機制砂高性能混凝土在南寧軌道交通工程的應用

楊衛軍 李錫松 楊成軍 張 建 黃冰宇 吳曉遠

（廣西壯族自治區建筑工程檢測中心有限公司）

受環境保護、原材料價格上漲、河砂資源短缺和材料運輸等因素影響[1]，南寧市混凝土企業已基本采用機制砂代替河砂生產高性能混凝土。與河砂不同的是，機制砂顆粒表明粗糙、棱角多、針片狀顆粒含量高、石粉含量高，機制砂制備高性能混凝土易出現離析泌水、流動性差、坍落度損失大等一系列問題[2]。為改善機制砂混凝土性能，常用的做法是石粉含量較多的、細度模數較低的碎石機制砂與細度模數較高、含有圓顆粒較多的卵石機制砂混合搭配使用。

南寧軌道交通5 號線于2017 年9 月開始建設，2021 年12 月28 日建成通車，是南寧首條采用全自動運行系統的地鐵線路。其主體結構設計使用年限為100年，結構構件包括框架梁、柱、頂底板、各層樓板、墻、樓扶梯、電梯井等，與土直接接觸結構均采用C35P8 高性能混凝土。本文以南寧軌道交通5 號線新秀公園站標記為HPC-A-C35P8-180（P8）-Q-Ⅲ(1500)混凝土為例，依據JGJ/T 385-2016 開展高性能混凝土全過程評價工作，針對機制砂高性能混凝土原材料、混凝土性能要求，總結機制砂高性能混凝土原材料選材、配合比試驗、高性能混凝土評價要點。

1 混凝土服役環境

新秀公園站是南寧軌道交通5 號線一期工程從南道北的第7 個站點，位于邕江低階地亞區（I1），距離邕江不足1km，地層自上而下依次為填土層、黏性土層、圓礫層、古近系成巖的泥巖、粉砂巖地層和炭質泥巖，地下水主要為上層滯水、第四系松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水，其中松散巖類孔隙水層、第四系松散巖類孔隙水層地下水量豐富，屬承壓水，與邕江有水力聯系。經對該站巖土層及地下水分析評價混凝土結構可知，該站地下水對混凝土結構具有微弱腐蝕性，地下水對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有微腐蝕性，土對混凝土結構具有微弱腐蝕性，對混凝土結構中的鋼筋及鋼結構具微腐蝕性。該站點采用了HPC-A-C35P8-180 （P8）-Q-Ⅲ(1500)、HPC-A-C35-180-Q-Ⅲ(1500)、HPC-A-C50-180-Q-Ⅲ(1500)三個標記的高性能混凝土。其中頂板、底板、結構側墻（壁柱、暗柱）、頂縱梁、低縱梁采用標記為HPC-A-C35P8-180（P8）-Q-Ⅲ(1500)的高性能混凝土，其技術要求見表1。

表1 高性能混凝土設計要求

2 選用原材料要求及檢測

根據高性能混凝土技術要求，混凝土配制時應選用優質水泥、性能良好的礦粉、粉煤灰等礦物摻合料，并對混凝土中膠凝材料最高、最大用量做出要求。原材料要求如下：

⑴水泥：選用強度不低于42.5 的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，其堿含量不低于0.60%，C3A 含量不超過8%，水泥比表面積不小于300m2/㎏，且不宜小于350m2/kg。

⑵混凝土摻合料：粉煤灰不低于Ⅱ級要求，礦粉不低于S95 級要求。粉煤灰、礦粉等礦物摻合料摻量一般控制在20%。

⑶機制砂：細度模數2.3～3.2，Ⅱ區顆粒級配，粒徑0.6mm 累計篩余量41%～70%，粒徑0.15mm 累計篩余量不小于90%。

⑷粗骨料：氯離子含量≤0.02%、含泥量≤0.5%，泥塊含量≤0.25%、吸水率≤1%、針片狀含量≤8%。

⑸混凝土拌合物用水：氯離子含量＜500mg/L 的飲用水。

項目選用潤豐P.O42.5 水泥、田東電廠F 類Ⅱ級粉煤灰、源盛S95 級礦粉、武鳴（5～31.5）mm 碎石，機制砂為扶綏碎石機制砂、欽州卵石機制砂按2:1 比例混合配制的混合砂，其檢測數據見表2。

