雙摻在隧道管片混凝土中應(yīng)用的探索

陳惠

摘 要：江蘇南京經(jīng)濟(jì)在飛越發(fā)展，由于南京地理位置的局限性，制約江北發(fā)展關(guān)鍵在于過(guò)江通道的不足，于是過(guò)江通道施工這些年方興未艾。其中盾構(gòu)施工技術(shù)是比較成熟的施工方式。施工過(guò)程管片預(yù)制質(zhì)量又是重中之重，管片質(zhì)量好壞關(guān)鍵在于混凝土質(zhì)量，本文就優(yōu)質(zhì)粉煤灰和礦渣粉在揚(yáng)子江隧道管片混凝土配合比設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，并就各種影響情況加以討論。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu);粉煤灰礦渣粉;管片;混凝土配合比

中圖分類號(hào)：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

地下隧道工程防水管片是關(guān)鍵，管片質(zhì)量好壞完全取決于材料的好壞，揚(yáng)子江隧道管片經(jīng)過(guò)優(yōu)化比選和組合，并結(jié)合借鑒其它項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目部決定采用粉煤灰和礦渣粉雙摻混凝土配合比設(shè)計(jì)形式，降低建造成本、保障混凝土工作性、強(qiáng)度及耐久性。與其他工程混凝土配合比相比，該配合比突出的特點(diǎn)：大量使用了礦渣摻合料，降低水泥用量且滿足抗?jié)B設(shè)計(jì)要求。確保強(qiáng)度基礎(chǔ)上我們采用了六合產(chǎn)玄武巖碎石。試驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土質(zhì)量不但能滿足管片技術(shù)要求，同時(shí)降低了水泥水化熱，滿足在潮濕環(huán)境下混凝土的耐久性。

1 管片混凝土設(shè)計(jì)要求

2 混凝土主要材料優(yōu)選

（1）水泥。采用海螺牌水泥、P·Ⅱ52.5。（2）粉煤灰。采用南京華能生產(chǎn)Ⅰ級(jí)粉煤灰。（3）礦粉。采用南京南鋼嘉華新型建材有限公司產(chǎn)S95礦渣粉。（4）砂、石材料。砂采用贛江產(chǎn)中粗砂;石料采用六合產(chǎn)玄武巖，規(guī)格為4.75 mm～9.5 mm，9.5 mm～19mm。（5）外加劑。采用SMS聚羧酸鹽系高性能減水劑。（6）改性聚丙烯纖維，網(wǎng)狀。

3 配合比設(shè)計(jì)

項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室通過(guò)計(jì)算配合比為基準(zhǔn)配合比;另外分別增減水灰比及砂率;進(jìn)行試拌，對(duì)其拌和物和易性分別進(jìn)行檢測(cè)，均能滿足設(shè)計(jì)要求，并分別將拌和物制件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，需進(jìn)行7d和28d的抗壓強(qiáng)度及抗?jié)B檢驗(yàn)，見(jiàn)表2。

根據(jù)試配強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)合理，保證工程質(zhì)量，方便施工、砼和易性的原則，初步擬訂表中水膠比為0.30的配合比為C60砼的配合比，用于揚(yáng)子江隧道盾構(gòu)施工的管片預(yù)制。

混凝土生產(chǎn)階段嚴(yán)格按照試驗(yàn)室設(shè)計(jì)的投料順序：石料、砂子、水泥、粉煤灰、礦粉、纖維、外加劑和水拌的順序進(jìn)行拌和。管片預(yù)制過(guò)程中嚴(yán)格控制質(zhì)量，通過(guò)整過(guò)S線2 070片管片檢測(cè)結(jié)果來(lái)看全部滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

4 技術(shù)總結(jié)

本人長(zhǎng)期從事交通工程，鑒于施工項(xiàng)目中所接觸項(xiàng)目局限性，以前施工過(guò)程中涉及到混凝土強(qiáng)度等級(jí)最高也就C50，此外交通人有種根深蒂固習(xí)慣混凝土就是水泥、黃砂、石子，外摻料使用也是近些年隨著地下工程的大量施工，高性能混凝土的提倡，耐久性的提出，重要性才逐漸突兀起來(lái)。我們?cè)囼?yàn)人也深刻意識(shí)到，混凝土不僅僅就是強(qiáng)度這一個(gè)單一指標(biāo)。通過(guò)本項(xiàng)目的參與我深刻意識(shí)到雙摻混凝土的運(yùn)用大有可為，還有很大發(fā)展空間，本項(xiàng)目體會(huì)如下：

