博遠(yuǎn)儀器15年專注混凝土測試技術(shù)

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青島地鐵工程襯砌混凝土抗裂技術(shù)研究

徐振1，殷險(xiǎn)峰1，周桂銀1，栗全旺1，張鵬1，申華偉1，李秋義2

（1.青島市地鐵一號線有限公司，山東 青島 266000；2.青島理工大學(xué)，山東 青島 266033）

摘要:針對青島地鐵某號線襯砌混凝土出現(xiàn)裂縫較為嚴(yán)重的現(xiàn)象，實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)地鐵工程用混凝土在原材料的質(zhì)量、混凝土配合比及現(xiàn)場施工條件和混凝土的養(yǎng)護(hù)方法上存在諸多問題，為改善混凝土抗裂性能，本文通過控制原材料質(zhì)量主要包括骨料含泥量、外加劑的性能，施工及養(yǎng)護(hù)技術(shù)，在原有配合比的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的配合比在實(shí)際工程應(yīng)用上混凝土的抗裂性能明顯提升，具有很好的工程實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：地鐵混凝土；抗裂技術(shù)；原材料；配合比優(yōu)化；施工技術(shù)

0引言

地鐵工程是投資巨大的城市基礎(chǔ)設(shè)施和重要的生命線工程，在地鐵建設(shè)過程中，混凝土材料是最大宗的建筑材料，對地鐵工程安全性、耐久性起到關(guān)鍵作用。混凝土裂縫是工程中最常見的一種缺陷，裂縫的存在會影響結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性能，導(dǎo)致水分及有害物質(zhì)滲入，誘發(fā)鋼筋銹蝕或加速混凝土的自然老化，從而損害工程結(jié)構(gòu)的承載能力，對安全性產(chǎn)生影響。即使尚未直接影響到使用安全，也會影響混凝土的耐久性[1]。

地鐵工程大多為大體積混凝土，由于水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生大量的水化熱容易導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫，本試驗(yàn)針對大體積混凝土[2]的一些缺點(diǎn)，通過提高復(fù)摻礦物摻合料的用量，降低水泥用量，優(yōu)化地鐵混凝土的配合比，并且對原材料質(zhì)量及施工技術(shù)進(jìn)行控制，從而改善混凝土的抗裂性能[3]。在滿足地鐵混凝土施工性能、力學(xué)性能和抗裂性能的基礎(chǔ)上，既節(jié)約了成本，又促進(jìn)了綠色混凝土[4]的發(fā)展，具有很大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1案例分析

本文針對青島地鐵項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)地調(diào)研考察，該混凝土為4月5日澆筑，檢測位置為負(fù)二層的側(cè)墻，檢測區(qū)域總長度為15m，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該區(qū)域裂縫數(shù)量共6條，大多數(shù)裂縫屬于貫穿裂縫，最大長度為6.0 m，平均長度為5.9 m，最大寬度為0.338mm，平均寬度為0.268mm，兩條相鄰裂縫最小間距為1.29m�，F(xiàn)場調(diào)研時(shí)某條裂縫的實(shí)際情況如圖1所示。

地鐵混凝土出現(xiàn)裂縫是常態(tài)，且有些位置情況非常嚴(yán)重，所以要從根源上進(jìn)行解決。本文從地鐵混凝土所使用的原材料、配合比以及現(xiàn)場施工條件和混凝土養(yǎng)護(hù)方法上進(jìn)行逐一調(diào)查。

1.1原材料調(diào)研

本文所調(diào)查的地鐵站點(diǎn)所有混凝土大部分是由A商品混凝土攪拌站提供，故針對A商品混凝土攪拌站所用原材料進(jìn)行抽檢，主要包括粗骨料、細(xì)骨料、粉料及外加劑等，參照《建設(shè)用砂》（GBT14684-2011）、《建設(shè)用碎石卵石》（GBT14685-2011）規(guī)范進(jìn)行檢測，A商品混凝土攪拌站所用粗、細(xì)骨料的主要性能指標(biāo)分別見表1和表2。

