 细度模数 2 3 2 9 符合 I I 区颗粒级配， 粒径 0 0 6 i r ll r l 累计筛量不小于 6 5 ， 粒径 0 0 1 5 mm累计筛量不小于 9 5 ， 砂 中含泥量 1 5 ， 泥 块含量 0 5 ， 不得使用海砂 、 山砂及风化严重和多孔砂 。 本 配合比设计用细集料为河砂( I I 区中砂) ， 其陛能详见表2 。 1 3 粗集料 施工设计要求不得使用碱活性粗骨料， 要求使用碎石， 表 1 水泥性能 收稿 日期 ：2 0 1 3 - 0 3 - 2 5 1 0 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 2 细集料性能 品质符合 G B T 1 4 6 8 5 -2 0 0 1 建筑用卵石 、 碎 石 ， 要 求级 配 良好 ， 最大粒径不得大于 3 8 r n l n ， 建议粒径 5 2 5 mm， 碎 石氯离子含量 0 0 2 ， 含泥量 0 7 ， 泥块含量 0 3 ， 针片状含量8 。 粒级 5 - - 2 5 mm， 本配合比设计用粗集料 为碎石 ， 其性能详见表 3 。 1 4外加 剂 施工 设计要求 外加剂 的质量 应符合 G B 8 0 7 6 -2 0 0 8 混凝土外加剂 、 G B 5 0 1 l 9 2 0 0 3 混凝土# l- 1 J t 1 ： t 应用技 术规 范 及 相关 规定。 混凝土 中采用 的化学外加剂 的氯离 子含量小于 0 0 2 ( 胶凝材料质量百分 比) 且应与水泥 、 掺 合料等胶凝材料匹配性能良好。 本配合比设计用减水剂为 T W- J S型缓凝高效减水剂， 生产厂为福建建工建材科技开 发有限公司 ， 其性能详见表 4 。 1 5粉煤灰 施工设计要求粉煤灰原材料应符合 G B T 1 5 9 6 -2 0 0 5 用于水泥和混凝土中粉煤灰 中I I 级灰以上标准。 本配合 比设计用粉煤灰为 I I 级灰 ， 生产厂为福州市开发区华能实 业有限公司， 其性能详见表 5 。 表 3 粗集料性能 2 轨道交通高性能混凝土配合比设计原则 轨道交通商陛能混凝土配合 比设计应 以耐久性为核心， 以混凝土各项性能均衡一致为目标， 并遵循抗氯离子渗透陛 与抗裂f 生 并重的原则， 在配合 比设计时应注意如下事项 ： ( 1 ) 减少用水量， 在满足工作性、 黏聚性以及保水性条 件下尽量减少用水量。 ( 2 ) 减小水胶比， 有利于混凝土抗压强度和体积稳定 性的增强 ， 但为保证混凝土的抗裂性能 ， 水胶 比应适当 ， 不 宜过小 ， 过小 的水胶 比易导致混凝土 自生收缩增大 。 ( 3 ) 尽量减少胶凝材料 中水泥 的用量 ， 掺合材料 中粉 煤灰用量应在不同季节宜作调整 ， 其掺量一般控制在 3 O 4 5 ， 适量粉煤灰 的掺人可有效提高混凝 土早期抗裂性能 、 工作性 以及 黏聚性 ， 掺人 粉煤灰 的目的主要在于充分发 挥粉煤灰活性效应的增强作用、 微骨料效应的增密作用以 及形态效应等 。 ( 4 ) 采用 粉煤灰与高效减水剂双掺法 ， 从而达到减少 水泥用量和用水量， 密实混凝土内部结构， 使混凝土强度 持续发展 ， 混凝土抗氯离子渗透性等耐久性能得 以改善嘲 。 ( 5 ) 为降低碱 一 骨料反应发生 以及混凝 土微裂纹产生 的可能性 ， 混凝土宜采用无碱活性反应 的骨料 问 ， 混凝 土单 位立方米 总碱含量应满足相关要求 ， 同时为避免混凝土 中 的钢筋锈蚀 ，应控制混凝土中的氯离子含量。 