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杭州地铁工程混凝土耐久性的质量控制
王章夫 周堂贵 凌金 周群
（浙江华威建材集团有限公司）
摘要：地铁工程结构混凝土处于地下水腐蚀性环境，环境作用等级为Ⅳ－C级。为确保地铁百年工程混凝土耐久性，必须优选原材料，其配合比设计应按混凝土所处环境结构的性能指标进行，正确执行混凝土配合比的符合性是工艺控制的主要目标。整体工程结构的混凝土耐久性，需由工程设计、混凝土供应商和施工单位共同服务完成的。
关键词：工程混凝土耐久性；质量控制
一、杭州地铁工程混凝土性能特点要求
地铁工程是我市正在进行的大规模基础设施工程之一，其工程结构混凝土处于地下水腐蚀性环境，环境作用等级为Ⅳ－C级。为确保地铁百年工程混凝土耐久性，根据设计对象、施工单位已向预拌混凝土供应商提交所需混凝土性能要求的书面文件。性能要求如下：
1、氯盐环境下的配筋混凝土采用大掺量矿物掺合料的低水胶比混凝土，迎土面混凝土为补偿收缩防水混凝土。
表1 结构各部位混凝土要求
结构部位
混凝土等级
最大水胶比
主体结构顶、底板及梁、墙
C30S8
0.40～0.45
主体结构中柱
C40/C50
0.40～0.36
2、最大胶凝材料不大于450（400）kg/m3，最小胶凝材料不小于340kg/m3。
3、混凝土含气量3%。
4、混凝土凝结时间≥10小时。
5、混凝土抗氯离子侵入性指标：56天电通量小于1200库仑。
工程结构混凝土耐久性指标的提供，是摆在我市预拌混凝土企业面前的一个重大课题，它有助于促进我市混凝土企业加强对混凝土材料耐久性研究，提高混凝土性能水准，也要求我们对混凝土性能的管理转变只按强度和坍落度两个指标进行生产供应的传统思路。混凝土性能要重视混凝土工程对象的需求，更要确保结构混凝土的施工性能和耐久性能的要求。
二、地铁工程耐久性混凝土的配制思路和管理关键
地铁工程混凝土结构包括地下、地上两部分，不同结构部位混凝土所处环境不同，对混凝土材料的耐久性要求不同。因此，选择针对不同结构部位的混凝土性能要求进行配比设计是考虑的重点。其中，解决的关键是尽最大可能降低混凝土的单位用水量，达到设计提出的低水胶比和低浆体用量的要求。将单位用水量作为控制混凝土耐久性质量的一项首要控制手段，贯穿在混凝土生产的各项管理中。
由于地铁主体结构混凝土所处环境、结构的不同，对混凝土材料的耐久性要求也不一样，因此必须从优选原材料开始。
1、优选原材料
1.1、水泥：试验采用两种方案。一是采用P.O42.5水泥；二是针对目前P.O42.5水泥中加入大量的无可奉告的混合材料，造成水泥与混凝土外加剂相容性差，影响混凝土性能的现状，将P.Ⅱ52.5水泥列入地铁混凝土用水泥，确保在配制混凝土性能过程中，可以自主地充分利用现有的技术经验、资源、设备来选用所需矿物掺合料，尽最大可能发挥矿物掺合料的作用，有效提高混凝土的耐久性能。水泥性能指标见表2。
表2 水泥性能指标
品种
比表面积（m2/kg）
CL-1含量（%）
安定性
标准稠度（%）
3天抗压强度（Mpa）
28天抗压强度（Mpa）
P.O42.5
370
0.018
合格
27.8
25.4
48.5
P.Ⅱ52.5
380
0.016
合格
26.1
34.3
58.4

1.2、选择低需水量比的矿物掺合料，针对不同混凝土所处环境，做好矿物掺合料的品种和掺量范围的选择。
1.2.1、矿粉：S95级，性能指标见表3。
表3 矿粉性能指标
密度（g/cm3）
比表面积（m2/kg）
流动度比（%）
烧失量（%）
7天抗压强度比（%）
28天抗压强度比（%）
含水率（%）
氯离子含量（%）
2.82
426
100
0.03
78
98
0
0.02
1.2.2、粉煤灰：优质Ⅱ级灰，性能指标见表4。