表2 機制砂檢測結果

3 混凝土配合比試驗及檢測

該標記混凝土配合比分別在混凝土生產企業試拌、試生產及第三方檢測機構進行檢測，其試驗結果均滿足高性能混凝土設計要求，結果見表3、表4。

表3 配合比

表4 機制砂檢測結果

4 高性能混凝土評價

通過高性能混凝土評價確定設計、生產及使用的混凝土是否滿足高性能混凝土的要求，成為高性能混凝土推廣應用的最后一環。在高性能混凝土評價及推廣應用方面，廣西雖然不是首批高性能混凝土推廣試點省市，但廣西是首個開展高性能混凝土設計、生產、工程全過程評價的省份。值得一提的是，廣西推廣應用高性能混凝土由來已久。2014 年南寧市城鄉建設委員會發布《關于建設領域推廣應用相關技術的通知》（南建質安[2014] 14 號），規定軌道交通工程必須使用預拌混凝土優質品。2017 年，在JGJ/T 385-2015 實施后，南寧市城鄉建設委員會發布《關于督促軌道交通3 號線工程落實高性能混凝土應用的函》(南建管函(2016) 14 號)，規定軌道交通工程必須使用高性能混凝土，在《關于建設領域推廣應用相關技術的通知》（南建規[2017] 5號）中將高性能混凝土列入推廣應用名錄中。

自2019 年起，為組織車站主體、附屬結構、區間等分項分部工程質量驗收，南寧軌道交通集團有限責任公司組織開展高性能混凝土評價，具體評價工作由廣西壯族自治區建筑工程質量檢測中心（以下簡稱中心）負責，在全國首次采用JGJ/T 385-2015 開展高性能混凝土設計、生產、工程全過程評價，成功用于軌道交通3 號線、4號線、5 號線及2 號線東延工程。為順利開展評價工作，南寧軌道交通集團有限責任公司與中心為評價工作召開論證會，并明確了骨料及礦物摻合料放射性檢測可采用同料源生產的送檢報告，可收集生產企業出具的出廠氯離子含量報告，可采用現場施工、監理單位坍落度、擴展度報告進行混凝土拌合物性能進行評價。

高性能混凝土評價按JGJ/T 385 要求，由原材料、配合比、制備、混凝土性能、施工5 個方面評價指標組成。結合南寧市對高性能混凝土企業綠色生產水平，制備管理評價側重于對企業的管理體系建設、實驗室的建設和管理、技術人員的能力、生產裝備、生產過程質量控制以及綠色生成等全方位的規范化生產能力評價。此外，制備管理要求中的綠色生產分項可采用當年度綠色生產考核結果，不再重復評價。

原材料方面指標見前文第2 點，均滿足評價要求，其中水泥比表面積364m2/㎏，粉煤灰滿足F 類Ⅱ級的要求。配合比方面指標見前文第3 點，均滿足評價要求。混凝土性能方面，南寧市軌道交通5 號線新秀公園站高性能混凝土的耐久性要求有抗碳化、抗滲性、電通量，工程選用28d 電通量作為耐久性能評價指標，其他指標滿足設計要求即可，標記為HPC-A-C35P8-180（P8）-Q-Ⅲ(1500)高性能混凝土電通量檢測結果為1298，滿足≤1500C 的評價要求。抗滲性能滿足P8 要求，共取樣送檢了66 組抗壓試塊，最低值47.0MPa，滿足C35 強度等級要求。施工方面評價，采用塑料薄膜覆蓋保濕養護，澆筑、養護記錄表明未發現明顯裂縫，拆模后混凝土外觀質量良好，無溫度應力引起的明顯裂縫。

經評價該標記混凝土滿足高性能混凝土原材料、配合比、制備、混凝土性能、施工等5 個方面評價指標，以及滿足設計、生產、工程評價3 個評價類別的要求。

5 高性能混凝土應用需要注意的問題

⑴為避免因混凝土自收縮而產生的裂紋，新秀公園站主體結構混凝土施工分為14 段按順序施工，各個施工工區錯開混凝土澆筑時間，采用塑料薄膜進行覆蓋養護不少于14 天，養護期間每天澆水或噴淋灑水進行保濕養護，經現場檢查未發現明顯裂紋。分段施工及有效養護是控制混凝土裂縫的有效措施。

⑵針對現代水泥比表面積高、混凝土水化放熱快、易引起混凝土開裂的特征，新秀公園站高性能混凝土生產企業采用雙摻礦粉、粉煤灰來降低混凝土水化熱，其摻量達135㎏/m3，比例達33%。混凝土分層進行澆筑，非泵送混凝土最大攤鋪厚度不大于400mm，泵送混凝土攤鋪厚度不大于600mm，經精心施工及嚴格養護管理，現場檢查未發現明顯裂縫。

6 結語

卵石機制砂、碎石機制砂混合配制的高性能混凝土，經配合比試驗，混凝土電通量、抗滲、水溶性氯離子等性能均滿足高性能混凝土設計及評價要求。按JGJ/T 385-2015 對機制砂高性能混凝土原材料、配合比、制備、混凝土性能、施工5 個方面，及設計、生產、工程評價3 個評價類別進行評價，新秀公園站主體結構用混凝土滿足高性能混凝土評價要求。為保證高性能混凝土滿足耐久性要求，應注意分段施工及控制混凝土水化放熱量。確保混凝土無明顯裂縫，是高性能混凝土長壽命的基礎。