李進(jìn)輝，秦明強(qiáng)，焦運攀，劉 松

(1.中交武漢港灣工程設(shè)計研究院有限公司，湖北武漢 430040;2.長大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室，湖北武漢 430040)

寧波市軌道交通工程處于濱海地區(qū)，設(shè)計使用壽命為100年，混凝土建設(shè)和使用環(huán)境較為惡劣，主要表現(xiàn)在:①腐蝕介質(zhì)濃度較高。工程沿線地下水礦化程度較高，Cl-含量大(大多為500～2 000mg/L，部分標(biāo)段接近5 000mg/L)，SO2-4含量21～382 mg/L，對混凝土有一定的腐蝕性。②碳化腐蝕嚴(yán)重。工程主體結(jié)構(gòu)受碳化環(huán)境影響明顯，在未來運營期間CO2含量將隨車流和客流量增大而增加，加劇對混凝土結(jié)構(gòu)的碳化作用。③工程所處位置地質(zhì)條件較差，地下水位高。④寧波地處重酸雨區(qū)，對高架區(qū)間混凝土結(jié)構(gòu)存在酸腐蝕隱患。以上建設(shè)和服役環(huán)境條件對混凝土耐久性提出了較高的要求［1-2］。本文針對城市軌道交通工程混凝土耐久性要求高的特點，考慮工程使用環(huán)境的侵蝕特性，結(jié)合設(shè)計要求和當(dāng)?shù)卦牧锨闆r，在專題研究的基礎(chǔ)上提出混凝土耐久性技術(shù)要求和保證原則，為工程混凝土的施工提供技術(shù)指導(dǎo)和支持，并為類似工程的施工提供參考和借鑒。

1 混凝土耐久性保證原則

1)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計

采用整體論方法，綜合考慮設(shè)計、施工、使用、管理、維修等要求和措施，遵循“以防為主”的方針，重點在于預(yù)先設(shè)防并兼顧經(jīng)濟(jì)性，確定采用高性能混凝土作為本工程的基本耐久性措施，并研究確定高性能混凝土的耐久性技術(shù)指標(biāo)。

2)因地制宜地提出原材料控制指標(biāo)

結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、工程相關(guān)文件要求，參考寧波軌道交通工程調(diào)研和試驗結(jié)果，因地制宜地提出本工程的混凝土原材料控制指標(biāo)要求。

3)以整體論原則配制高性能混凝土

本工程混凝土配合比設(shè)計遵循整體論，以滿足耐久性指標(biāo)為基本原則，對主體工程的不同結(jié)構(gòu)形式、強(qiáng)度等級和環(huán)境腐蝕等級、施工方法分別進(jìn)行設(shè)計。

4)嚴(yán)格控制混凝土施工質(zhì)量

針對本工程不同的結(jié)構(gòu)特點及腐蝕環(huán)境，為保證混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，對混凝土的施工各環(huán)節(jié)提出嚴(yán)格控制要求。

5)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性后評估

針對混凝土結(jié)構(gòu)所處不同的環(huán)境，隨機(jī)取出一定試塊進(jìn)行現(xiàn)場暴露，以現(xiàn)場暴露試塊數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用壽命預(yù)測模型預(yù)測在氯鹽、碳化或硫酸鹽侵蝕環(huán)境下的使用壽命，為工程后期維護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 混凝土耐久性對策

2.1 提出混凝土耐久性技術(shù)指標(biāo)

通過設(shè)計文件及環(huán)境調(diào)研，結(jié)合設(shè)計使用壽命，提出了抗氯離子滲透性指標(biāo)和抗裂性能要求［3］，見表1及表2。

2.2 優(yōu)選混凝土用原材料

2.2.1 膠凝材料

1)水泥應(yīng)采用符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》(GB 175)強(qiáng)度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥或Ⅱ型硅酸鹽水泥;C3A含量控制在6% ～10%;堿含量(按Na2O當(dāng)量計)低于0.6%。

表1 混凝土電通量和氯離子擴(kuò)散系數(shù)要求

表2 混凝土抗裂性能要求

2)礦粉主要控制活性指數(shù)、比表面積，選用S95級礦粉，比表面積為400～450m2/kg。

3)粉煤灰必須來自燃煤工藝先進(jìn)的電廠，應(yīng)選用Ⅰ級或Ⅱ級粉煤灰，其燒失量宜＜5.0%，需水量比應(yīng)＜105%;配制C50及以上等級混凝土?xí)r，需水量比應(yīng)＜100%，燒失量不宜＞5%。粉煤灰應(yīng)組分均勻、各項性能指標(biāo)穩(wěn)定，不得使用高鈣灰。