表4 粉煤灰性能指标
细度45um方孔筛筛余（%）
需水量比（%）
烧失量（%）
碱含量（%）
氯离子含量（%）
5.3
101
1.8
1.07
/
1.3、优选外加剂，对LS801-H和LS808两种高效泵送剂进行试对比，见表5。
表5 LS801-H和LS808性能对比
名称
减水率（
28天抗压强度比（%）
收缩率比（%）
泌水率比（%）
碱含量（%）
氯离子含量（%）
含气量（%）
LS801-H
20.1
115
125
75
2.0
0.11
3.0
LS808
24.5
150
125
35
1.0
0.05
2.9
1.4、重视粗细骨料的粒形和级配的合理搭配。
本地区粗骨料以颚式破碎机生产为主，这种设备生产的粗骨料针片状含量大，空隙率大；细骨料由于天然砂资源日趋减少，搅拌站生产以人工砂居多，而人工砂的粒形和级配不好，使混凝土单位用水量增加，满足不了地铁工程的需求。因此，进行合理的骨料搭配，在保证混凝土施工性能的前提下最大限度地减少单位用水量，是配制混凝土耐久性的关键。
表6 细骨料物理性能及用其配制的混凝土的工作性能和强度
砂名称
细度模数
空隙率（%）
用水量（kg/m3）
砂率（%）
坍落度/扩展度（mm）
28天强度（Mpa）
人工砂
3.5
43
170
47
离析
43.1
天然细砂
1.9
47
170
38
175/310
43.6
人工砂（掺15%细砂）
3.3
42
170
43
200/420
41.4
人工砂（掺20%细砂）
3.2
40
170
43
210/450
42.2
人工砂（掺30%细砂）

3.1
41
170
43
200/390
41.6

2、耐久性混凝土配合比
地铁主体结构、顶、底板、梁、墙混凝土配比设计的主要目标，采用大掺量矿物掺合料的低水胶比的补偿收缩混凝土为主的设计思路，达到降低水化热，增强混凝土的密实度，提高防水能力。C40、C50主体中柱采用低水胶比、低碳化的耐久性混凝土。
2.1、混凝土配合比（试验室试验）见表7。
表7 混凝土配合比
编号
强度
水胶比
砂率%
总胶凝材料 kg
砂 kg
石 kg
水 kg
S1
C30
0.4
44
400
788
1002
160

S2
C30
0.4
44
400
788
1002
160
S3
C30
0.48
43
366
774
1026
175
S4
C40
0.44
42
398
747
1031
175
S5
C50
0.36
40
458
697
1039
165
说明：S1、S2水泥是P·O42.5，S3-S5水泥是P.Ⅱ52.5。
2.2、混凝土性能见表8。
表8 混凝土性能
编号
强度
坍落度（mm）
抗压强度（MPa）
含气量（%）
电通量（库仑）
碳化深度（mm）
7d
28d
60d
3d
7d

14d
28d
S1
C30
190/510
34.4
65.9
65.6
2..8
724
/
/
/
/
S2
C30
210/580
35.1
61.9
71.3
2.8
658
/
/
/
/
S3
C30
190/390
18.9
36.6
46.8
2.7
865
0.9
1.1
6.0
6.1
S4
C40
190/380
24.5
43.0
46.9
2.7
966
0.4
0.5
1.8
4.7
S5
C50
200/390
40.5
62.1
71.5
2.9