4.1 粉煤灰和礦渣粉雙摻技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

我們?cè)陂L(zhǎng)期的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)混凝土中的材料一般由水泥、砂和碎石材料組成，混凝土材料的成本較高，工作性和耐久性差，而且混凝土在硬化過(guò)程中產(chǎn)生較大的水化熱，產(chǎn)生溫度裂縫、塑性裂縫等病害，尤其在冬期進(jìn)行大體積混凝土施工時(shí)由于內(nèi)外溫差較大，這種病害尤為突出，嚴(yán)重影響著混凝土結(jié)構(gòu)的安全及耐久性。而如今我們使用粉煤灰、礦渣粉雙摻技術(shù)來(lái)優(yōu)化傳統(tǒng)混凝土，降低了混凝土中水泥用量，提高了混凝土的工作性能，降低了水化熱，減少了溫度裂縫和塑性裂縫，提高了混凝土耐久性，同時(shí)解決了工業(yè)廢渣處理難的問(wèn)題，使得基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程更加低碳綠色環(huán)保。

4.2 粉煤灰和礦渣粉雙摻對(duì)混凝土性能影響

（1）對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響。一般情況下?lián)饺敕勖夯液偷V渣粉的混凝土，早期抗壓強(qiáng)度均小于基準(zhǔn)配合比強(qiáng)度，但是后期還是能滿足設(shè)計(jì)要求，所以現(xiàn)在鐵路建設(shè)基本以56天強(qiáng)度為參照。本項(xiàng)目強(qiáng)度不降低得益于塌落度在便于施工前提下設(shè)計(jì)較小，此外管片預(yù)制過(guò)程都是蒸汽養(yǎng)護(hù)，提高了早期強(qiáng)度。考慮本項(xiàng)目重要性、工期以及交通質(zhì)監(jiān)站要求還是以28天強(qiáng)度為參照。對(duì)強(qiáng)度的確保，目的為了確保管片預(yù)制和盾構(gòu)推進(jìn)施工速度相適應(yīng)，因此本項(xiàng)目沒(méi)有采用普普通通石灰?guī)r而采用高強(qiáng)度玄武巖，所以按照交通工程要求完全滿足設(shè)計(jì)要求，本項(xiàng)目基準(zhǔn)配合比強(qiáng)度結(jié)果見(jiàn)前述。項(xiàng)目部出于研究和總結(jié)對(duì)56天混凝土試件進(jìn)行抗壓檢測(cè)，平均強(qiáng)度都是C70以上，質(zhì)量完全得到保證。

（2）對(duì)混凝土工作性能的影響。1）單純摻礦渣粉的混凝土，由于礦渣粉細(xì)度小于水泥顆粒，能夠填充水泥顆粒之間的間隙，使其水泥顆粒間的自由水得以釋放，從而提高了混凝土的流動(dòng)性。但隨著摻量的增加，由于礦渣比表面積較大，所吸附的水分相應(yīng)增加，在確保強(qiáng)度情況下會(huì)導(dǎo)致混凝土粘聚性加大，坍落度損失極快，不利于施工。2）單純摻粉煤灰的混凝土，由于粉煤灰中含有很多的球狀玻璃體，在拌合物中起到了滾珠軸承作用，流動(dòng)性良好，擴(kuò)展度增加明顯。但是活性成分沒(méi)有優(yōu)質(zhì)礦渣粉高，對(duì)強(qiáng)度有一點(diǎn)影響。3）雙摻工藝得到的混凝土，發(fā)揮了粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)，消減了拌合物的粘性，增大了流動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)了粉煤灰和礦渣粉的“工作互補(bǔ)效應(yīng)”。

