免蒸養混凝土在地鐵管片中的應用

林麗玲

（廈門智欣建材集團有限公司，福建 廈門 361000）

1 概述

目前，大部分地鐵盾構管片采用蒸汽養護的方式提高混凝土早期強度，使模具的周轉效率得到提高。蒸汽養護是將盾構管片放在充滿飽和蒸汽或蒸汽與空氣混合物的養護坑（或窯）內，在溫度60℃以內、濕度大于90%的養護環境中加速混凝土的水化反應，使管片混凝土在較短時間內達到脫模起吊強度。一般盾構管片澆筑后在生產流水線上靜停1～2h，進入蒸汽養護窯，升溫2h、恒溫2h、降溫2h后管片強度需＞15MPa。蒸汽養護雖能提高盾構管片混凝土早期強度，但也存在有害氣體排放和資源浪費等問題。盾構管片不采取蒸養措施，管片混凝土凝結時間長，模具周轉率較低，極大地影響生產效率。因此，我司經過比對試驗，選擇凝結時間短、水化較快的水泥和標準型高性能減水劑，并優化配合比，使管片混凝土在養護窯里悶熱，利用混凝土的水化熱提高養護溫度和拆模起吊強度，即免蒸養混凝土。免蒸養混凝土在外界氣溫＞15℃時，生產線上的管片混凝土10h拆模，起吊強度均＞15MPa，且混凝土拌合物性能、力學性能、耐久性能滿足設計要求。

2 管片混凝土配合比原材料檢驗數據

2.1 試驗

試驗采用春馳P·O42.5、閩福P·O42.5R、紅獅P·O42.5R、閩福 P·O52.5水泥，檢驗數據如表1。

所檢項目檢驗結果均符合GB 175技術要求和管片原材料技術指標要求。

2.2 粉煤灰

采用漳州后石電廠生產的F類I級粉煤灰、F類II級粉煤灰性能指標如下：F類I級細度9.3%，需水量94%，燒失量1.54%；F類II級細度15.6%，需水量99%，燒失量2.35%。

所檢項目檢驗結果均符合GB 1596技術要求及管片原材料技術指標要求。

2.3 礦渣粉

采用三鋼集團（龍海）礦微粉有限公司生產的S95級磨細礦渣粉，密度2.92g/cm3，比表面積417m2/kg，7d活性指數78%，28d活性指數98%，流動度比98%，含水率0.1%，SO31.06%，堿含量0.58%，燒失量0.64%，氯離子0.004%。所檢項目檢驗結果符合GB/T 18046-2008技術要求和設計要求。

表2 配合比驗證

表3 優化比對驗證配合比

2.4 外加劑

采用西卡（中國）有限公司生產的標準型聚羧酸系高性能減水劑A樣品和B樣品，摻量0.8%。A樣品初凝凝結時間差為-50min、B樣品初凝凝結時間差為-70min。其它項目檢驗結果符合GB 8076技術要求及管片原材料技術指標要求。

2.5 粗骨料

采用福建智欣雙惠礦業有限公司生產的5～10mm和10～20mm反擊破石子，檢驗數據如下：含泥量0.4%，泥塊含量0.1%，針片狀5.0%，壓碎指標4.5%。其它檢驗項目檢驗結果符合JGJ 52技術要求和管片原材料技術指標要求。

2.6 細骨料

采用福建東石新型材料有限公司生產的河砂，細度模數2.7，表觀密度2 650kg/m3，云母含量0.0%，含泥量0.8%，泥塊含量0.2%，硫化物及硫酸鹽含量0.16%，有機物含量合格，氯離子含量0.000 3%，輕物質含量0.5%。檢驗項目檢驗結果符合JGJ 52技術要求和管片原材料技術指標要求。

2.7 水

拌合用水全部采用飲用水。

3 管片混凝土配合比設計要求

鋼筋混凝土襯砌管片要求混凝土強度等級達到C55，抗滲等級達到 P12，設計坍落度為（50±20）mm，最大水膠比為0.36，膠凝材料總量應控制在360～480kg/m3，氯離子含量≤0.06%，堿含量≤3.0 kg/m3，SO3含量≤4%，電通量≤1 000C（56d齡期），氯離子擴散系數≤3×10-12cm2/s（RCM法，56d齡期），快速碳化深度≤1cm，抗裂等級≥L-V。

4 管片配合比設計、性能比對試驗

試驗室試配強度為64.9MPa，設計抗滲等級為P14。根據《普通混凝土配合比設計規程》JGJ/ 55-2011、《混凝土結構耐久性設計規范》GB/T 50476、《鐵路混凝土結構耐久性設計規范》TB 10005，計算C55P12管片配合比，試驗室根據各原材料性能進行驗證，分析得出：水膠比0.33，砂率33%，粉煤灰、礦粉各摻10%的配合比性能最佳。不同水泥驗證情況如表2。

經過比對試驗，春馳P·O42.5、紅獅P·O42.5R蒸養6h后，達不到起吊強度要求，閩福P·O42.5R、閩福P·O52.5蒸養6h后，達到起吊強度要求，其它強度、拌合物性能和耐久性均達到要求。通過優選C3A含量≥8.0%、凝結時間較短的水泥，能促進混凝土的水化及縮短混凝土凝結時間。考慮到管片配合比成本，選用試驗編號2的閩福P·O42.5R配合比進行優化。優化比對如表3。

經過對比試驗，試驗編號8的閩福P·O42.5R配合比使用I級的粉煤灰和易性、強度、耐久性均優于II級粉煤灰；使用西卡減水劑B樣品配制的混凝土，混凝土初凝時間、抗壓強度、耐久性均優于西卡減水劑A樣品。

5 免蒸養混凝土生產驗證

考慮II級粉煤灰燒失量、需水量質量波動較大，我公司使用編號8的閩福P·O42.5R、I級粉煤灰、西卡減水劑B樣進行生產驗證，驗證如表4。

表4 生產配合比驗證

通過生產驗證，選擇水泥C3A＞8.0%、3d抗壓強度＞30.0MPa、標準型減水劑、優質的摻合料，優化配合比后能夠極大地縮短混凝土的初凝時間，提高混凝土早期強度。在大氣平均溫度15℃以上，管片混凝土在窯里利用特殊減水劑激發水泥水化熱產生蒸養的養護條件下，10h混凝土強度可達15MPa以上。用優選后的原材料通過養護窯系統，編號8的閩福P·O42.5R、I級粉煤灰、西卡減水劑B樣配制的管片混凝土，采用免蒸養措施，管片試件10h可達到最小拆模、起吊強度≥15MPa。該配合比節約能源損耗、降低生產成本，實現綠色生產，屬于綠色高性能混凝土。

6 工程應用效果

采用免蒸養的管片混凝土，不僅降低生產成本、節約能源損耗，還可避免管片混凝土蒸養后拆模、起吊時因溫差而產生溫度裂縫。免蒸養高性能混凝土已成功應用于廈門市軌道交通1號線、2號線、4號線等工程，主要應用于地鐵盾構管片。

7 結語

選擇高C3A的水泥、標準型減水劑配制的混凝土，在大氣平均溫度15℃以上時，管片混凝土在窯里利用減水劑激發水泥加速水化，水化熱產生悶熱效果，10h混凝土強度可達15MPa以上，符合吸盤起吊強度要求，無需采用蒸汽養護。節約能源、降低成本，實現綠色生產，還可提高管片模具的使用效率。