地鐵工程中混凝土的應(yīng)用

0蘇州軌道交通1號(hào)線項(xiàng)目概況蘇州軌道交通1號(hào)線從天平山東側(cè)的靈天路站出發(fā)，至金雞湖以東的中南街站。這條線路全長(zhǎng)26公里，24座車(chē)站。整個(gè)鐵路由完全地下建造。其主要目標(biāo)是節(jié)省寶貴的土地資源，減少對(duì)鐵路環(huán)境的干擾，保護(hù)蘇州古城原有的歷史風(fēng)貌。該工程還同步建設(shè)軌道交通控制中心1座,總投資約110億元,是蘇州市投資規(guī)模最大、建設(shè)周期長(zhǎng)和涉及面最廣的綜合性城市基礎(chǔ)設(shè)施工程,建設(shè)軌道交通,是市委、市政府立足蘇州長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展作出的重大戰(zhàn)略決策,是預(yù)防和緩解城市交通難題關(guān)鍵性舉措,不僅有利于蘇州歷史文化名城保護(hù),而且將對(duì)全市經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展起到巨大推動(dòng)作用。蘇州軌道交通1號(hào)線是該市投資巨大的城市基礎(chǔ)設(shè)施和重要的生命線工程,因此作為該工程最主要的材料--結(jié)構(gòu)混凝土,其制備用原材料性能直接影響著抗裂、耐久性能,決定著整個(gè)工程的服役壽命,這對(duì)于提高整個(gè)工程質(zhì)量及其服役年限都是至關(guān)重要的。本文在對(duì)蘇州市軌道交通工程環(huán)境進(jìn)行調(diào)研與分析的基礎(chǔ)上,開(kāi)展了蘇州軌道交通1號(hào)線工程各部位結(jié)構(gòu)混凝土用原材料控制指標(biāo)研究,旨在為配制高性能混凝土和保證工程混凝土質(zhì)量提供依據(jù)和保證。1蘇州公共交通工程的環(huán)境條件1.1地鐵車(chē)站、盾構(gòu)隧道混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀蘇州市地處以太湖為中心的淺碟形平原東部,地勢(shì)低洼,其水系是在太湖平原的成陸、開(kāi)發(fā)過(guò)程中,由天然湖泊、河道和人工開(kāi)挖河道組合而成?；讕r體由泥盆系砂頁(yè)巖、砂巖,石炭系砂頁(yè)巖、灰?guī)r,二疊系灰?guī)r、泥巖,侏羅系火山巖系與白堊系及第三系半固結(jié)沉積巖組成。多年平均氣溫15.7℃,極端最高氣溫40.1℃,極端最低氣溫-12.7℃,是典型的海洋性氣候,高于微凍地區(qū)的氣溫要求,混凝土結(jié)構(gòu)基本不受凍融循環(huán)作用的影響。蘇州地區(qū)潛水水位埋深0.3m~1.5m;微承壓水或承壓水水頭的埋深分別為地下3.0m~8.0m和3.0m~10.0m,并呈幅度不等的周期性變化;軌道交通1號(hào)線的地鐵車(chē)站和盾構(gòu)隧道的埋深一般為10m~20m,而計(jì)劃建設(shè)或者在建的地鐵線路的車(chē)站和盾構(gòu)隧道在部分地段的埋深接近30m或更深。因此,地鐵車(chē)站和盾構(gòu)隧道外表面的水壓力較大,從而使得地下水和水中的有害介質(zhì)滲透速度增大。對(duì)我國(guó)地鐵工程結(jié)構(gòu)的地鐵車(chē)站、盾構(gòu)隧道混凝土結(jié)構(gòu)裂縫和滲漏情況調(diào)查結(jié)果表明,地鐵車(chē)站的地下連續(xù)墻、內(nèi)襯側(cè)墻、頂板和底板等不可避免會(huì)有一定裂縫和滲漏現(xiàn)象存在,盾構(gòu)隧道管片接縫處也有不同程度滲漏,且處于特殊的干濕交替環(huán)境中。蘇州地鐵車(chē)站運(yùn)營(yíng)期間的溫度為15℃~28℃,相對(duì)濕度為40%~80%。站臺(tái)及站廳的相對(duì)濕度變化幅度較大,且CO2(二氧化碳)濃度較高,運(yùn)營(yíng)期間接近0.15%;區(qū)間隧道及站臺(tái)交界處的相對(duì)濕度變化幅度較小,且CO2濃度較低。因此站臺(tái)及站廳的混凝土結(jié)構(gòu)容易發(fā)生碳化腐蝕破壞。研究表明鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物在雜散電流的腐蝕作用下易被破壞。如地鐵工程運(yùn)營(yíng)期間以1500V直流對(duì)列車(chē)供電,地鐵牽引供電的接觸網(wǎng)或受流器產(chǎn)生的雜散電流較小,在10mA~100mA以下,因而鋼筋受到迷流腐蝕的作用很小。但是在個(gè)別結(jié)構(gòu)部位和排流網(wǎng)局部(如各個(gè)變電所的回流點(diǎn)附近)仍存在雜散電流局部腐蝕的隱患。根據(jù)以上分析結(jié)果,蘇州地鐵工程混凝土主要的劣化因素有:水壓滲透、開(kāi)裂、碳化、雜散電流。