高性能砼施工技術淺析

張 龍

中鐵隧道集團一處有限公司，重慶 401121

高性能砼與普通砼相比，其抗拉、抗彎、抗裂及耐磨、耐沖擊、耐疲勞、任性等性能都有顯著提高，滿足了安全性、實用性和耐久性的要求。從而要有嚴格的質量要求。隧道襯砌要求砼有抗滲性、抗凍性、抗侵蝕性、耐久性、安全性等性能。在施工過程中，特別是原材料要求極為嚴格，砼配制、攪拌、運輸、澆筑、養護都極為重要。

1 原材料的基本要求

1.1 水泥

水泥是砼的主要膠凝材料，水泥的抗壓強度，抗折強度，安定性和凝結時間必須檢驗合格。隧道高性能砼優先使用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥的主要特性為早期強度及后期強度均高，水化熱較高，耐磨性、抗凍性均較高；但耐熱性、耐水性和抗腐蝕能力較差。普通硅酸鹽水泥是摻有少量活性材料的硅酸鹽水泥，特性和適用范圍，與硅酸鹽水泥基本相同，但早期強度和水化熱低于硅酸鹽水泥。

1.2 骨料

高性能砼的工作性、強度和耐久性對骨料更加敏感。骨料是砼重要組成部分，在水泥砼混合物中的體積和重量均占據了水泥砼的70%以上，占有絕大多數，其幾何特性、物理性能、化學成分等對砼早期的工作性能，硬化后的力學性能和耐久性能都存在不可忽視的影響。其影響因素有顆粒級配、含泥量、堿活性和有害物質含量等。

1）合格的顆粒級配可以降低砼的空隙率，提高密實度，提高砼強度；

2）含泥量過大，不應超過5%。超標1%就會使砼強度降低3MPa～5MPa，同樣會降低含氣量，影響砼耐久性；

3）堿活性超標，會造成砼中來自水泥、粉煤灰、減水劑中可溶性堿與骨料中某些組分之間發生堿集料反應，使砼膨脹開裂。經堿集料反應試驗后，由砂配制的試件無裂縫，酥裂，膠體外溢等現象，在規定試驗齡期的膨脹率應小于0.01%；

4）有害物質含量，會降低砼強度，硫酸鹽和硫化物產生體積膨脹，引起應力，砼開裂，從而耐久性降低。

細骨料不宜使用山砂，不得使用海砂，應采用河砂；粗骨料必須使用多級配碎石，若使用卵石，必須是多個破碎面的卵碎石，且必須是多級配的。另外，經研究表明適量石粉能改善砼拌合物和易性，減少砼膠凝材料用量，適量的粉塵還能起到填充料的作用，對于提高砼強度有利，同時還能改善砼抗滲性能。但過高的石粉含量會引起砼收縮增大。≤鐵路砼與砌體工程施工及驗收規范≥（TB10210-97）中規定：配置C30砼時，石粉（小于0.08mm顆粒）含量不能大于10%。但實際工程當中人工砂石生產系統制造的遠高于此標準， 經有關方面研究石粉含量介于16%～21%之間時，砼性能較優。

1.3 水

拌制砼用的水，應采用純凈的水，不得采用含有影響水泥正常凝結和硬化的油類、糖類等有害雜質的水。

1.4 外加劑

高性能砼主要就是摻加外加劑來改善砼工作性和耐久性。應使用高性能優良的外加劑。

首先，粉煤灰會對砼的工作性能有顯著改善。1）粉煤灰是由大小不等的球狀顆粒的玻璃體組成，表面光滑致密，在砼拌合物中能起到滾珠潤滑作用；2）新拌砼中水泥顆粒易聚集成團，粉煤灰的摻入會有效分散水泥顆粒，使砼拌合更加均勻；3）替代水泥減少水泥用量，減少水的用量，從而降低水灰比，減少泌水和離析；4）具有良好的保水性，有利于泵送施工。良好的工作性可大大改善砼外觀質量，也保證了內在質量。