2.2.2 集料

1)不得采用可能發(fā)生堿集料反應(yīng)(AAR)的活性集料。

2)混凝土中初始氯離子含量對壽命影響較大，故不得使用海砂;水溶性氯化物(折合氯離子含量)應(yīng)不超過骨料重量的0.02%。

2.2.3 外加劑

1)宜采用聚羧酸類高性能減水劑，減水率應(yīng)不低于25%，含固量應(yīng)＞20%，混凝土1 h坍落度損失小于初始值的10%，泌水率比≤60%，28 d收縮率比≤105%。C50預(yù)制混凝土襯砌管片使用的減水劑減水率不宜低于25%，含固量應(yīng)＞20%，28 d收縮率比≤100%。

2)減水劑中氯離子含量(按折合含固量計)≤0.6%，總堿量(按折合含固量計)≤15%。

2.3 采用高性能混凝土

2.3.1 混凝土配合比設(shè)計原則

混凝土配合比設(shè)計以耐久性為核心，抗裂性與抗?jié)B性并重，兼顧混凝土力學(xué)性能、工作性能等各項性能。混凝土配合比設(shè)計應(yīng)根據(jù)不同結(jié)構(gòu)部位、不同環(huán)境作用等級、不同設(shè)計要求和不同施工方法分別進(jìn)行設(shè)計，通過對新拌混凝土工作性能、硬化混凝土力學(xué)性能以及耐久性指標(biāo)的測定，確定以耐久性為目標(biāo)的最終配合比。

2.3.2 高性能混凝土配制方案

采用普通硅酸鹽水泥或Ⅱ型硅酸鹽水泥、大摻量礦物摻合料(優(yōu)質(zhì)粉煤灰和磨細(xì)礦渣復(fù)摻)和性能優(yōu)良的聚羧酸外加劑，選取適中的水膠比、盡量降低膠材用量和水泥用量，配制出抗?jié)B性好、體積穩(wěn)定性高和抗裂性能優(yōu)良的混凝土。各等級高性能混凝土配制技術(shù)方案如表3所示。

表3 高性能混凝土配制方案

2.3.3 抗裂性要求

宜通過限制混凝土早期強(qiáng)度的發(fā)展有效控制早期熱開裂。要求24 h抗壓強(qiáng)度≤12 MPa，對抗裂要求較高的構(gòu)件，不宜＞10mPa;對于有預(yù)應(yīng)力張拉的構(gòu)件，此要求可適當(dāng)放寬。C50預(yù)制混凝土襯砌管片不做此項要求。

2.4 嚴(yán)格控制混凝土施工質(zhì)量

混凝土施工質(zhì)量是保證混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵，包括混凝土攪拌、運輸、澆筑、振搗、拆模與養(yǎng)護(hù)、施工縫與后澆帶、預(yù)制管片施工、夏季施工直至混凝土質(zhì)量檢驗，均應(yīng)嚴(yán)格控制，在軌道交通工程混凝土施工中，應(yīng)著重注意以下幾個方面。

2.4.1 預(yù)制混凝土襯砌管片施工

1)預(yù)制混凝土襯砌管片坍落度冬季宜控制在30～50mm，夏季宜控制在50～70mm。

2)預(yù)制混凝土襯砌管片蒸汽養(yǎng)護(hù)制度應(yīng)通過試驗確定，升溫速度不宜超過15℃/h，降溫速度不宜超過20℃/h;恒溫最高溫度不宜超過60℃。蒸養(yǎng)過程中應(yīng)定時進(jìn)行測溫并記錄。采用蒸養(yǎng)房蒸養(yǎng)時，應(yīng)在各區(qū)間(靜養(yǎng)、升溫、恒溫和降溫)用門簾隔開。

3)預(yù)制混凝土襯砌管片脫模時強(qiáng)度應(yīng)＞15mPa，且混凝土溫度與環(huán)境溫度之差應(yīng)＜20℃。

4)預(yù)制混凝土襯砌管片拆模降溫后宜置于水池中養(yǎng)護(hù)14 d以上;出水后應(yīng)采用覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)，整個養(yǎng)護(hù)過程時間不得＜14 d。

5)預(yù)制混凝土襯砌管片脫模強(qiáng)度、出廠強(qiáng)度、28 d評定強(qiáng)度、抗水壓滲透和抗氯離子滲透試驗試件應(yīng)在澆筑地點隨機(jī)取樣。脫模強(qiáng)度、出廠強(qiáng)度宜根據(jù)同條件養(yǎng)護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件的混凝土強(qiáng)度確定;28 d評定強(qiáng)度試件隨預(yù)制混凝土襯砌管片同條件蒸養(yǎng)后轉(zhuǎn)入標(biāo)養(yǎng)至28 d。

