劉映凱，陳曉暉，楊炳勇，郭海峰(.中鐵十七局集團(tuán)上海軌道交通工程有限公司，上海 00000；. 不二新材料科技有限公司，江蘇 如皋 654）

地鐵是節(jié)省土地、減少噪聲、減少干擾、節(jié)約能源、減少污染的一種交通方式。地鐵工程屬大體積地下工程，技術(shù)復(fù)雜，投資巨大，設(shè)計(jì)年限長(zhǎng)。地鐵混凝土除強(qiáng)度等級(jí)要滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)要求外，更需要注重耐久性，開(kāi)裂滲漏是影響耐久性的主要因素。因此，相比于普通混凝土而言，用于地鐵建設(shè)的混凝土需要具備更高的耐久性能，對(duì)混凝土主要技術(shù)指標(biāo)、配合比設(shè)計(jì)及相應(yīng)的制備和技術(shù)均有更高要求。

1 DW-2 防裂抗?jié)B復(fù)合材料特點(diǎn)

DW-2 防裂抗?jié)B復(fù)合材料能通過(guò)優(yōu)質(zhì)合成纖維“橋接效應(yīng)”，有效降低早期塑性開(kāi)裂，提高整體體積穩(wěn)定性；利用高功能粉體材料改變水泥水化過(guò)程和水化產(chǎn)物的顆粒形貌及空間排列，有效提高混凝土拌合物和易性、致密性、抗?jié)B性能；高功能粉體材料能起到鎖水作用，降低孔隙水的表面張力，減少毛細(xì)孔失水產(chǎn)生的收縮應(yīng)力。另外，其能增大混凝土中孔隙水的黏度，增強(qiáng)水在混凝土膠體中的吸附作用，減少混凝土的收縮應(yīng)力；高功能粉體材料有效降低混凝土水化絕熱溫升，減少因溫度應(yīng)力而產(chǎn)生的開(kāi)裂。

2 配合比設(shè)計(jì)

通過(guò)比對(duì)江蘇省南通市地鐵 1 號(hào)線青年路站點(diǎn)工程實(shí)際使用的強(qiáng)度等級(jí)為 C 35 的混凝土（以下簡(jiǎn)稱(chēng) A）與在 A 里摻加 DW-2 防裂抗?jié)B復(fù)合材料（以下簡(jiǎn)稱(chēng) B）的混凝土，通過(guò)對(duì) A 、B 兩種混凝土的拌和物配合比、力學(xué)性能、變形性能、耐久性能、早齡期收縮裂縫性能進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，研究其對(duì)地鐵站點(diǎn)混凝土性能的改善效果。

2.1 配合比

A、B 兩種混凝土配合比對(duì)照詳見(jiàn)表 1。

2.2 試驗(yàn)方法及判定依據(jù)

混凝土試件的試驗(yàn)方法，根據(jù) GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定執(zhí)行。判定依據(jù)為 T/CECS 10001—2019《用于混凝土中的防裂抗?jié)B復(fù)合材料》。

表1 A、B 兩種混凝土配合比對(duì)照表

2.3 試件制備及測(cè)試

平板壓縮開(kāi)裂試驗(yàn)試塊尺寸為 8 0 0 m m×6 0 0 mm×100 mm，混凝土試件(抗壓、劈裂抗拉試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，滲透高度試件為Φ150 mm×175 mm×185 mm 的圓錐體試件），回縮試驗(yàn)用砂漿試塊尺寸為 40 mm×40 mm×160 mm。通過(guò)攪拌、振搗、抹平成型后，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù) 24 h 后脫模。試件脫模后，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至各齡期，進(jìn)而分別測(cè)試 7 d、28 d 混凝土試件的抗壓、劈裂抗拉和 28 d 混凝土試件的滲透高度，并進(jìn)行混凝土早齡期抗裂性等測(cè)試試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 DW-2 對(duì)混凝土拌和物性能的影響

新拌混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 2 。經(jīng)過(guò)拌和試驗(yàn)及拌和物出機(jī)口性能試驗(yàn)，所拌和配合比 A 及 B 坍落度及塌損均在控制范圍內(nèi)，B 無(wú)塌損且擴(kuò)展度增加了 30 mm，說(shuō)明 B 比 A工作性好。B 比 A 的終凝時(shí)間延長(zhǎng) 7 h，說(shuō)明 B 比 A 的水化熱絕熱溫升峰值大大延緩。

表2 新拌混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果

3.2 DW-2 對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

依據(jù) GB/T 50081—2002 進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)（溫度為20±2℃、相對(duì)濕度＞95%）。達(dá)到相應(yīng)試驗(yàn)齡期后，對(duì)照 T/CECS 10001—2019 進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)?；炷亮W(xué)性能分析表見(jiàn)表 3。從表 3 可以看出，摻加 DW-2 材料的混凝土7 d、28 d 抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度有所增長(zhǎng)；抗?jié)B能力明顯增加，說(shuō)明混凝土的密實(shí)度明顯提高；相對(duì)耐久性顯著提高。

表3 混凝土力學(xué)性能分析表

3.3 DW-2 對(duì)砂漿回縮變形的影響

從各齡期試驗(yàn)結(jié)果可以看出， A 及 B 回縮規(guī)律正常；由于 DW-2 材料的摻入，B 各齡期回縮率明顯低于 A。砂漿回縮試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 4，回縮率與齡期關(guān)系見(jiàn)圖 1。

