王文峰

(鐵正科技檢測有限公司，山東 濟(jì)南 250014)

1 工程概況

由中鐵十四局集團(tuán)施工的某水利引水隧道工程，采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)施工總里程將近20 km，預(yù)制管片尺寸為4 500 mm×350 mm×1 200 mm，每環(huán)6片由3個標(biāo)準(zhǔn)塊、2個鄰接快、1個封頂塊組成，共計18 500環(huán)。

混凝土強(qiáng)度等級為C50，抗?jié)B等級為P12。預(yù)制管片生產(chǎn)采用兩條生產(chǎn)線流水化作業(yè)，管片混凝土的初期養(yǎng)護(hù)采用蒸汽養(yǎng)護(hù)。

2 工藝要求

依據(jù)《盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范》(GB 50446-2017)、《預(yù)制混凝土襯砌管片》(GB/T 22082-2017)以及企業(yè)內(nèi)控指標(biāo)要求，預(yù)制管片采用工廠化流水作業(yè)，工藝流程大致為混凝土的入模、振動成型、環(huán)形頂模開蓋、初次收面、二次精抹、蒸養(yǎng)養(yǎng)護(hù)、出窯、檢測同條件試件強(qiáng)度、拆模、水中養(yǎng)護(hù)、出廠。其中從振動成型到打開混凝土環(huán)形頂模一般時間在25 min左右。

蒸汽養(yǎng)護(hù)要求在養(yǎng)護(hù)窯內(nèi)的升溫速度不得超過22 ℃/h，養(yǎng)護(hù)窯內(nèi)溫度始終保證在32℃～52℃，最高溫度不得超過55℃。管片的養(yǎng)護(hù)時間不少于12 h。管片蒸養(yǎng)完成后混凝土強(qiáng)度達(dá)到25 MPa才允許拆模。拆模后的管片水中養(yǎng)護(hù)不少于14 d。

3 配合比設(shè)計難點

1)混凝土坍落度的選擇。隧道管片生產(chǎn)為工廠化流水作業(yè)，混凝土的入模、振動成型、環(huán)形頂模開蓋、初次收面、二次精抹、蒸養(yǎng)養(yǎng)護(hù)、出窯、拆模等各種工序都有相對固定的時間節(jié)點，每一個環(huán)節(jié)出問題，都會導(dǎo)致整個管片場生產(chǎn)流程時間延長甚至整個生產(chǎn)線停滯?；炷良纫幸欢ǖ牧鲃佣饶茼樌肽?，又要保證在25min左右的時間內(nèi)拆除環(huán)形頂模后，混凝土不流淌不出現(xiàn)“坍腰”現(xiàn)象，一旦混凝土出現(xiàn)“坍腰”則管片不能形成圓形的弧線成為廢品[1]。

混凝土坍落度選擇太小對于控制環(huán)形頂模開蓋后混凝土不流淌不出現(xiàn)“坍腰”有利，但坍落度太小混凝土入模困難振搗時間延長，甚至導(dǎo)致成品管片出現(xiàn)蜂窩麻面空洞等?；炷撂涠冗x擇太大雖然有利于混凝土的入模及振搗，但是容易出現(xiàn)“坍腰”現(xiàn)象，影響整個生產(chǎn)線流程，而且也影響管片的外觀質(zhì)量。

2)混凝土早期強(qiáng)度要求高。為了保證管片拆模時不掉角不粘模，混凝土經(jīng)過12 h的蒸汽養(yǎng)護(hù)后強(qiáng)度不低于25 MPa才可以拆模。

3)混凝土原材料質(zhì)量要求高。混凝土原材不僅要符合規(guī)范要求，而且要保證原材料質(zhì)量的穩(wěn)定性，否則引起混凝土質(zhì)量波動過大，不利于工廠化的流水施工。

4)管片外觀質(zhì)量要求高。規(guī)范不允許出現(xiàn)貫穿裂縫、內(nèi)外表面漏筋、孔洞、疏松、夾渣、缺棱掉角、飛邊等外觀缺陷。

4 原材料選擇

4.1 水 泥

應(yīng)采用符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《《通用硅酸鹽水泥》國家標(biāo)準(zhǔn)第3號修改單(GB 175-2007/XG3-2018)的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，設(shè)計有其他規(guī)定按照設(shè)計要求。

水泥的比表面積應(yīng)≥350 m2/kg，且≤400 m2/kg，水泥堿含量應(yīng)<0.6%。C3A含量≤8%，游離氧化鈣≤1.5%，水溶性氯離子含量≤0.04%。在確定最終水泥品種之前，應(yīng)對水泥與所使用的摻和材料、外加劑等進(jìn)行復(fù)配試驗，以選用匹配的、性能優(yōu)良的水泥。