为提高混凝 土密实性、 增强抗氯离子渗透性， 应降低胶凝材料用量， 有 利于减少混凝土的化学收缩和干缩。 3 高性能混凝土配合 比设计 思路 ( 1 ) 根据施工设计要求地铁车站钢筋混凝土结构的最低 混凝土强度等级为 C 3 5 ， 最大水胶比为 0 5 0 ， 混凝土最大碱 含量为 3 k g m ； 混凝土原材料( 水泥 ， 矿物掺合料 、 集料 、 外加 剂 、 拌和水等) 中引入的水溶性氯离子总量不超过胶凝材料 重的0 1 ； 其电通量不大于2 0 0 0 C ， 抗裂等级不小于I I 级。 ( 2 ) 该工程 中地下连续墙所用混凝 土强度等级为 C 3 5 水下混凝土 ， 根据 J T S 2 O 2 2 0 1 1 水运工程混凝 土施工规 范 水下混凝土施工配制强度应比设计强度标准值提高 4 0 5 0 。 ( 3 ) 根据施工设计要求 ， 地下连续墙最小 胶凝材料用 量为 4 0 0 k g ， 最大胶凝材 料用量为 4 8 0 k g ， 同时为减少胶 凝材料中的水泥用量要求粉煤灰掺量控制在 3 0 o - - 4 5 。 ( 4 ) 因地下连续墙采用泵送施工方式 ， 其坍落度为 1 8 0 2 2 0 n l m， 根据低用水量原则结合胶凝材料用量及外加剂减 水率 ， 最终确定外加剂掺量 。 ( 5 ) 根据 J T S 2 0 2 2 0 1 1 水运工程 混凝 土施工规 范 水下混凝土砂率宜控制在 4 0 5 0 ， 因地下连续墙采用泵 送施工方式 ， 根据 J G J 5 5 2 0 1 1 普通混凝土 配合 比设计 规程 泵送混凝 土砂率宜为 3 5 4 5 ， 实际选用砂率应在 此基础上根据检测结果进行调整确定 。 4 高性能混 凝土性 能检测 结果和 配合 比设 计 确 定 4 1 混凝 土试 配配合 比 该配合比在设计过程中通过试拌调整， 获得三组试配 配合 比， 见表 6 。 4 2混凝 土性 能 混凝土性能， 见表 7 。 1 05 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 6 试配配合比 表 7 混凝土拌合物性能 4 3 目标 配合 比确 定 根据水胶 比及 A、 B和 C三组试配的 2 8 d 抗压强度值 ， 绘制线性关系图， 结合施工设计要求及经济成本 ， 最终确定 A组为目标配合比。 通过目标配合比制作的混凝土拌合物 坍落度为2 0 5 m m且具有良好的流动性、 黏聚性及保水性能 符合施工设计要求。 混凝土试件 2 8 d 抗压强度达 5 3 1 MP a 符合施工设计要求。 混凝土中碱含量为 2 1 8 8 k g m3 ， 氯离 子含量为 O 0 2 0 ， 混凝土抗裂等级为 I 级 ， 混凝 土电通量 ( 5 6 d ) 为 7 3 2 5 C， 满足工程设计使用年限 1 0 0 年的要求 。 5 高性能混凝土质量控制措施建议 地下连续墙采用高性能预拌混凝土进行泵送施工， 为 保证其施工质量应综合考虑如下因素： 5 1混凝 土运 输 ( 1 ) 预拌混凝 土在装料及运输过程 中 ， 应保持运输 车 滚筒按( 3 6 ) r m i n 旋转 ， 保持混凝土拌合物的均匀性 ， 不 产生分层 、 离析现象 。 ( 2 ) 严禁在运输和等待卸料过程 中加水 ， 需 在卸料前 加外加剂时， 外加剂掺人量及掺人后搅拌车快速搅拌的时 间应 由试验确定。 ( 3 ) 预拌混凝土现场停置时间不超过 1 5 h ， 当最高气 温低于 2 5 时可延长 0 5 h ； 当采用翻斗车卸料时， 宜在 1 h 内卸料完毕。 ( 4 ) 预拌混凝土的运输应保证施 工现场泵送 ， 浇筑 的 连续进行 ， 不得脱节及积压 ， 混凝土供应频率 由双方事先 约定。 预拌混凝土运送到浇筑地点， 在卸料前应中、 高速旋 转约 1 m i n ， 使混凝土拌和均匀。 5 2混凝 土 浇筑 ( 1 ) 地下连续墙浇筑时应采用导管法灌注 ， 导管应采 用直径为 2 0 0 2 5 0 mm的多节钢管 ， 管节连接应严密 、 牢固 ， 施工前应试拼并进行隔水栓通过试验。 导管水平布置距离 不应大干 3 r n ， 距槽段端部不应大子 1 5 m。 导管下端距槽底 1 06 应为 3 0 0 5 0 0 mn l 。 灌注混凝土前应在导管 内临近泥浆面 位位置吊挂隔水栓 口。 ( 2 ) 钢筋笼沉放就位后应及 时灌 注混凝 土 ， 并不应超 过 4 h ；各导管储料斗内混凝土储量应保证开始灌注棍凝 土时埋管深度不小于 5 0 0 m n l 。 ( 3 ) 各导管剪断隔水拴 吊挂线后应同时均匀连续灌注 混凝土， 因故 中断灌注时间不得超过 3 0 m i n 。 导管随混凝上 灌注应逐步提升。 其埋入混凝土深度随应为 1 5 3 0 m， 相 邻两导管内混凝土高差不应 大于 0 5 m。 ( 4 ) 混凝 土不得溢 出导管落入槽 内， 混凝土灌注速度 不应低于 2 m h 。 ( 5 ) 置换出的泥浆应及 时处理 ， 不得溢出地面。 ( 6 ) 混凝土灌注宜高出设计高程 3 0 0 5 0 0 r n n 3 。 5 3 混凝土养护注意事项 为避免混凝土早期干燥收缩 、 开裂 现象 的发 生 ， 对 已 浇筑完毕的早期混凝土， 应及时进行充分的保湿和保温养 护c) 】 ， 浇水保湿养护的时间不得少于 1 4 d ， 期间应保持混凝土 始终处于湿润状态。 采用混凝土养护剂应优先选用水溶性 养护剂。 施工单位应记录所采取的养护措施， 并做好养护记 录。 在已浇筑的混凝土上开展施工活动时 ， 应满足以下规定 ： ( 1 ) 混 凝土的强度未达 到 1 2 MP a 之前 ， 不得 在其上 踩踏 。 ( 2 ) 混凝土浇筑完毕 2 4 h后 ， 方可进行施工放样等轻 微活动 ， 严禁在板上堆加荷载。 当采用缓凝剂或气温低于 1 5 时， 还需适当延长时间。 ( 3 ) 严禁在混凝土上集 中堆载模板、 支架等施工材料。 6工 程 应 用 在福州市轨道交通工程地下连续墙混凝土施工 中， 通 过采取上述配合比设计优化以及混凝土质量控制措施， 使 得所设计的高性能混凝土的相关性能指标在具体工程应 用 中均能满足福州轨道交 通地下连续墙高性能混凝土耐 久性设计要求 。 ( 1 ) 混凝土拌合物性 能。 福州轨道交 通工程地下连续 墙 C 3 5 水下混凝土拌合物的和易性 良好， 初始坍落度控制 在( 2 0 0 _+ _ 2 0 ) m m范围内， 1 h坍落度损失值为4 0 5 0 m l n ， 含 气量 3 - - 4 ， 满足泵送混凝土施工要求 。 ( 2 ) 混凝 土力学性能 。 地下连续墙 C 3 5水下混凝 土抗 压强度为 5 2 5 5 4 6 MP a ， 由于在配合 比设计过程 中考虑到 水下工程混凝土的特点 ， 相应 的提高了混凝土的设计强度 值要求 ， 并严格控制了原材料的质量， 因此实际工程应用 的混凝土质量均能达到优 良水平 。 ( 3 ) 混凝 土耐久性能 。 