731
1.5
1.9
2.5
3.3
2.3、试验结果
依据原材料的控制要求和配比的设计思路，试验结果表明混凝土能满足地铁工程提出的耐久性指标。
三、耐久性混凝土生产供应过程的质量控制
耐久性混凝土生产过程控制与传统预拌混凝土一样，包括混凝土材料的计量、搅拌、拌合物出厂质量检验、运输、泵送及交货过程等工序的质量控制。要确保混凝土的耐久性，在生产过程控制中，正确执行混凝土配合比的符合性至关重要。因此，必须采取有效措施进行严控：
1、使用符合混凝土耐久性设计要求的原材料；
2、采取有效措施，保护砂石含水率的相对稳定，加强砂石堆场的管理，严格分仓进料和使用；
3、加强对工艺员工艺控制的抽查，抽查点为：实际砂石含水率与测试含水率误差≤1%、实际砂率的控制；
4、运输过程严禁在混凝土中随意加水；
5、若遇坍落度小，可采用现场加外加剂的二次流化法进行，供应过程应确保混凝土的连续性；
6、要督促施工单位做好新拌混凝土的质量验收，其中交货过程的质量控制必须按混凝土耐久性能要求指标进行。
四、混凝土在实际工程中的应用
混凝土在实际工程中的应用见表9，碳化性能见表10。
表9 实际工程中混凝土的各项性能
日期
强度等级
水胶比
总胶凝材料（kg）
单位用水量（kg）
凝结时间
28d抗压强度（Mpa）
56d电通量（C）
初凝
终凝
08.3.20
C50
0.35
470
165
15h30min
18h50min
58.5
738
08.4.11
C30
0.41
426
175
12h25min
14h40min
37.6
951
08.4.17
C30
0.41
426
175
12h40min
15h10min
38.5
845
08.4.17
C30
0.45
400
180
14h10min
16h10min
36.6
1198
08.4.18
C30
0.45
400
180
14h25min
16h30min
36.6
1092
08.4.18
C30
0.45
400
180
14h30min
16h55min
36.4
996
08.4.23
C30
0.44
398
175
12h5min
14h45min
40.9
1189
08.4.24
C30
0.44
398
175
12h30min
14h50min
40.2
1153
注：08.4.11-08.4.18是P.O42.5 水泥，08.3.20/08.4.23/08.4.24是P.Ⅱ52.5水泥。
表10 C50混凝土的碳化性能
日期
强度等级
水胶比
28天抗压强度（Mpa）
碳化深度（mm）
3d
7d
14d
28d
08.3.20
C50
0.35
58.8
1.9
3.6
3.9
4.3
实际工程供应的耐久性混凝土碱含量≤3.0kg/m3，氯离子电通量＜1200库仑，上部结构混凝土碳化值较小，能满足百年工程耐久性需要。
五、混凝土结构耐久性的施工管理
整体工程结构的混凝土耐久性，需由工程设计、混凝土供应商和施工单位共同服务并完成。工程设计根据结构所处环境提出所需混凝土的性能要求，在施工前做好施工单位和混凝土供方的质量控制文件的协调。
混凝土供应商根据设计所需的混凝土性能，优化原材料，选择合理的材料配合比、搅拌、运输工艺，生产供应符合工程需要的新拌混凝土。
要确保混凝土结构的耐久性，作为施工、监理单位，首先要对进场新拌混凝土按工程要求进行工作性能的合格验收。强调合理的养护方法和养护制度，确保被养护结构的温湿度。
六、耐久性混凝土需政府有关部门的监管和政策扶植
地铁工程为我市百年大型基础设施工程，其质量关乎百年工程的优劣，对此，杭州市建筑工程质量监督站将通过连网的各搅拌站混凝土质量信息管理系统，加强对地铁混凝土的材料配比实施计量监控，监控范围：最大、最小胶凝材料用量，单位拌合用水（即水胶比的控制），为确保混凝土配比与实际生产控制的一致性提供有力的监管依据。
对混凝土施工质量的监管，从事后工程质量检查转为过程工程质量监管，如浇筑后混凝土的养护检查，现场抽样成型试件，每月按批送样做强度、电通量试验；加强对工程竣工后的结构耐久性能的检测等。
混凝土的耐久性能，意味着混凝土质量水准的提高，因此，还需要混凝土定额标准的配合。我市的混凝土定额标准，目前只考虑市场原材料价格的波动，没有考虑工程结构性能所需引起的原材料质量的严格要求和水胶比的降低而提高的材料用量。定额的费用支出除考虑上述两个因素外，还需考虑由于性能的提高其混凝土搅拌时间、养护时间都将延长引起的费用增加。因此，合理的混凝土定额标准对确保混凝土耐久性，防止低价竞争起到至关重要的作用。
七结论
1、耐久性混凝土必须优选原材料，其配比设计应按混凝土所处环境结构的性能指标进行，正确执行混凝土配合比的符合性是工艺控制的主要目标。
2、耐久性混凝土含两方面的控制管理：一是混凝土材料耐久性的管理，主要是由生产供应商确保；二是混凝土结构的耐久性，主要由施工、监理完成。
3、要确保结构混凝土的耐久性，还需政府有关部门的监管和政策扶植。
参考文献：
1、 吴中伟、廉慧珍 高性能混凝土 中国铁道出版社
2、 韩素芳、路来军等 多品种掺合料及复合化对绿色高性能混凝土性能的影响研究
3、 郭延辉等 聚羧酸系高性能减水剂研究与工程应用 中国铁道出版社
4、 混凝土结构耐久性设计与施工指南（CECS01-2004，2005年修订版）