滨海地区城市轨道交通工程混凝土耐久性对策.pdf

1 2 8 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i ng Ma r c h， 2 01 3 文 章编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 1 2 8 0 3 滨海地 区城市轨道交通工程混凝土耐久性对策 李进辉 ， 秦明强 ， 焦运攀 ， 刘 松 ( 1 中交武汉港湾工程设计研究 院有 限公 司 ， 湖北 武汉4 3 0 0 4 0 ； 2 长大桥 梁建设施 工技术交通行业重点 实验室 ， 湖北 武 汉4 3 0 0 4 0 ) 摘要 ： 针对宁波市轨道交通工程的腐蚀环境特点， 结合设计要求和 当地原材料情 况， 在专题研 究的基础 上提 出混凝 土耐 久性技 术要 求 和保 证原 则 ； 并通 过优 选 混 凝 土 用原 材料 、 采 用 高性 能 混凝 土、 严 格 控 制 混凝土施工质量和混凝土耐久性后评估等对策来保证混凝土的耐久性。现场实施效果表 明： 原材料控 制 质 量较好 ， 混凝 土各 项指 标 可 以满足设 计要 求 ； 混 凝 土施 工性 能稳 定 ， 施 工 后 混凝 土结 构 外观 质 量 无 明显缺陷， 力学性能及耐久性能良好 ； 大体积混凝土也 未出现有害裂缝 。 关 键 词 ： 滨海地 区 城 市轨 道 交通 工程 高性 能混凝 土 耐 久性 对 策 中 图分类 号 ： T U 5 2 8 3 3 文 献标 识码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 3 0 3 3 8 宁波市轨道交通工程处于滨 海地区， 设计 使用寿 命为 1 0 0年 ， 混凝土建设和使用环境较为恶劣 ， 主要表 现在 ： 腐蚀介质浓度较高。工程沿线地下水 矿化程 度较高， c 1 一 含量大( 大多为 5 0 02 0 0 0 mg L， 部分标 段接近5 0 0 0 m g L ) ， S O ： 含量 2 1 3 8 2 mg L ， 对混凝 土有一定的腐蚀性 碳化腐蚀严重。工程主体结构 受碳化环境影响明显 ， 在未来运 营期 间 C O 含量将随 车流 和客 流量 增大 而 增 加 ， 加 剧 对 混 凝 土 结 构 的 碳 化 作用。工程所处位置地 质条件较 差 ， 地 下水位 高。 宁波地处重酸雨 区， 对 高架 区间混凝土结构存在酸 腐蚀隐患 。以上建设和服役环境条件对混凝土耐久性 提出了较高的要求 。 。本文针对城市轨道交通工程 混凝土耐久性要求高 的特点 ， 考虑工程使用环境 的侵 蚀特性 ， 结合设计要求和当地原材料情况 ， 在专题研究 的基础上提出混凝土耐久性技术要求和保证原 则 ， 为 工程 混凝 土 的施 工提 供 技 术 指 导 和 支 持 ， 并 为 类 似 工 程的施工提供参考和借鉴 。 1 混凝 土耐久性保证原则 1 ) 混凝土结构耐久性设计 采用整 体论方法 ， 综 合考虑设计 、 施工 、 使用 、 管 理、 维修等要求和措施 ， 遵循“ 以防为主” 的方针 ， 重点 在于预先设防并兼顾 经济性 ， 确定 采用高性能混凝土 作为本工程的基本耐久性措施 ， 并研究确定高性能混 收稿 日期 ： 2 0 1 2 1 0 1 0 ； 修 回 日期 ： 2 0 1 2 1 1 0 8 基金项 目： 宁波市重大科技攻关项 目( 2 0 1 0 C 5 0 0 ) 作者简介 ： 李进辉( 1 9 8 2 一) ， 男 ， 湖北武汉人 ， 工程师 ， 硕士 。 凝 土 的耐 久性技 术 指标 。 2 ) 因地 制宜 地提 出原材料 控 制指标 结合相关标准规范 、 工程相关文件要求 ， 参考宁波 轨 道交 通工 程 调研 和试 验 结 果 ， 因地 制宜 地 提 出本 工 程的混凝土原材料控制指标要求。 