地下连续墙 C 3 5 水下混凝 土的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 碱含量控制在 1 8 - 2 3 k g m3 范围内， 混凝土氯离子含量为 0 0 1 5 0 0 2 5 ， 混凝土的抗裂等级不小于 I I 级 ， 混凝 土电 通量 ( 5 6 d ) 不大于 1 2 0 0 C， 福州轨道交通地下连续墙 的混 凝土耐久性能均达到耐久性设计要求 。 7结 论 福州市轨道交通工程地下连续墙混凝土 工程通过采 用粉煤灰和高效减水剂的复掺技术， 实现减少水泥用量、 用 水量 ， 进 而提高混凝土强度以及体积稳定性等 ， 并通过严 格控制原材料质量 、 掺合料掺量的合理优化， 可以设计和 生产出性能符合耐久性设计要求的高性能混凝土。 参考文献： 【 1 】N E WMA N J ， C H O O B S A d v a n c e d C o n c r e t e T e c h n o l o g y M E n g l a nd： El s e v i e r L t d， 2 0 03 f 2 2 吴中伟 ， 廉慧珍 高性能混凝土【 M 】 北京 ： 中国铁道出版社 ， 1 9 9 9 上接第 1 0 3页 6工 程 实例 由山东聊 建集 团有限公 司施工的聊城市徒骇河 滨河 路道路工程东昌路段下穿通道工程， 横跨聊城市主干道东 昌路 ， 下穿通道长 7 0 m， 采用单箱三室矩形断面 ， 清水混凝 土结构 。 通过采用 以上施工方法 ， 实施精细化管理 ， 现场取 得了良好的效果， 无任何工程质量问题 ， 得到了建设单位 【 3 】杨恒阳， 等 锂渣、 粉煤灰高性能混凝土抗裂性能试验研究院 J 混凝土 ， 2 0 1 2 ( 1 ) ： 6 5 6 7 4 李清富 ， 等 不同掺合料对高性能混凝土工作性能影响的试验 研究 J 混凝土， 2 0 1 2 ( 1 ) ： 5 8 6 1 5 5 郭伟， 等 外加剂与水胶比对混凝土氯离子渗透性的影响 J 】 硅 酸盐通报， 2 0 1 0 ， 2 9 ( 6 ) ： 1 4 7 8 1 4 8 3 6 】H E Z h e n ， e t a 1 I n f l u e n c e o f a l k a l i o n r e s t r a i n e d s h r i n k a g e b e h a v - i o r o f c e m e n t - b a s e d m a t e r l a l s J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h 。 2 0 0 5 ( 3 5 ) ： 4 5 7 4 6 3 【 7 H O L T E ， e t a 1 C r a c k i n g ri s k s a s s o c i a t e d w i t h e a r l y a g e s h r i n k a g e J C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 4 ( 2 6 ) ： 5 2 1 5 3 0 作者简介 ： 联 系地址 ： 联系电话： 徐秀华 ( 1 9 8 4 一 ) ， 男 ， 硕士， 研究方向 ： 从事高性能混凝 土材料、 建筑材料研究。 福建省福州市杨桥中路 1 6 2号 福建省建筑科学研究 院( 3 5 0 0 2 5 ) 1 5 0 O 5 99 8 9 2 9 及各级主管部门的一致好评 ， 取得 了良好 的社会效益和经 意效益。 