2.4.2 施工縫與后澆帶的施工

1)明挖車站、通道、風(fēng)道等結(jié)構(gòu)混凝土應(yīng)設(shè)施工縫分段澆筑，底板分段長度不宜超過24 m，側(cè)墻和頂板分段長度應(yīng)符合設(shè)計要求。宜采用分段跳槽或設(shè)后澆帶的方法施工。

2)底板上連續(xù)澆筑墻體結(jié)構(gòu)時，水平施工縫宜設(shè)置在距墻底≥1 m的位置。

3)施工縫表面要鑿毛，剔除浮石、浮漿和雜物等，清理干凈，用水沖刷后，在表面鋪上厚度為20～25mm的與混凝土同配合比的砂漿或涂刷環(huán)氧樹脂類的界面劑，然后繼續(xù)澆筑混凝土。

4)后澆帶混凝土采用微膨脹混凝土或者增設(shè)構(gòu)造加強(qiáng)筋，采用微膨脹混凝土?xí)r應(yīng)蓄水養(yǎng)護(hù)≥14 d。

2.4.3 大體積混凝土施工

1)大體積混凝土宜事先通過溫度、應(yīng)力計算，分析確定混凝土的澆筑溫度、合理工序和養(yǎng)護(hù)方法，預(yù)測施工過程中溫度與應(yīng)力的發(fā)展，并提出合理的溫控標(biāo)準(zhǔn)和溫控措施。

2)明挖車站宜采用復(fù)合墻體系，圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻分離設(shè)置，中間設(shè)置柔性防水隔離層，避免側(cè)墻結(jié)構(gòu)混凝土硬化過程中受到地下連續(xù)墻約束而出現(xiàn)開裂，保證結(jié)構(gòu)防水抗?jié)B效果。

3)應(yīng)優(yōu)化施工方案，如分塊、分段施工縫位置、澆筑順序和后澆帶的設(shè)置，以盡量減少新澆混凝土硬化收縮過程中的約束拉應(yīng)力［4-5］。

2.4.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

1)對墻體和柱體結(jié)構(gòu)，拆模前可在適當(dāng)時間松動模板，向模板內(nèi)淋水養(yǎng)護(hù)，直至拆模。拆模后，可采用涂刷養(yǎng)護(hù)劑或覆蓋噴水方法養(yǎng)護(hù)。

2)明挖車站、通道、風(fēng)道的底板、中樓板和頂板混凝土澆筑完畢抹面后，應(yīng)立即嚴(yán)密覆蓋，終凝后潮濕養(yǎng)護(hù)，宜采用蓄水養(yǎng)護(hù)，蓄水厚度不宜＜200mm。底模拆除后，應(yīng)保持混凝土表面濕潤，避免上下表面有較大的濕度和溫度差。

3)明挖車站、通道、風(fēng)道的側(cè)墻，拆模時間不宜＜3 d。拆模后應(yīng)進(jìn)行濕養(yǎng)護(hù)，濕養(yǎng)時間不應(yīng)＜14 d。

3 結(jié)語

遵循混凝土耐久性保證原則，優(yōu)選混凝土用原材料，采用高性能混凝土，在施工全過程及各環(huán)節(jié)中嚴(yán)格控制混凝土質(zhì)量，并開展混凝土耐久性后評估來驗證混凝土的耐久性，上述耐久性綜合對策為寧波軌道交通工程混凝土的耐久性提供了有利的保障。根據(jù)目前工程的施工情況，原材料控制質(zhì)量較好，混凝土各項指標(biāo)滿足設(shè)計要求;混凝土施工性能穩(wěn)定，施工后混凝土結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量無明顯缺陷，力學(xué)性能及耐久性能良好;大體積混凝土也未出現(xiàn)有害裂縫。

［1］張利俊，劉超，張成滿，等.北京地鐵工程混凝土早期裂縫控制［J］.商品混凝土，2006(6):25-30.

［2］吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土［M］.北京:中國鐵道出版社，1999.

［3］中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB/T 50476—2008 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［4］中華人民共和國交通運輸部.TTS 202-1—2010 水運工程大體積混凝土溫度裂縫控制技術(shù)規(guī)程［S］.北京:人民交通出版社，2010.

［5］占文，秦明強(qiáng)，李進(jìn)輝，等.某地鐵車站大體積混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫控制技術(shù)［J］.鐵道建筑，2011(7):57-58.