3 ) 以整体论原则配制高性能混凝土 本工程混凝土配合 比设计遵循整体论 ， 以满足耐 久性指标为基本原则 ， 对主体工程的不同结构形式 、 强 度等级和环境腐蚀等级 、 施工方法分别进行设计 。 4 ) 严格 控 制混 凝土 施工 质量 针对本工程不 同的结构特点及腐蚀环境 ， 为保证 混凝 土结 构 的耐久 性 ， 对 混 凝 土 的 施 工各 环 节 提 出严 格控制要求。 5 ) 混凝 土结构耐久性后评估 针对混凝土结构所处不同的环境 ， 随机取 出一定 试块进行现场暴露， 以现场暴露试块数据为基础 ， 采用 寿命预测模型预测在氯盐 、 碳化或硫酸盐侵蚀 环境下 的使用寿命 ， 为工程后期维护提供基础数据。 2混凝 土耐 久性对策 2 1 提 出混 凝土 耐 久性技 术指 标 通过设计文件及环境调研 ， 结合设计使用寿命 ， 提 出了抗氯离子渗透性 指标和抗 裂性 能要求 ， 见表 1 及表 2 。 2 2优 选混 凝土 用原 材料 2 2 1 胶 凝 材料 1 ) 水泥应采用符合现行国家标准 通用硅酸盐水 泥 ( G B 1 7 5 ) 强度等级为 4 2 5的普通硅酸盐水泥或 2 0 1 3年第 3期 李进辉等 ： 滨海地区城市轨道交通 工程 混凝 土耐久性对策 1 2 9 表 1混凝 土电通量和氯离子扩散 系数要求 所示 指标 针对标准养护条件下 的管片混凝 土提 出 ， 抗氯 离子渗 透性 试验方法参照 普通 混凝 土长期性能和 耐久性能试 验方法标 准 ( G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ) 。 表 2混凝土抗裂性能要 求 不 同结构部 位混 凝土 抗裂等级 顶板 、 底板 、 内衬侧墙和管片 其他结构 I 注 ： 抗裂性能试验 方法参 照 普通 混凝土 长期 性能 和耐久 性能试 验方 法标 准( G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ) ， 等级 评 价参 照 混 凝 土耐 久性 检验评定标准 ( J G J T 1 9 3 -2 0 0 9 ) 。 型硅酸盐水泥 ； C A含量控制在 6 1 0 ； 碱含量 ( 按 N a 0当量计 ) 低于 0 6 。 2 ) 矿粉主要控 制活性指数 、 比表 面积 ， 选 用 $ 9 5 级矿粉 ， 比表面积为 4 0 0 4 5 0 m k g 。 3 ) 粉煤灰必须来 自燃煤工艺先进 的电厂 ， 应选用 I级或 级粉煤灰 ， 其烧失量宜 5 0 ， 需水量 比应 1 0 5 ； 配制 C 5 0及 以上等级混凝土时 ， 需水量 比应 5 。粉煤灰应组分均匀 、 各项 性能指标稳定 ， 不得使用高钙灰。 2 2 2 集料 1 ) 不得 采 用 可 能 发 生 碱 集 料 反 应 ( A A R) 的 活 性 集 料 。 2 ) 混凝土中初始氯离子含量对寿命影 响较大 ， 故 不得使用海砂 ； 水溶性氯化物( 折合氯离子含量 ) 应不 超 过 骨料 重量 的 0 0 2 。 2 2 3 外加 剂 1 ) 宜采用聚羧酸类高性能减水剂 ， 减水率应不低 于 2 5 ， 含 固量应 2 0 ， 混凝土 1 h坍落度损失小于 初始值 的 1 0 ， 泌 水率 比 6 0 ， 2 8 d收缩 率 比 1 0 5 。C 5 0预制混凝土衬砌 管片使用 的减水剂减水 率不宜低 于 2 5 ， 含 固量应 2 0 ， 2 8 d收缩率 比 1 0 0 。 2 ) 减 水剂 中氯离 子含 量 ( 按 折合 含 固量计 ) 0 6 ， 总碱量( 按折合含 固量计 ) 1 5 。 2 3采用 高性 能混 凝土 2 3 1 混 凝土 配合 比设计 原 则 混凝土配合比设 计以耐久性为核心 ， 抗裂性与抗 渗性并重 ， 兼顾混凝 土力学 性能、 工作性 能等各项性 能 。混凝土配合 比设计应根据不同结构部位 、 不 同环 境作用等级、 不 同设计要求和不 同施工方法分别进行 设计 ， 通过对新拌混凝土工作性能 、 硬化混凝土力学性 能 以及耐久性指标的测定 ， 确定 以耐久性为 目标 的最 终 配合 比。 