參照《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)》（GB50119-2013）規(guī)范，砂漿配合比采用工程使用的混凝土配合比去除粗骨料之后的砂漿配合比，水膠比降低0.02，砂漿總量不小于1L，初始擴(kuò)展度要求350±20mm，抽檢原材料砂漿擴(kuò)展度測試結(jié)果，試驗(yàn)圖片如圖2。

由圖表可知，原材料經(jīng)檢測，粗骨料顆粒級配良好，碎石壓碎指標(biāo)合格，細(xì)骨料顆粒級配良好，砂細(xì)度模數(shù)為2.5，中砂，粉料細(xì)度合格，骨料含泥量偏高，外加劑相容性試驗(yàn)結(jié)果基本無初始拓展度，不符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

1.2混凝土配合比使用情況

青島地鐵混凝土用配合比見表3。

由表可知，地鐵用混凝土的配合比，水泥用量過大，礦物摻合料用量較小，從而導(dǎo)致水泥水化熱大，影響混凝土體積穩(wěn)定性，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。

1.3混凝土現(xiàn)場施工及養(yǎng)護(hù)情況

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，青島地鐵某站混凝土澆筑時(shí)沒有因環(huán)境的改變而調(diào)整澆筑措施，振搗工藝簡單，沒有進(jìn)行二次振搗，以及拆模時(shí)間不規(guī)范，在混凝土養(yǎng)護(hù)方面，沒有嚴(yán)格按照規(guī)范操作，對墻體沒有采取很好的保溫保濕養(yǎng)護(hù)，澆筑面沒有及時(shí)抹壓處理。

經(jīng)過調(diào)研分析得出，地鐵工程用混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因分為以下幾點(diǎn)：

（1）原材料的質(zhì)量及施工技術(shù)控制，主要是在混凝土澆筑、拆模及養(yǎng)護(hù)技術(shù)控制及骨料的質(zhì)量控制，骨料的含泥量直接會影響混凝土的耐久性，含泥量過大會導(dǎo)致混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)增大，導(dǎo)致混凝土的抗?jié)B性能降低，從而引起收縮量增大；

（2）地鐵工程用混凝土的配合比不合理，在保證同樣性能的基礎(chǔ)上，地鐵用配合比的水泥用量過大，水泥用量越大，水泥水化越嚴(yán)重，從而水化放熱量越大，熱量聚集在混凝土內(nèi)部不易散失，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差越大，對混凝土內(nèi)部降溫收縮的約束也就越大，從而產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，而混凝土的抗拉強(qiáng)度較低，當(dāng)不足以抵抗這種應(yīng)力時(shí)混凝土就會產(chǎn)生裂縫，所以解決裂縫的關(guān)鍵是控制原材料質(zhì)量、施工技術(shù)控制及優(yōu)化混凝土配合比。

2混凝土抗裂技術(shù)的提出

2.1原材料的控制

原材料的質(zhì)量控制主要有以下幾點(diǎn)：

（1）骨料宜選擇5-25mm連續(xù)級配的碎石，堆積密度應(yīng)大于1450kg/m3，吸水率≤2%，空隙率≤42%，壓碎指標(biāo)≤12%，針片狀顆粒總含量≤10%；

（2）細(xì)骨料宜采用中砂，細(xì)度模數(shù)2.4-3.0的河砂，控制4.75 mm、0.6 mm和0.15 mm篩的累計(jì)篩余量分別為0-5%、40%-70%和≥95%；

（3）含泥量的控制，含泥量較大會嚴(yán)重影響混凝土的性能，黏土易吸水，使得流動拌合水變少，造成混凝土的和易性變差，坍落度經(jīng)時(shí)損失增加，體積穩(wěn)定性變差，導(dǎo)致混凝土收縮量變大，使得混凝土產(chǎn)生裂縫，一般要求強(qiáng)度等級在C35-C55的混凝土的細(xì)骨料的含泥量不能大于3.0%，粗骨料的含泥量不大于1.0%；