4.2 骨 料

細(xì)骨料應(yīng)選用天熱河砂，其細(xì)度模數(shù)應(yīng)在2.6～3.0，控制4.75、0.6、0.15 mm篩的累計篩余量分別為0～5%、40%～70%和≥95%，含泥及泥塊量≤1.5%，云母及輕物質(zhì)含量≤1.0%。

粗骨料粒徑宜≤25mm，含泥量應(yīng)<1%，宜采用粒徑為5～20 mm連續(xù)級配的粗骨料；粗骨料應(yīng)優(yōu)選選用碎石，其堆積密度應(yīng)>1 500 kg/m3，空隙率宜≤40%(最大不超過42%)，壓碎指標(biāo)宜≤7%(最大不超過12%)，針片狀顆?？偤恳恕?%(最大不超過10%)；骨料應(yīng)無潛在堿活性，且堿活性指標(biāo)滿足國家標(biāo)及現(xiàn)行地方標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4.3 摻合料

應(yīng)采用符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596-2017)的I級粉煤灰。其細(xì)度≤12%，燒失量≤4%，需水量比≤95%，三氧化硫含量≤3%，水溶性氯離子含量≤0.02%，可溶性堿含量(按Na2O+0.658K2O計算)≤0.30%。

粒化高爐礦渣粉的品質(zhì)要求應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》(GB/T 18046-2017)的規(guī)定。要求其為100%水淬高爐礦渣制得的S95或S105級礦粉，比表面積應(yīng)控制在350～450 m2/kg，三氧化硫含量≤3%，水溶性氯離子含量≤0.02%，可溶性堿含量(按Na2O+0.658K2O計算)≤0.45%。

4.4 其 他

減水劑采用聚竣酸系高性能減水劑符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑》(GB 8076-2008)要求?；炷涟韬陀盟|(zhì)應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)(附條文說明)》(JGJ 63-2006)的規(guī)定。

5 配合比設(shè)計

5.1 管片混凝土設(shè)計要求

混凝土的最大水膠比≤0.36，膠凝材料用量360～480 kg/m3。試配混凝土的抗?jié)B等級應(yīng)比設(shè)計要求提高一級(0.2 MPa)。根據(jù)設(shè)計要求水泥采用P·MSR42.5中抗硫酸鹽水泥。

5.2 原材料選擇

經(jīng)過大量的試驗反復(fù)對比，擇優(yōu)選擇了料源固定、供貨能力強(qiáng)、生產(chǎn)規(guī)模大的骨料生產(chǎn)商。水泥采用P·MSR42.5中抗硫酸鹽水泥，粉煤灰為I級，減水劑為標(biāo)準(zhǔn)型聚羧酸高效減水劑。粗骨料采用粒徑為5～20 mm連續(xù)級配的粗骨料。細(xì)骨料采用潔凈的河砂。所有材料各項指標(biāo)檢驗合格。

5.3 配合比參數(shù)選擇

1)坍落度：坍落度選擇一直是管片生產(chǎn)中爭議較大、選擇困難的一個指標(biāo)。業(yè)界普遍采用30～50 mm的坍落度，《盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范》(GB50446-2017)上規(guī)定坍落度不超過120 mm。

本文通過大量的實踐認(rèn)為，30～50 mm的坍落度在理論上可行，但在實踐中往往行不通，造成混凝土入模困難、振搗不實、流水作業(yè)時間延長、工人灑水抹面，甚至經(jīng)常導(dǎo)致混凝土無法使用直接作廢的情況。所以在配合比設(shè)計時初步將坍落度定在80～120 mm。

2)砂率：預(yù)制構(gòu)件對外觀質(zhì)量要求嚴(yán)格，表面要光滑密實，并考慮原材料的質(zhì)量波動，砂率的選擇不可太低，因此選擇砂率在40%上下浮動調(diào)整。

3)水膠比：預(yù)制管片前期拆模強(qiáng)度要求高，水膠比選擇0.29、0.30、0.31三個參數(shù)進(jìn)行試驗。減水劑摻量按膠凝材料1.0%摻加。

4)粉煤灰：本項目的隧道管片屬于過水隧道，摻加粉煤灰可以提高抗硫酸鹽侵蝕能力及抑制堿骨料反應(yīng)作用。對此選擇粉煤灰摻量不低于20%。

5)減水劑：預(yù)制管片減水劑不宜使用緩凝型，采用標(biāo)準(zhǔn)型聚羧酸高效減水劑，其摻量按膠凝材料1.0%摻加。

5.4 澆筑模擬試驗

根據(jù)以上參數(shù)，計算出多組配合比進(jìn)行室內(nèi)拌和試驗和和易性評價。管片混凝土標(biāo)號高、坍落度低，在室內(nèi)試驗室一定要進(jìn)行澆筑模擬試驗，評價其入模澆筑的可行性。