2 3 2 高性 能 混凝 土配制 方 案 采 用普 通硅 酸盐 水 泥 或 型 硅 酸盐 水 泥 、 大 掺 量 矿物掺合料 ( 优质粉煤灰和磨细矿渣复掺 ) 和性能优 良的聚羧酸外加剂 ， 选取适 中的水胶 比、 尽量降低胶材 用量和水泥用量 ， 配制出抗渗性好、 体积稳定性高和抗 裂性能优良的混凝土 。各等级高性能混凝土配制技术 方案如表 3所示 。 表 3 高性能混凝土配制方案 胶凝材料用量 ( k g I n )4 5 05 0 0 4 2 0 4 6 0 3 8 0 4 4 0 3 7 0 4 2 0 3 6 0 4 0 0 最大水胶 比 0 3 5 0 3 5 0 3 8 0 4 0 0 4 0 掺 合 料 掺 量 姜 萼 箍 譬 鍪 妻 菩 至 釜 薹 翥 矿 粉 总碱量 3 0 k g m 。 总氯离子含量 不超过胶凝材料总量的0 0 6 三氧化硫含量 不 超过胶凝材料总量 的 4 0 含气量 宜控制 在 2 一 4 工作性 抗 压强度 抗渗性能 人模坍 落度 非泵送混凝 土( 1 0 02 0 ) mm； 泵 送混凝土 ( 1 8 0 2 0 ) m m 入模温 度 夏季 3 2 ， 冬天 5 C 3 0以下混凝土试 配强度 不宜超出其设计强度 的 6 0 ， C 3 0及 以上 混凝 土试 配强度不宜 超出设计强度 的 5 0 。后浇带混凝 土应 比普通混凝土强度提高一个 等级 防水混 凝土试配混凝土抗渗等级应 比设 计要求高 0 2 M P a 1 3 O 铁道建筑 Ma r c h ， 2 0 1 3 2 3 3抗 裂性要 求 宜通 过 限制混 凝土 早期 强度 的发展 有效 控制 早期 热开裂。要求 2 4 h抗压强度 1 2 MP a ， 对抗裂要求较 高的构件 ， 不宜 1 0 MP a ； 对于有预应力 张拉的构件 ， 此要求可适 当放宽 。C 5 0预制混凝土衬砌管片不做此 项 要 求 。 2 4严格 控 制混 凝土 施工 质量 混凝 土施 工 质 量 是 保 证 混 凝 土 结 构 耐 久 性 的 关 键 ， 包括混凝土搅拌、 运输 、 浇筑、 振捣 、 拆模与养护 、 施 工缝 与后 浇带 、 预 制管 片施 工 、 夏季 施工 直 至混凝 土 质 量检 验 ， 均应 严 格 控 制 ， 在 轨 道 交 通 工 程 混 凝 土施 工 中 ， 应 着 重注 意 以下几 个 方 面 。 2 4 1 预 制 混凝 土衬砌 管 片施 工 1 ) 预 制混 凝 土衬 砌 管 片坍 落 度冬 季 宜 控制 在 3 0 5 0 m m， 夏 季宜 控制 在 5 0 7 0 m m。 2 ) 预制混凝土衬砌 管片蒸汽养护制度 应通过试 验确定 ， 升温速度不宜超过 1 5 h ， 降温速度不宜超 过 2 0 h ； 恒温最 高温度不宜超过 6 0。蒸养过程 中应定 时进 行测 温 并 记 录。 采用 蒸 养 房 蒸 养 时 ， 应 在 各区间( 静养、 升温 、 恒温和降温) 用门帘隔开。 3 ) 预制 混凝 土 衬砌 管 片 脱模 时强 度 应 1 5 MP a ， 且 混凝 土 温度 与环 境温 度 之差应 2 0 。 4 ) 预制混凝 土衬砌管 片拆模 降温后宜置 于水池 中养护 1 4 d以上 ； 出水后应采用覆盖保湿养护 ， 整个 养护过程时间不得 1 4 d 。 5 ) 预制混凝土衬砌管片脱模强度 、 出厂强度 、 2 8 d 评定强度 、 抗水压渗透和抗氯离子渗透试验试件应在 浇筑 地点 随机 取 样 。脱 模 强 度 、 出厂 强 度 宜 根 据 同 条 件养护的标准尺寸试件 的混凝土强度确定 ； 2 8 d评定 强度试件随预制混凝土衬砌管片同条件蒸养后转入标 养 至 2 8 d 。 2 4 2施 工缝与 后 浇带 的施 工 1 ) 明挖 车 站 、 通 道 、 风 道 等 结 构 混 凝 土 应 设 施 工 缝分段浇筑 ， 底板分段长度不宜超过 2 4 m， 侧墙和顶 板分段长度应符合设计要求。