（4）減水劑選擇聚羧酸高性能減水劑，減水劑的性能直接影響混凝土的耐久性，提高混凝土的耐久性的關(guān)鍵之一是降低水膠比，提高混凝土的密實(shí)性，從而提高混凝土的抗收縮開裂性能。

2.2混凝土配合比的優(yōu)化

2.2.1優(yōu)化后的配合比

根據(jù)地鐵工程用的配合比，對配合比設(shè)計(jì)[5]進(jìn)行了優(yōu)化，針對混凝土強(qiáng)度等級C45，水泥種類為P.I42.5及P.I52.5分別對礦物摻合料[6-10]用量進(jìn)行調(diào)整進(jìn)行的配合比優(yōu)化，得到新的配合比，見表4。

上述可知，優(yōu)化后的配合較之前的配合比，礦物摻合料用量對不同水泥種類分別提高到40%及50%，水泥用量最大降低了19.6%，礦物摻合料對混凝土的工作性能、力學(xué)性能及耐久性均有明顯的改善效果，水泥用量的降低，從而降低了水泥水化放出的熱量，進(jìn)而提高了混凝土的體積穩(wěn)定性，對混凝土的抗裂性性能明顯的提升，促進(jìn)綠色混凝土的發(fā)展。

2.2.2優(yōu)化后混凝土抗壓強(qiáng)度

優(yōu)化后的配合比混凝土的抗壓強(qiáng)度，結(jié)果如圖3。

由圖3分析可知，強(qiáng)度等級為C45混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著齡期的增長而增大，混凝土齡期28d的抗壓強(qiáng)度最大達(dá)到53.3MPa，礦物摻合料用量的增加更大程度的改善了混凝土的流動性，提高了混凝土的密實(shí)性及抗?jié)B性，其抗壓強(qiáng)度必然提高。

2.2.3優(yōu)化后混凝土收縮率

優(yōu)化后的配合比試配混凝土試塊在不同齡期的收縮情況，結(jié)果如圖4。

由圖4分析可知，隨著齡期的變化，混凝土試塊的收縮率逐漸變大，前期收縮率變化比較大，后期變化基本趨于平穩(wěn)，是因?yàn)榍捌谒�泥水化引起�?nèi)外應(yīng)力變化大，收縮變化明顯，而礦物摻合料用量為50%的混凝土在前期的收縮率小于摻量40%的，這是因?yàn)榈V物摻合料用量的增加會更大程度提高了混凝土的密實(shí)度，從而降低收縮率，后期收縮率趨于平緩，是因?yàn)樗�泥水化已基本充分�?/p>

2.2.4優(yōu)化后混凝土早期抗裂試驗(yàn)

優(yōu)化后的配合比試配混凝土試塊早期抗裂試驗(yàn)24h的開裂情況，24h無裂縫出現(xiàn)，結(jié)果如圖5。

2.3混凝土現(xiàn)場施工控制及養(yǎng)護(hù)方法

（1）大體積混凝土采用二次振搗工藝，即在混凝土澆筑后即將凝固前，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間和位置給予再次振搗，以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和孔隙，增加了混凝土的密實(shí)度，從而減少了混凝土內(nèi)部微裂縫，進(jìn)而提高混凝土的強(qiáng)度及抗裂性。

（2）澆筑面應(yīng)及時(shí)進(jìn)行二次抹壓處理。

（3）拆模時(shí)間，大體積混凝土結(jié)構(gòu)墻體澆筑后第 6-8 天拆除模板，在模板拆除后，應(yīng)視環(huán)境變化情況，對墻體采取保溫保濕養(yǎng)護(hù)。

