不同季节地铁车站侧墙大体积混凝土抗裂防渗性能研究.pdf

晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂0前言轨道交通工程因其在解决城市交通拥堵和节约土地资源等问题上的突出优势，在推进我国城市化进程的高速发展中发挥了至关重要的作用。为解决轨道交通工程在建设过程中存在的问题，各种新材料、新技术的运用发挥了重要的作用1。而如何解决明挖地铁车站主体结构混凝土的裂缝及渗漏水问题一直是困扰轨道交通工程的难题之一，近年来进行了大量的相关技术研究和应用实践2-3。氧化镁膨胀剂因其自身反应活性可根据需要进行调控，能够在大体积混凝土温降阶段补偿收缩，其轻烧氧化镁组分是目前膨胀源中最适用于大体积混凝土工程的4-5。具有调控收稿日期：2023-04-20作者简介：郭耀雄，男，1973 年生，高级工程师，E-mail：。通讯作者：王德民，硕士，高级工程师，E-mail：。不同季节地铁车站侧墙大体积混凝土抗裂防渗性能研究郭耀雄1，王德民2，辜振睿2，林晓栋3，谷亚军1，王富3，朱国军2（1.苏州市轨道交通集团有限公司，江苏 苏州215004；2.武汉三源特种建材有限责任公司，湖北 武汉430083；3.中国铁建大桥工程局集团有限公司，天津 300300）摘要：温控型氧化镁膨胀剂具有调控混凝土水化放热历程和补偿收缩的双重功能，在不同季节下用其配制的补偿收缩混凝土大幅度提高了苏州明挖地铁车站侧墙大体积混凝土的抗裂防渗效果。实体结构监测数据表明，混凝土入模温度越高则温升越高，在夏季浇筑成型的侧墙大体积混凝土实体结构内部微应变最低，相对应的收缩开裂风险也最高；温控型氧化镁膨胀剂使侧墙大体积混凝土实体结构内部温峰降低了 3.46.5 益，温峰出现时间延迟了 810 h，温度修正后微应变最大值增长了 30 滋着58 滋着，30 d 内最小值增长了 77 滋着92 滋着。关键词：地铁车站；侧墙大体积混凝土；温控型氧化镁膨胀剂；抗裂防渗中图分类号：TU528.32文献标识码：A文章编号：1001-702X（2023）09-0005-04Study on anti-cracking and anti-seepage performance of mass concreteof subway station side wall in different seasonsGUO Yaoxiong1，WANG Demin2，GU Zhenrui2，LIN Xiaodong3，GU Yajun1，WANG Fu3，ZHU Guojun2（1.Suzhou Rail Transit Group Co.Ltd.，Suzhou 215004，China；2.WuhanSanyuan Special Building Materials Co.Ltd.，Wuhan 430083，China；3.China Railway Construction Bridge Engineering Group Co.Ltd.，Tianjin 300300，China）Abstract：The temperature-controlled magnesium oxide expansive agent has the dual effects of regulating the hydration heatrelease process and compensating shrinkage of concrete.The shrinkage-compensating concrete prepared with it under different sea原sonal conditions greatly improved the crack resistance and anti-seepage effect of the mass concrete of the side wall of Suzhouopen-cut subway station.The monitoring data of the solid structure showed that the higher the temperature of the concrete into themold，the higher the temperature rise.The micro-strain value of the side wall mass concrete solid