（3）對(duì)混凝土耐久性能的影響。1）加入礦粉及粉煤灰設(shè)計(jì)的混凝土配合比，混凝土的抗?jié)B性和抗侵蝕性能大幅度提高，確保了使用100年的設(shè)計(jì)要求。此外摻合粉煤灰和礦渣粉的混凝土甚至在P14等級(jí)時(shí)依舊不發(fā)生滲水，抗氯離子滲透性能增強(qiáng)，足可見(jiàn)抗?jié)B性和抗侵蝕性能極優(yōu)。因?yàn)榱；郀t礦渣粉細(xì)度大于硅酸鹽水泥，從而能夠填充水泥的間隙，從而是混凝土更加緊實(shí)，骨料界面的粘結(jié)力同步得到加強(qiáng)，提高了混凝土的強(qiáng)度，所以混凝土就有了極強(qiáng)的抗?jié)B能力和抗侵蝕性能。2）降低水化熱，較少裂縫。礦粉和粉煤灰雙摻以后，可以有效減少水泥的用量，項(xiàng)目之初在完全使用水泥情況下，水泥用量達(dá)到550 kg/m3。采用礦粉和粉煤灰替代后，同樣設(shè)計(jì)塌落度情況下，用水量減少了10%。水泥用量減少了，混凝土的強(qiáng)度、工作性效果反而更加顯著，通過(guò)兩千多片管片質(zhì)量驗(yàn)收來(lái)看，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)一次裂縫現(xiàn)象存在。

（4）降低混凝土成本。通過(guò)礦粉和粉煤灰對(duì)水泥使用部分的替代，除了混凝土性能得到有效提高外，相應(yīng)的外加劑，用水量都得到節(jié)約。通過(guò)管片預(yù)制質(zhì)量的啟迪，我們對(duì)整個(gè)項(xiàng)目分部分項(xiàng)工程混凝土都參用了一定量?jī)?yōu)質(zhì)粉煤灰，尤其口子件預(yù)制不要求一級(jí)粉煤灰，經(jīng)濟(jì)效益更加顯著。

5 結(jié)束語(yǔ)

揚(yáng)子江隧道盾構(gòu)施工，管片質(zhì)量是重中之重。管片的強(qiáng)度、鋼筋保護(hù)層、混凝土的耐久性、外觀質(zhì)量、幾何尺寸等都要求非常嚴(yán)格。這些質(zhì)量指標(biāo)要求除了嚴(yán)格按照施工工藝進(jìn)行外，管片預(yù)制采用的混凝土配合比設(shè)計(jì)質(zhì)量是管片成敗的關(guān)鍵。“百年大計(jì)，質(zhì)量第一”，著手配合比設(shè)計(jì)之初，我們就查閱了解已建長(zhǎng)江隧道的技術(shù)資料。結(jié)合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，當(dāng)?shù)乜晒┑脑牧锨闆r，逐一檢測(cè)比選，確保最優(yōu)。施工前并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的管片試生產(chǎn)試驗(yàn)對(duì)各個(gè)預(yù)制環(huán)節(jié)進(jìn)行確認(rèn)和修改。施工過(guò)程嚴(yán)格控制進(jìn)場(chǎng)原材料質(zhì)量，尤其礦粉和粉煤灰質(zhì)量，不合格堅(jiān)決不予使用。施工工藝上對(duì)每一個(gè)施工步驟都進(jìn)行細(xì)化。現(xiàn)場(chǎng)配備臨時(shí)試驗(yàn)室進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)和檢測(cè)，管片預(yù)制過(guò)程項(xiàng)目部試驗(yàn)檢測(cè)人員工作嚴(yán)謹(jǐn)負(fù)責(zé)，沒(méi)有發(fā)生一件質(zhì)量事故，沒(méi)有報(bào)廢一片管片，得到了項(xiàng)目參建方的廣泛好評(píng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程（JGJ-55-2011）[S].

[2]粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范（GB/T50146-2014）[S].

[3]張志軍.地鐵盾構(gòu)管片外觀質(zhì)量問(wèn)題探析[J].混凝土與水泥制品，2005.

[4]丁慶軍，曾波，等.大手孔隧道混凝土管片裂紋的成因分析及改善措施[J].混凝土，2006.

[5]公路工程水泥混凝土外加劑與摻合料應(yīng)用技術(shù)指南[M].人民交通出版社.