（4）在任意養(yǎng)護(hù)時(shí)間，混凝土采用噴灑水養(yǎng)護(hù)時(shí)，水的溫度與混凝土表面溫度之間的溫差不得大于 15℃。經(jīng)查25局、 17局的測溫曲線 在60小時(shí)左右時(shí)大約為40℃，因此拆模淋水養(yǎng)護(hù)的水溫應(yīng)在25℃左右。而過海段隧道內(nèi)溫度較低，混凝土表面溫度也較低，可以用自來水養(yǎng)護(hù)。

（5）雨雪天不宜露天澆筑混凝土，如果需要進(jìn)行施工時(shí)，應(yīng)采用確�；炷�土質(zhì)量的措施，澆筑過程中突遇大雨或大雪天氣時(shí)，應(yīng)及時(shí)在結(jié)構(gòu)合理部位留置施工縫，并應(yīng)盡快中止混凝土澆筑；對已澆筑還未硬化的混凝土應(yīng)立即進(jìn)行覆蓋，嚴(yán)禁雨水直接沖刷新澆筑的混凝土。

3混凝土抗裂技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

優(yōu)化后的配合比在青島地鐵某條線某站進(jìn)行實(shí)地工程應(yīng)用，在嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量、施工技術(shù)及拆模養(yǎng)護(hù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行襯砌混凝土的澆筑，該站點(diǎn)采用優(yōu)化后的配合比制備的混凝土進(jìn)行澆筑，拆模養(yǎng)護(hù)后，混凝土表面無裂縫出現(xiàn)，實(shí)物圖如圖6。

4 結(jié)論

（1）礦物摻合料用量的增加，降低了水泥水化熱，而且礦物摻合料可以改善混凝土的流動性及致密性，從而提高了混凝土的抗裂性能。

（2）在保證混凝土工作性能及力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，選用1:1復(fù)摻礦物摻合料用量為40%、P.I42.5水泥與礦物摻和量為50%、P.I52.5水泥的混凝土配合比，混凝土的抗裂性能最好。

（3）優(yōu)化后的配合比，在保證混凝土的工作性能和力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，較地鐵公司提供的配合比，很大程度上減少了水泥用量，水泥用量最大減少了19.6%，節(jié)約了原材料成本，實(shí)現(xiàn)了綠色混凝土的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 師硯偉,連永剛,郭國齊. 大體積混凝土裂縫及其耐久性[J]. 河南建材,2009,(03):80+82.

[2] 龔劍,李宏偉. 大體積混凝土施工中的裂縫控制[J]. 施工技術(shù),2012,41(06):28-32.

[3] 孫永波,曾力,劉數(shù)華. 大體積混凝土抗裂性能研究[J]. 南水北調(diào)與水利科技，2003，（05）.

[4] 李秋義,高嵩,薛山.綠色混凝土技術(shù)[M].北京:中國建材工業(yè)出版社,2014.

[5] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程: JGJ55-2011.北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2011．

[6]礦物摻合料對混凝土性能的影響[J]. 羅碧丹,林鋼,劉文利,范志宏.水運(yùn)工程.2009(03).

[7]胡紅梅,馬保國.礦物摻合料對混凝土耐久性的影響及其作用機(jī)理[J].福建建材，2001，（01）.

[8]趙聯(lián)楨.礦物摻合料對混凝土早期收縮與力學(xué)性能的影響[D].南京水利科學(xué)研究院,2010.

[9]覃維祖.粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用技術(shù)[J]. 商品混凝土,2006,(02).

[10]馮宗敏.采用雙摻技術(shù)高性能混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].安徽理工大學(xué),2017.

作者簡介：徐振（1978-），男，大學(xué)本科學(xué)歷，工程碩士，高級工程師，主要從事項(xiàng)目管理和建筑材料等方面的研究工作。

聯(lián)系地址：山東省青島市市北區(qū)常寧路6號青島地鐵大廈（266000）。

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