表4 砂漿回縮變形試驗(yàn)結(jié)果（×10-6）

圖1 砂漿回縮與齡期關(guān)系圖

從圖 1 可看出，摻加 DW-2 防裂抗?jié)B復(fù)合材料與基準(zhǔn)相比可以明顯降低水泥膠砂的回縮，兩周的回縮可以比基準(zhǔn)降低 22.4%。

4 實(shí)際工程應(yīng)用

4.1 實(shí)測(cè)溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)變化

使用 2 個(gè)振弦式應(yīng)變傳感器，分別將其置于 A 和 B 混凝土澆筑體內(nèi)。選取地下混凝土工程典型部位，對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行溫度場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，指導(dǎo)混凝土工程養(yǎng)護(hù)，建立仿真模型,對(duì)開(kāi)裂的可能性進(jìn)行預(yù)測(cè)。A 配合比混凝土應(yīng)力分布、溫度與養(yǎng)護(hù)時(shí)間關(guān)系分布見(jiàn)圖 2，B 配合比混凝土應(yīng)力分布、溫度與養(yǎng)護(hù)時(shí)間關(guān)系分布見(jiàn)圖 3。由圖 2 和圖3 對(duì)比可見(jiàn)：B 混凝土溫度峰值比 A 降低 4 K。A 在 9 h 達(dá)到應(yīng)力峰值 90.38 微應(yīng)變，B 在 27 h 達(dá)到應(yīng)力峰值 68.12微應(yīng)變。由此可見(jiàn)，與 A 相比 B 峰值到來(lái)的時(shí)間比延緩 18 h，且峰值降低 22.26 微應(yīng)變。B 應(yīng)力變化比較平緩，A 在第 8 d 成斷崖式下降。數(shù)值顯示，A 應(yīng)變計(jì)所在位置在 1 d和 8 d 可能出現(xiàn)較大的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際情況是，A 出現(xiàn)很多開(kāi)裂并且滲漏；B 施工的混凝土共 2 648 m2，至今沒(méi)有滲漏，僅發(fā)現(xiàn) 3 條長(zhǎng)度 ＞3 000.0 mm、寬度 ＜0.2 mm 的裂縫（其中有 2 條出現(xiàn)在端頭井距離 3 m 的 2 個(gè)壁柱中間），數(shù)條長(zhǎng)度 ＜100.0 mm 的裂紋。所有裂紋開(kāi)裂面積總計(jì)1 814.65 mm2。對(duì)照 GB 50164—2011《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》的 L-V 級(jí)（最高），即開(kāi)裂面積占比 ≤100 mm2/m2的要求，摻防裂抗?jié)B復(fù)合材料的地鐵側(cè)板墻的開(kāi)裂面積占比只有 0.685mm2/m2。對(duì)照 T/CECS10001—2019 標(biāo)準(zhǔn)，裂縫降低系數(shù)達(dá)到 99.99993%，接近 100%。

圖2 A 配合比混凝土應(yīng)力分布、溫度與養(yǎng)護(hù)時(shí)間關(guān)系分布

圖3 B 配合比混凝土應(yīng)力分布、溫度與養(yǎng)護(hù)時(shí)間關(guān)系分布

4.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體強(qiáng)度回彈檢測(cè)

B 實(shí)體 28 d 回彈強(qiáng)度見(jiàn)表 5，平均值為 39.42 MPa，標(biāo)準(zhǔn)偏差為 2.46 MPa，推定值為 36.96 MPa。結(jié)果表明，28 d實(shí)體強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

表5 B 實(shí)體 28 d 回彈強(qiáng)度 MPa

5 結(jié) 語(yǔ)

本次研究得出的試驗(yàn)結(jié)果表明 B 配合比的混凝土相對(duì)于A 配合比的混凝土有下列優(yōu)勢(shì)。

(1) B 配合比的混凝土相對(duì)于 A 的坍落度沒(méi)有影響，且沒(méi)有經(jīng)時(shí)損失，1 h 擴(kuò)展度略有增加。凝結(jié)時(shí)間延緩 7 h，能夠提高混凝土密實(shí)度，和易性好，泌水率小。

(2) 各項(xiàng)力學(xué)性能有較大幅度的提高：裂縫降低系數(shù)100%，7 d 抗壓強(qiáng)度提高 109%，28 d 強(qiáng)度提高 102%，劈裂抗拉強(qiáng)度提高 104%，滲透高度提高 37%，相對(duì)耐久性提高 92%。

(3) 實(shí)際工程 28 d 實(shí)體強(qiáng)度為 36.96 MPa，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。與 A 相比現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)混凝土溫度峰值下降 4 K，應(yīng)力峰值延緩了 18 h，且降低了 22.26 微應(yīng)變。

(4) 對(duì)照 GB 50496—2018《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》，現(xiàn)場(chǎng) B 混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值為 18.4 K，≤50.0 K；混凝土澆筑體里表溫差為 12.5 K，≤25.0 K；混凝土澆筑體降溫速率為 3.2 K/d，＞2.0 K/d；拆除保溫覆蓋時(shí)混凝土澆筑體表面與大氣溫差為 7.3 K，≤20.0 K。由此可見(jiàn)，如果重視養(yǎng)護(hù)，加強(qiáng)保溫措施使降溫速率≤2.0 K，混凝土澆筑體的效果將會(huì)更加完美。

綜上所述，DW-2 防裂抗?jié)B復(fù)合材料能改善混凝土在地鐵施工環(huán)境中的成型效果，大幅減少混凝土表面裂縫的產(chǎn)生，同時(shí)提高了地下結(jié)構(gòu)抗?jié)B性能。