1.2隧道混凝土結(jié)構(gòu)參照TB10424-2010《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》、GB/T50476-2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》、CCES01-2004《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》、JTG/TB07-01-2006《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》和STB/DG-010001-2007《地鐵隧道工程盾構(gòu)施工技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定,蘇州市軌道交通1號(hào)線車(chē)站和盾構(gòu)隧道混凝土結(jié)構(gòu)按照環(huán)境類(lèi)別及作用具體劃分見(jiàn)表1。2采用車(chē)站結(jié)構(gòu)的高性能混凝土原材料控制指標(biāo)2.1外加劑內(nèi)鹽酸鈉c3a含量對(duì)水泥性能的影響根據(jù)蘇州軌道交通1號(hào)線工程混凝土主要的劣化因素及環(huán)境作用類(lèi)別的分析,提出了考慮抗裂、耐久性設(shè)計(jì)的地鐵高性能混凝土用水泥的技術(shù)要求,除滿足《通用硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)》(GB175-2007)中硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的技術(shù)要求外,還就比表面積、細(xì)度(80μm方孔篩篩余)、堿含量、熟料中的C3A含量提出了具體的技術(shù)要求,如表2所示。說(shuō)明如下:(1)增加水泥比表面積的上限,即不大于380m2/kg,主要考慮到水泥比表面積過(guò)大,將會(huì)產(chǎn)生高的水泥水化放熱,該水泥所配制的混凝土收縮將會(huì)偏大,也將會(huì)影響水泥與外加劑的相適應(yīng)問(wèn)題。(2)水泥中的堿含量不是控制在0.60%的低堿水泥范圍內(nèi),而是選取了≤0.8%,這主要是為了增加水泥選擇的余地,也可將水泥的堿含量控制在適當(dāng)范圍內(nèi),但當(dāng)采用堿活性骨料時(shí),水泥中的堿含量應(yīng)嚴(yán)格控制≤0.60%。(3)對(duì)熟料中的C3A含量提出了≤8%的上限要求,主要考慮到水泥C3A含量過(guò)大,早期將會(huì)水化放熱速率較快,不利于主體結(jié)構(gòu)大體積混凝土溫升控制,也會(huì)影響水泥與外加劑適應(yīng)性。(2)混凝土性能調(diào)整蘇州軌道交通1號(hào)線工程混凝土用粉煤灰除滿足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596-2005)的技術(shù)要求外,對(duì)細(xì)度(45μm方孔篩篩余)、需水量比、氯離子含量和含水率等技術(shù)指標(biāo)提出要求,如表3所示。具體指標(biāo)說(shuō)明:(1)C50以下混凝土的細(xì)度、需水量比、燒失量根據(jù)II級(jí)粉煤灰的技術(shù)要求提出,但為了提高混凝土性能,將細(xì)度從II級(jí)粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)的≤25%調(diào)整到≤20%;將燒失量從II級(jí)粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)的≤8.0%調(diào)整到I級(jí)粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)的≤5.0%,這樣對(duì)保證混凝土耐久性更有利。(2)C50及以上混凝土的細(xì)度、需水量比、燒失量根據(jù)I級(jí)粉煤灰的技術(shù)要求提出,但為了提高混凝土性能并考慮到蘇州地區(qū)粉煤灰的供應(yīng)情況,將需水量比從I級(jí)粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)的≤95%放寬到≤100%,但將燒失量從I級(jí)粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)的≤5.0%加嚴(yán)到≤3.0%,這樣同樣對(duì)保證高強(qiáng)混凝土耐久性更有利。(3)與標(biāo)準(zhǔn)相比,增加了氯離子含量的限制,其指標(biāo)參照《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》4.2.2粉煤灰的技術(shù)要求中對(duì)氯離子含量的限制給出。(3)離子含量指標(biāo)蘇州軌道交通1號(hào)線工程混凝土用礦渣粉除滿足《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》(GB/T18046-2008)的技術(shù)要求,對(duì)比表面積氯離子含量等技術(shù)指標(biāo)提出了具體要求,如表4所示。具體指標(biāo)說(shuō)明:(1)為了避免礦渣粉過(guò)細(xì),比表面積過(guò)大,而帶來(lái)礦渣粉水化過(guò)快,放熱量過(guò)大,引起混凝土收縮加大,將其比表面積由標(biāo)準(zhǔn)中要求的≥400m2/kg調(diào)整為350m2/kg~450m2/kg。