structure formed in summer wasthe lowest，and the corresponding shrinkage cracking risk was the highest.The temperature-controlled magnesium oxide expansive a原gent reduced the internal temperature peak of the side wall mass concrete solid structure by 3.46.5 益，and the time of the tem原perature peak was delayed by 810 h.After the temperature correction，the maximum micro-strain increased by 30 滋着58 滋着，andthe minimum value increased by 77 滋着92 滋着 within 30 days.Key words：subway station，mass concrete of side wall，temperature-controlled MgO-type expansive agent，anti-cracking andanti-seepage中国科技核心期刊中国科技核心期刊5新型建筑材料圆园23援09混凝土水化放热历程和补偿收缩双重作用的复合抗裂技术在解决大体积混凝土裂缝控制问题中具有显著的优势，目前已经在部分地铁车站工程中进行了相应技术的研究和应用6。而单独采用氧化镁膨胀源和混凝土水化放热历程调控组合技术在大体积混凝土裂缝控制中却未见报道，有必要进行相关技术的研究和工程应用。为进一步研究地铁车站大体积混凝土抗裂防渗性能，在苏州市轨道交通 8 号线工程明挖地铁车站部分侧墙结构中采用了温控型氧化镁膨胀剂配制的补偿收缩混凝土技术，同时通过不同季节条件下浇筑成型的实体结构内部温度和应变变化历程来分析其抗裂防渗效果。1工程概况苏州市轨道交通 8 号线是古城外围从西北到东南的骨干线路，连接了高新区、姑苏区、相城区、工业园区等多个城市中心。西津桥站耀车坊站线路全长 35.6 km，全部为地下线，设 28座车站，其中换乘站 12 座，平均站间距 1.3 km，最大站间距2.8 km；设置镬底湖车辆段及三角咀停车场。该线路地铁车站一般有岛式站台、侧式站台及岛侧混合站台等形式；普通车站主体结构一般为地下 2 层双柱三跨（局部 3 层双柱三跨）闭合框架结构，个别车站地下 1 层结构为大跨度无柱车站（公共区域不设柱）；车站采用明挖顺作法施工，局部跨车站设置盖板，车站小里程端盾构到达，大里程端盾构始发、二次始发。地铁车站外包总长 150300 m（部分近 500 m），标准段结构宽度 2030 m，一般分段之间设置施工缝，施工缝间距 2030 m。普通车站基础防水底板厚 1000 mm、顶板厚 800 mm；负2 层侧墙厚 700800 mm，配筋为双向双排 25150 mm，防水混凝土等级 C35P8。本研究对象主体为普通地铁车站负 2 层侧墙大体积混凝土结构，分别在混凝土入模温度 3035 益（夏季高温）、入模温度 1015 益（冬季低温）和入模温度 2025 益（春、秋季常温）3 种条件下，分析温控型氧化镁膨胀剂配制的补偿收缩混凝土在实体结构中的抗裂防渗性能。2大体积混凝土配合比优化设计水泥：P O42.5，江苏宜城南方水泥有限公司；粉煤灰：F类域级，江苏国信公司；天然砂：域区中砂，湖北长江；碎石：5耀25 mm 连续级配，浙江湖州；高效减水剂：V1220，江苏西卡公司，减水率为 25%；TME 温控型镁质抗裂剂：符合 JC/T26082021 混凝土水化温升抑制剂 和 CBMF192017 混凝土用氧化镁膨胀剂 要求，其中氧化镁膨胀剂为 M 型，武汉三源特种建材有限责任公司生产，技术指标如表 1 所示；水：混凝土站拌合用水。项目MgO含量/%Cl-含量/%碱含量/%反应时间/s细度/%抗压强度/MPa胶砂限制膨胀率/%水化热降低率/%80 滋m方孔筛筛余7 d7 d要求逸80.0 臆0.06 臆0.75 100耀200臆5.0臆0.5逸22.5 逸42.5 逸0.015 逸0.015 逸0.030 逸0.030逸30臆15结果83.70.010.061241.6032.850.40.0260.0280.0660.033391420 益水中7 d7 d1.18 mm方孔筛筛余28 d28 d-7 d28 d-7 d40 益水中24 h表 1温控型氧化镁膨胀剂的技术指标本研究选择在同一个搅拌站生产的 C35P8 空白混凝土和补偿收缩混凝土，并应用于不同季节和不同地铁车站负 2层侧墙中，其中所用混凝土配合比中各原材料种类均无明显差异，空白段和验证段实体结构为 700800 mm 厚大体积混凝土，浇筑成型高度在 4.55.2 m 之间。