作者简介： 兹留柱( 1 9 5 5 一 ) ， 男， 高级工程师， 研究方向： 建筑施 工技术。 联系地址： 山东省聊城市东昌东路 8 5号 山东金柱集团有限公 司( 2 5 2 0 0 0 ) 联系电话 ： 0 6 3 5 8 2 6 6 0 2 3 0 豳 藿 曩 四 - 中 联智 造， 闪 耀泛 珠大 会 9月 9日， 第九届泛珠合作与发展论坛暨经贸洽谈会( 下称“ 泛珠大会” ) 在贵州省贵阳市开幕。中共中央政治局委员、 国务院副 总理汪洋出席开幕式， 贵州省委书记赵克志致欢迎辞。 简朴但不失湖南风味的湖南展馆充满了“ 湘” 味， 迎来了一批又一批前来参观的客商。据湖南省经协办介绍， 湖南馆组展布展重 在突出湖南特色。 中联重科、 铁建重工、 株洲南车、 华曙高科 4 家“ 湖南智造” 代表企业参展。 中联重科展示的是代表当今世界泵车在 新材料利用领域最高水准的碳纤维臂架技术。 “ 这不是 湖南智造 ， 而是真正的 中国智造 。” 一位客户说道。碳纤维材料在混凝土泵车上的应用是工程机械行业制造技术的一 次革命， 通过成功收购整合意大利 C I F A， 中联重科拥有碳纤维泵车臂架成型全球专利技术， 成为全世界唯一将该技术运用至混凝土泵 车的生产厂家。 中联重科近期刷新新的吉尼斯世界纪录的 1 0 1 米超长臂架泵车就是使用了成熟的碳纤维臂架技术， 该技术的应用使泵 车臂架重量减轻 4 0 以上， 泵车总重减少 1 5 以上， 这种高可靠性新材料技术的运用同时可使泵车使用寿命长达 2 0年以上。 第七届严酷环境下的混凝土国际会议首次在中国举办 9月 2 3日， 第七届严酷环境下的混凝土国际会议 C O N S E C 1 3 在南京举行。严酷环境下的混凝土国际会议 C O NS E C 是 1 9 9 5 年由国际上混凝土耐久性方面的三位国际知名专家发起 、 每 3 年召开一次的国际会议 ， 之前已分别在 日本 、 挪威 、 加拿大 、 韩 国、 法 国、 墨西哥召开了 6 届 ， 是具有全球影响的混凝土领域的国际学术交流会议。 近年来， 中国的高速公路、 高速铁路、 地铁交通、 水利工程等基础建设一直处于快速发展的时期。但由于中国区域广 阔， 区域环境气候差异很 大， 东南沿海气候潮湿 ， 北部严寒 ， 西部干燥并有大量 的盐湖 ， 因此 ， 基础设施的使用环境复杂。 如 何提升严酷环境下混凝土 的耐久性也成为关 系到土木工程及其材料是否可持续发展的重大技术难题。 此次会议 由在混凝土领域 、 在国内外具有重要影 响的东南大学 、 江苏省建筑科学研究院 、 香港科技大学、 江苏博特新 材料有 限公司联合承办 ， 系该会议首次在中国举办。 会议共收到国内外学术论文 1 8 0 篇， 其中国外论文 9 0 篇。 包括中国工程院两位院士、 美国工程院院士、 俄罗斯科学院 院士、 加拿大工程院院士、 混凝土领域国际知名期刊主编等在内的中外参会代表 2 5 0 人 ， 其中国外代表 8 0 多人。 多位在国际混凝土领域知名的专家做主报告和邀请报告，国内外专家共同围绕混凝土及其结构在各种严酷环境下 的耐久性问题进行研讨。会议为国外同行了解我国混凝土及其结构的发展提供了国际交流平台， 也有利于促进我国在该 领域 的研究 和工程应用 。 1 07 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m