宜采用分段跳槽或设后 浇带 的方法 施工 。 2 ) 底 板 上连 续 浇筑 墙 体 结 构 时 ， 水 平 施 工 缝 宜 设 置 在距 墙底 1 m 的位 置 。 3 ) 施工缝表面要凿 毛， 剔除浮石 、 浮浆和杂物等 ， 清理干净 ， 用水冲刷后 ， 在表面铺上厚度为 2 0 2 5 m m 的与混凝土同配合 比的砂浆或涂刷环氧树脂类 的界面 剂 ， 然后继续浇筑混凝土 。 4 ) 后浇带混凝 土采用微膨胀混凝 土或者增设 构 造加强筋 ， 采用微膨胀混凝土时应蓄水养护 1 4 d 。 2 4 3 大 体 积 混 凝 土 施 工 1 ) 大体积混凝 土宜事先通过温度 、 应力计算 ， 分 析确定混凝土的浇筑温度、 合理工序和养护方法 ， 预测 施工过程中温度与应力的发展 ， 并提出合理 的温控标 准 和温 控措 施 。 2 ) 明挖车站宜采用复合墙体系， 围护结构与主体 结构侧墙分离设置 ， 中间设置柔性 防水隔离层 ， 避免侧 墙结构混凝土硬化过程 中受到地下连续墙约束而出现 开裂 ， 保证 结构 防水抗 渗效 果 。 3 ) 应优化施工方案 ， 如分块 、 分段施工缝位置、 浇 筑 顺 序和 后浇 带 的设 置 ， 以尽 量 减 少新 浇混 凝 土 硬 化 收缩 过程 中的约束 拉应 力 。 2 4 4混凝 土养 护 1 ) 对墙体和柱体结构 ， 拆模前可在适 当时间松动 模板 ， 向模板 内淋水养护 ， 直 至拆模 。拆模后 ， 可采用 涂 刷 养护 剂或 覆 盖喷水 方 法养 护 。 2 ) 明挖车站、 通道 、 风道 的底板、 中楼板和顶板混 凝土浇筑完毕抹面后 ， 应立即严密覆盖 ， 终凝后潮湿养 护 ， 宜采用蓄水养 护 ， 蓄水厚度不 宜 2 0 0 m m。底模 拆除后 ， 应保持混凝土表面湿润 ， 避免上下表面有较大 的湿 度 和温 度差 。 3 ) 明挖车站 、 通道、 风道 的侧墙 ， 拆模时 间不宜 3 d 。拆模 后应 进行 湿 养护 ， 湿养 时 间不应 1 4 d 。 3 结语 遵 循混 凝 土耐 久性 保 证 原 则 ， 优 选 混 凝 土 用 原 材 料 ， 采用高性能混凝土 ， 在施工全过程及各环节 中严格 控 制混 凝 土质量 ， 并 开 展 混 凝 土 耐 久性 后 评 估 来 验 证 混凝土的耐久性 ， 上述耐久性综合对策为宁波轨道交 通工程混凝土的耐久性提供了有利的保障。根据 目前 工程的施工情况 ， 原材料控制质量较好 ， 混凝土各项指 标 满 足设 计要 求 ； 混凝 土施 工性 能稳 定 ， 施工 后混 凝 土 结 构 外 观质量 无 明显 缺 陷 ， 力学 性 能及 耐久性 能 良好 ； 大体 积混 凝 土也 未 出现有 害裂 缝 。 参 考 文 献 1 张利俊 ， 刘 超 ， 张成满 ， 等 北京 地铁工程混凝土早期裂 缝控 制 J 商品混凝土 ， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 2 5 3 0 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 3 中华人 民共和 国住房与城乡建设部 G B T 5 0 4 7 6 -2 0 0 8 混凝 土结构耐久性设计规范 S 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 8 4 中华人 民共 和国交通运输 部 r r s 2 0 2 1 2 0 1 0 水 运工 程 大体积混凝 土温度裂缝控制技术规程 S 北京 ： 人 民交通 出版 社 ， 2 0 1 0 5 占文 ， 秦 明强 ， 李进辉 ， 等 某地铁 车站大体积混凝土结构 温 度裂 缝控制技术 J 铁道建筑 ， 2 0 1 1 ( 7 ) ： 5 7 5 8 ( 责任 审编 盂庆伶)