经多次试配和反复验证，最终确定的空白段混凝土和验证段补偿收缩混凝土配合比及性能测试结果（40 益恒温水浴养护条件）如表 2所示。表 2C35P8 混凝土配合比及性能测试结果项目混凝土配合比/（kg/m3）出机坍落度/mm限制膨胀率/伊10-4抗压强度/MPa水水泥粉煤灰 温控型氧化镁膨胀剂 天然砂石减水剂7 d28 d7 d28 d空白段16831080074010265.11900.2-0.5-0.732.143.4验证段168300593174010265.11901.53.01.532.343.028 d-7 d3配套施工工艺及技术措施苏州市轨道交通 8 号线明挖地铁车站负 2 层侧墙均采用了钢模板单侧支模成型工艺，混凝土浇筑施工前采用振弦式应变计和温度传感器在实体结构内部进行监测布点。混凝土到场坍落度控制在（180依20）mm，侧墙高度方向分2层浇筑，分层间隔时间控制在 6090 min，采用混凝土初凝前“二次复振”方式对实体结构混凝土加强振捣。采用无线郭耀雄，等：不同季节地铁车站侧墙大体积混凝土抗裂防渗性能研究6晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂远程监测设备对负 2 层侧墙验证段混凝土实体结构内部温度和应变数据进行采集。钢模板带模时间一般不少于 3 d，拆模后当天采用吸水树脂养护膜对拆模后侧墙进行单侧保湿保温养护3。施工现场如图 1 所示，侧墙保湿保温养护膜铺贴效果如图 2 所示。图 1施工现场图 2侧墙保湿保温养护膜铺贴效果4实体结构数据监测与分析采用温控型氧化镁膨胀剂配制的 C35P8 补偿收缩混凝土应用于不同季节明挖地铁车站负 2 层侧墙大体积混凝土中，实体结构内部温度和微应变随时间的变化趋势如图 3图6 所示。图 3验证段春季负 2 层侧墙混凝土内部温度和微应变随时间的变化从图 3 可知，长 20.6 m、高 4.6 m、厚 0.7 m 的负 2 层侧墙混凝土在春季入模温度为 20.5 益时，中心温度历时约 36 h 到达温峰值 45.6 益（温升 25.1 益）；温度修正后微应变最大值为92 滋着，30 d 内缓慢降至 16 滋着。图 4验证段夏季负 2 层侧墙混凝土内部温度和微应变随时间的变化从图 4 可知，长 20.3 m、高 4.5 m、厚 0.7 m 的负 2 层侧墙混凝土在夏季入模温度为 34.7 益时，中心温度历时约 27 h 到达温峰值 63.3 益（温升 28.6 益）；温度修正后微应变最大值为40 滋着，30 d 内缓慢降至-52 滋着。图 5验证段秋季负 2 层侧墙混凝土内部温度和微应变随时间的变化从图 5 可知，长 21.8 m、高 4.6 m、厚 0.7 m 的负 2 层侧墙混凝土在秋季入模温度为 21.0 益时，中心温度历时约 33 h 到达温峰值 47.2 益（温升 26.2 益）；温度修正后微应变最大值为73 滋着，30 d 内缓慢降至 14 滋着。图 6验证段冬季负 2 层侧墙混凝土内部温度和微应变随时间的变化从图 6 可知，长 24.3 m、高 4.6 m、厚 0.7 m 的负 2 层侧墙混凝土在冬季入模温度为 12.8 益时，中心温度历时约 39 h 到达温峰值 35.3 益（温升 22.5 益）；温度修正后微应变最大值为59 滋着，30 d 内缓慢降至 19 滋着。郭耀雄，等：不同季节地铁车站侧墙大体积混凝土抗裂防渗性能研究7新型建筑材料圆园23援09从图 3图 6 分析可知，混凝土入模温度越高则温升值越高，在夏季浇筑成型的侧墙实体结构混凝土内部微应变值最低，相对应的收缩开裂风险最高；采用温控型氧化镁膨胀剂配制的补偿收缩混凝土在不同季节条件下均具有良好的补偿收缩性能，在侧墙实体结构中产生的适量微膨胀能有效补偿早期各项收缩，显著提高了混凝土的抗裂防渗性能。为分析温控型氧化镁膨胀剂在实体结构中调控混凝土水化放热历程和补偿收缩的作用，分别在夏季和冬季条件下对比了空白段和验证段混凝土内部温度和应变随时间的变化规律，如图 7、图 8 所示。