可以用Φ12mm的鋼筋綁扎成間距35mm的鋼筋網(wǎng)片鋪到水桶上面，將拌和好的混凝土裝到坍落度桶里面，再將坍落度桶反向細(xì)頭朝下，讓混凝土自行流到鋼筋網(wǎng)片上，觀察混凝土流動情況，以混凝土能流出到鋼筋網(wǎng)片上，并以能稍有擴(kuò)展為宜。

5.5 蒸養(yǎng)模擬試驗

管片拆模強(qiáng)度要求高，在配合比設(shè)計階段必須進(jìn)行蒸養(yǎng)模擬試驗，然后檢測蒸養(yǎng)后的混凝土強(qiáng)度是否滿足拆模要求。在試驗室內(nèi)可以提前將水泥標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱的溫度調(diào)到45℃，將成型的混凝土試件立刻放到溫度已達(dá)45℃的養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)，養(yǎng)護(hù)12 h后拆模，壓試件強(qiáng)度。

6 配合比選定

經(jīng)過多次試驗選出經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)指標(biāo)優(yōu)良的配合比。選定的配合比見表1，配合比試驗結(jié)果見表2。

表1 C50管片預(yù)制混凝土配合比 單位：kg/m3

表2 C50管片預(yù)制混凝土配合比試驗結(jié)果

7 拌和及施工控制

7.1 混凝土拌和控制要點

管片混凝土拌和好后通過與拌和站相連接的運輸料斗，直接運輸?shù)焦芷＞叩南铝峡?，如果混凝土質(zhì)量不能滿足要求無法回收處理。所以在混凝土拌和階段控制好混凝土質(zhì)量是重中之重[2]。

1)攪拌時間：管片混凝土坍落度小，膠凝材料用量多、混凝土黏度大，混凝土拌和時間一定要比常規(guī)混凝土長。本項目在拌和站經(jīng)過多次試驗和觀察，確定混凝土攪拌時間不少于180s為宜。

2)坍落度：混凝土拌和中要嚴(yán)格控制坍落度，可以在攪拌時結(jié)合攪拌機(jī)控制室內(nèi)的電流表預(yù)估混凝土坍落度，一般攪拌好的混凝土電流比空轉(zhuǎn)電流大3～4個單位即可。另一方法是混凝土出機(jī)卸料時不要一次性放出，先卸料一小部分，通過攝像頭觀察混凝土狀態(tài)，如果混凝土和易性不能滿足要求及時關(guān)閉卸料裝置，對攪拌機(jī)內(nèi)混凝土進(jìn)行技術(shù)處理，二次拌和直到滿足要求為止。

7.2 混凝土施工控制要點

1)人工輔助振搗：管片混凝土坍落度小、擴(kuò)展度低，不利于混凝土入模，在混凝土下料后要人工使用50 mm振動棒輔助振搗。振搗不得碰鋼模芯棒、鋼筋、模板及預(yù)埋件。

2)抹面：混凝土澆筑后應(yīng)仔細(xì)抹面壓平，抹面時嚴(yán)禁灑水，避免混凝土表面裂縫。

3)蒸汽養(yǎng)護(hù)：管片混凝土應(yīng)進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)，靜停時間≥1 h。升溫速度每小時≤15℃，降溫速度每小時宜≤20℃，恒溫最高溫度宜≤55℃。

4)出廠要求：管片成型后以同條件養(yǎng)護(hù)試塊的抗壓強(qiáng)度達(dá)到脫模強(qiáng)度要求，及養(yǎng)護(hù)設(shè)備內(nèi)溫度降到與外界20℃的溫差以內(nèi)時方可脫模、吊運出廠。

5)水中養(yǎng)護(hù)：管片冷卻后方可放入水池中進(jìn)行14 d水養(yǎng)護(hù)，入池時管片與水的溫度差宜≤20℃，在水養(yǎng)護(hù)時管片必須全部浸沒水中。

8 結(jié)束語

預(yù)制管片生產(chǎn)為工廠化流水作業(yè)，每一個環(huán)節(jié)都要保證順暢不出問題，尤其是混凝土控制更是重中之重。為保證混凝土能夠順利入模及頂摸開蓋后不出現(xiàn)“坍腰”現(xiàn)象，本文認(rèn)為坍落度不宜太小，選擇80～120 mm是合適的。減水劑不宜使用緩凝型，宜使用標(biāo)準(zhǔn)型減水劑。配合比設(shè)計階段要精細(xì)選擇優(yōu)質(zhì)原材，并進(jìn)行混凝土入模和蒸養(yǎng)模擬試驗，選擇最優(yōu)配合比。

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