(2)將氯離子含量由標(biāo)準(zhǔn)中≤0.06%調(diào)整至≤0.02%的要求,其指標(biāo)參照《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》4.2.3礦渣粉的技術(shù)要求中對(duì)氯離子含量的限制給出。2.2原料質(zhì)量控制蘇州軌道交通1號(hào)線工程混凝土用細(xì)骨料除滿足《建筑用砂》(GB/T14684-2001)和《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ52-2006)的技術(shù)要求外,對(duì)表觀密度、堆積密度、空隙率、顆粒級(jí)配、細(xì)度模數(shù)、含泥量、氯離子含量和堿活性等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)提出了具體要求如下:(1)用于配制高性能混凝土的砂應(yīng)優(yōu)先采用II區(qū)中砂,有利于保證混凝土密實(shí)性和提高抗裂性。(2)《建筑用砂》中II類(lèi)砂的含泥量指標(biāo)和《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中C55~C30混凝土的含泥量指標(biāo)分別為<3.0%和≤3.0%,但考慮到砂的含泥量對(duì)混凝土的抗開(kāi)裂性能和耐久性均會(huì)帶來(lái)不利的影響,故對(duì)于本工程用C50以下混凝土的砂含泥量指標(biāo)要求為≤2.5%,與《客運(yùn)專(zhuān)線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》中的規(guī)定一致。對(duì)于C50以上混凝土含泥量指標(biāo)取兩標(biāo)準(zhǔn)對(duì)C50以上混凝土控制指標(biāo)的平均值,要求≤1.5%。(3)《建筑用砂》中II類(lèi)砂的氯離子含量要求<0.02%,而《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定:對(duì)于鋼筋混凝土用砂,其氯離子含量≤0.06%,對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土用砂,其氯離子含量≤0.02%,本工程對(duì)所有混凝土均要求砂的氯離子含量≤0.02%,與《客運(yùn)專(zhuān)線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》中的規(guī)定一致。(4)細(xì)骨料的堿活性應(yīng)采用砂漿棒法進(jìn)行檢驗(yàn),且細(xì)骨料的砂漿膨脹率應(yīng)≤0.10%,否則應(yīng)采取抑制堿骨料反應(yīng)的技術(shù)措施。(5)云母含量、輕物質(zhì)含量、有機(jī)物含量和硫化物及硫酸鹽含量等技術(shù)要求均與JGJ52-2006的規(guī)定一致,但根據(jù)設(shè)計(jì)要求,對(duì)于C50以上混凝土的云母含量應(yīng)≤1.0%。(2)混凝土含泥量地鐵工程高性能混凝土用粗骨料除滿足《建筑用卵石、碎石》(GB/T14685-2001)和《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ52-2006)的技術(shù)要求外,根據(jù)蘇州軌道交通1號(hào)線工程混凝土主要的劣化因素及環(huán)境作用類(lèi)別的分析,提出了考慮抗裂、耐久性設(shè)計(jì)的地鐵高性能混凝土用粗骨料的技術(shù)要求。(1)工程用粗骨料要求是連續(xù)級(jí)配,如采用單粒粒級(jí)時(shí)應(yīng)將不同單粒粒級(jí)粗骨料混合并滿足連續(xù)級(jí)配要求時(shí),方可使用;最大粒徑不得>31.5mm,而對(duì)于C50及以上的混凝土不得>25mm。(2)GB/T14685-2001中II類(lèi)石的含泥量指標(biāo)為<1.0%,I類(lèi)石的含泥量指標(biāo)為<0.5%,而JGJ52-2006中C55~C30混凝土的含泥量指標(biāo)為≤1.0%,C60以上混凝土含泥量指標(biāo)為≤0.5%,石的含泥量同樣對(duì)混凝土的抗開(kāi)裂性能和耐久性均會(huì)帶來(lái)不利的影響,故對(duì)于本工程用C50以下混凝土的粗骨料含泥量指標(biāo)要求為≤1.0%,C50以上混凝土含泥量指標(biāo)要求為≤0.5%,與《客運(yùn)專(zhuān)線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》中的規(guī)定一致;泥塊含量參照J(rèn)GJ52-2006中對(duì)于C55~30和>C602兩種指標(biāo),提出C50以下混凝土泥塊含量應(yīng)不>0.5%,而C50及以上混凝土用砂的泥塊含量應(yīng)不>0.2%。