图 7空白段和验证段夏季负 2 层侧墙混凝土内部温度和应变随时间的变化从图 7 可知，长 25.5 m、高 5.2 m、厚 0.7 m 的空白段和验证段负 2 层侧墙混凝土在夏季入模温度分别为 33.5、33.6 益时，中心温度分别历时约 24、32 h 到达温峰值 63.8 益（温升30.3 益）、57.3 益（温升 23.7 益）；温度修正后微应变最大值分别为 18 滋着、48 滋着，30 d 内分别缓慢降至-160 滋着、-68 滋着。图 8空白段和验证段冬季负 2 层侧墙混凝土内部温度和应变随时间的变化从图 8 可知，长 17.8 m、高 4.5 m、厚 0.8 m 的空白段和验证段负 2 层侧墙混凝土在冬季入模温度分别为 15.4、15.5 益时，中心温度分别历时约 36、46 h 到达温峰 43.2 益（温升 27.8益）、39.8 益（温升 24.3 益）；温度修正后微应变最大值分别为5 滋着、63 滋着，30 d 内分别缓慢降至-77 滋着、0 滋着。从图 7、图 8 分析可知，温控型氧化镁膨胀剂在夏季条件下使负 2 层侧墙实体结构混凝土内部温峰值降低了 6.5 益，温峰值出现时间延迟了约 8 h，温度修正后微应变最大值增长了 30 滋着，30 d 内最小值增长了 92 滋着；在冬季条件下使负 2层侧墙实体结构混凝土内部温峰值降低了 3.4 益，温峰值出现时间延迟了约 10 h，温度修正后微应变最大值增长了 58滋着，30 d 内最小值增长了 77 滋着。分析表明,温控型氧化镁膨胀剂在混凝土中具有优异的调控水化放热历程和补偿收缩功能，明显提高了实体结构的抗裂防渗性能。侧墙大体积混凝土实体结构抗裂防渗应用效果如图 9 所示。图 9侧墙大体积混凝土实体结构应用效果5结论（1）温控型氧化镁膨胀剂具有调控混凝土水化放热历程和补偿收缩的双重作用，用其配制的补偿收缩混凝土在不同季节明挖地铁车站侧墙大体积混凝土中均取得了良好的抗裂防渗效果。（下转第 26 页）郭耀雄，等：不同季节地铁车站侧墙大体积混凝土抗裂防渗性能研究8新型建筑材料圆园23援09（上接第 8 页）（2）在不同季节条件下，混凝土入模温度越高则温升越高，在夏季浇筑成型的侧墙大体积混凝土实体结构内部微应变最低，相对应的收缩开裂风险最高。（3）在不同季节条件下，温控型氧化镁膨胀剂使侧墙大体积混凝土实体结构内部温峰值降低了 3.46.5 益，温峰值出现时间延迟了 810 h，温度修正后微应变最大值增长了 30 滋着58 滋着，30 d 内最小值增长了 77 滋着92 滋着。参考文献：1张大春.江苏城市轨道交通设计创新研究与实践综述J.江苏建筑，2022（4）：1-6.2白海贞.地铁车站抗裂防渗技术研究与实践J.公路，2021（5）：337-340.3王德民，潘玮璠，郭耀雄，等.苏州地铁车站侧墙大体积混凝土抗裂防渗关键技术J.新型建筑材料，2021（9）：129-132.4师海霞，纪宪坤，廉慧珍，等.改善水泥混凝土本征特性的补偿收缩技术研究进展J.新型建筑材料，2021（12）：103-108.5王德民，卫剑楠，马锋，等.某医院直线加速器区大体积混凝土裂缝控制关键技术J.新型建筑材料，2022（10）：51-54.6刘加平，田倩，李华，等.城市轨道交通地下车站抗裂防渗新技术J.江苏建筑，2018（2）：8-13.蒉3结论（1）石粉部分替代胶凝材料能有效改善机制砂高延性混凝土的泌水状况，但流动度会随石粉掺量的增加而降低。（2）石粉部分替代胶凝材料一定程度上降低了高延性混凝土的抗折、抗压强度。但是，在石粉掺量为 30%时，高延性混凝土抗压强度仍可达到 30 MPa；石粉掺量为 40%时，高延性混凝土折压比最大，柔韧性最好。（3）直接拉伸状态下，随石粉掺量的增加，高延性混凝土初裂应力和极限应力先增大后减小，初裂应变与极限应变先减小后增大。各组石粉高延性混凝土均呈现出显著的应变硬化特征，在 40%石粉掺量下，极限应变可达 4.48%。（4）采用机制砂和国产 PVA 纤维制备高延性混凝土可显著降低材料成本，采用石粉替代部分胶凝材料可进一步带来经济效益，在 30%石粉掺量下，制备的机制砂高延性混凝土材料成本仅约为 1236 元/t，且此时高延性混凝土极限拉伸在3%左右，也同时满足一般工程需要的抗压强度要求，减少了胶凝材料用量，具备一定的环境和经济效益。参考文献：1LI Victor 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