(3)本工程對(duì)所有混凝土均要求碎石的氯離子含量要求≤0.02%,與《客運(yùn)專(zhuān)線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》中的規(guī)定一致。(4)粗骨料的堿活性應(yīng)采用砂漿棒法進(jìn)行檢驗(yàn),且細(xì)骨料的砂漿膨脹率應(yīng)≤0.10%,否則應(yīng)采取抑制堿-骨料反應(yīng)的技術(shù)措施。2.3性能技術(shù)指標(biāo)地鐵工程高性能混凝土用外加劑除滿足《混凝土外加劑》(GB8076-2008)、《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB10424-2010)和《聚羧酸系高性能減水劑》(JG/T223-2007)的技術(shù)要求外,對(duì)影響混凝土耐久性和抗裂性的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)提出要求,包括硫酸鈉含量、氯離子含量、堿含量、減水率、含氣量、泌水率比、坍落度保留值、抗壓強(qiáng)度比和28d收縮率比。(1)外加劑的硫酸鈉和堿含量均對(duì)混凝土的抗開(kāi)裂性能不利,而氯離子會(huì)誘發(fā)鋼筋銹蝕,而且外加劑中的硫酸鈉、堿和氯離子都是直接可溶,其危害性要高于水泥、粉煤灰和礦渣中的硫酸鈉、堿和氯離子,因此外加劑中的硫酸鈉、堿和氯離子應(yīng)嚴(yán)格限制。高效型外加劑的硫酸鈉含量、氯離子含量和堿含量參照《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB10424-2010)中外加劑的性能要求提出,而高性能外加劑的氯離子含量和堿含量參照GB8076-2008混凝土外加劑提出。(2)根據(jù)目前市場(chǎng)外加劑的情況,結(jié)合GB8076-2008和TB10424-2010對(duì)減水率的要求,提出高效型外加劑的減水率應(yīng)≥18%;而高性能外加劑的技術(shù)指標(biāo)依照GB8076-2008。(3)由于含氣量是改善混凝土施工性能和耐久性能較有效的措施,引氣劑單獨(dú)添加在攪拌站操作難以實(shí)施,因此含氣量指標(biāo)綜合《混凝土外加劑》緩凝高效減水劑和《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》,對(duì)外加劑本身的含氣量根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)列出的上限和下限值確定,即工程所用外加劑含氣量控制在4.5%±1.5%范圍內(nèi)。(4)《混凝土外加劑》中緩凝高效減水劑的泌水率比為≤100%,為了減少泵送混凝土的泌水,參照《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于常壓泌水率比≤20%的技術(shù)要求,本工程規(guī)定高性能外加劑的常壓泌水率比≤50%,高效型外加劑的常壓泌水率比依照GB8076-2008混凝土外加劑提出。(5)壓力泌水率比和1h坍落度保留值均依照《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB10424-2010)指標(biāo)提出。(6)GB8076-2008《混凝土外加劑》中高性能減水劑收縮率比指標(biāo)規(guī)定為≤110%,綜合目前外加劑發(fā)展水平考慮,結(jié)合TB10424-2010《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于28d收縮率比的規(guī)定,為減少混凝土干燥收縮,提高混凝土體積穩(wěn)定性,故本工程規(guī)定高效型外加劑28d收縮率比應(yīng)≤125%,而高性能外加劑28d收縮率比應(yīng)≤110%。3做好原材料控制工作高質(zhì)量的原材料是制備高性能混凝土的基本條件,一般建筑用原材料,特別是砂石材料質(zhì)量都不太高。如不合理選材、嚴(yán)格控制,就很難制備出高質(zhì)量的具有百年使用壽命的結(jié)構(gòu)混凝土。在混凝土原材料質(zhì)量控制方面要求做到如下幾點(diǎn):(1)各部門(mén)各個(gè)環(huán)節(jié)都要高度重視,充分認(rèn)識(shí)到原材料質(zhì)量控制的重要性,監(jiān)理更要加強(qiáng)監(jiān)督。(2)根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求廣泛調(diào)查、充分優(yōu)選原材料、嚴(yán)格控制材料來(lái)源。(3)嚴(yán)格把好進(jìn)料關(guān),加強(qiáng)檢查,做到按規(guī)定按批次試驗(yàn),堅(jiān)持質(zhì)量第一,不合格的材料堅(jiān)決不收。(4)從混凝土耐久性考慮,特別要控制好關(guān)鍵性能指標(biāo),如水泥的強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間、安定性和堿含量,粉煤灰的細(xì)度和燒失量,砂石骨料的級(jí)配、堿活性、泥含量