其次，粉煤灰提高高性能砼耐久性。1）火山灰效應，粉煤灰取代部分水泥，不僅能降低砼有效含堿量，還能產生物理化學作用抑制堿-骨料反應。粉煤灰中含有的酸性氧化物和水泥水化產生Ca(OH)2反應，使骨料周圍的堿金屬離子及氫氧根離子減少。從而削弱堿-骨料反應；2）提高砼的抗滲性，粉煤灰顆粒分布水泥之間，增加砼密實性，減少水泥用量，降低了水化熱，從而即減少了砼本身的收縮和開裂，又提高了砼的抗侵蝕能力；3）摻加粉煤灰可以提高砼本身抗氯離子滲透性，砼密實性明顯改善，電通量指標明顯下降，防水砼要求粉煤灰慘量小于20%。

然而，粉煤灰砼應用與隧道襯砌存在凝結時間慢和早期強度低的問題。

另外，減水劑也是必不可少的。減水劑可以在保持一定強度的情況下，減少用水量。普通減水劑可以減少用水量5%～20%，增加砼密實性，提高砼強度和耐久性：使泌水率減少，有利于減少砼離析，改善砼工作性; 砼的引氣量和強度是影響砼抗凍性的主要因素，砼強度越高，抗凍性越好；水灰比越小抗凍性越好。

經試驗結果表明，聚羧酸減水劑在分子結構、減水率、泌水率、引氣量、塌落度保留值、凝結時間差、收縮率方面較優。該減水劑的減水率大于20%。

2 砼配合比的設計

長大隧道要求使用高性能砼，設計使用年限100年，還有抗滲防凍等要求。施工中慘有粉煤灰和高效減水劑、防水劑等。配合比設計步驟。

2.1 水泥用量和水灰比

砼不允許出現裂縫，采用低水化熱水泥，水泥用量不超過500kg/m3。

2.2 粉煤灰慘量的確定

耐久性砼要求粉煤灰摻量大于20%，可高達60%。

2.3 砂率

采用較低砂率一方面可以降低用水量，同時增加骨料在砼中的比例，從而降低砼自身的電通量。另外，可以減少砼收縮。

2.4 減水劑選擇及用量

根據相容性試驗，確定其用量。

2.5 水膠比和砂率的調整

水膠比以0.01或0.02為基準調整砂率，以確定最佳配合比。

高性能砼要求除了強度要求外，砼耐久性應采用水灰比和水泥用量，選用優質、顆粒級配良好的骨料，并根據環境要求選擇外加劑；拌合物和易性關系到質量均勻、密實等性能及工作性，和易性包括流動性、粘聚性及保水性；砼凝結時間與水泥的凝結時間有關，與水灰比有較大關系，根據一些試驗，在相同溫度條件下，砼的初凝時間約比水泥標準試驗的初凝時間延長一倍以上；在低溫澆筑砼時，砼拌合物必須具有一定的抗凍性能和早強性能。

3 施工過程的管理和后期養護

3.1 砼的配制與攪拌

在砼生產過程中，應注意控制原材料的計量偏差，砼拌合物應采用自動計量裝置，水泥。水摻合料、外加劑的稱量誤差在±1%之間，骨料控制在±2%左右。對集料的含水率的檢測，每以工作班不少于3次，如有異常情況要重新檢驗。按照實測含水率調整用水量、粗、洗、細骨料用量。砼攪拌時的水泥溫度：南方不宜高于60℃，北方不宜高于50℃，且不宜低于10℃。

在開工之初，應對所選用水泥、砂、碎石、摻合料、外加劑等原材料制作抗凍融循環、抗滲性、抗氯離子滲透性、抗裂性、抗鋼筋銹蝕和抗堿-骨料反應的耐久性試件各一組，進行耐久性試驗。

砼拌合物應拌合均勻，顏色一致，不得有離析和泌水現象。強制式攪拌機1000最短攪拌時間至少2min。砼拌合物應隨時進行塌落度、含氣量、泌水率、入模溫度等進行檢測。

3.2 砼運輸

砼的運輸能力應該滿足施工需要，使澆筑工作不間斷，保持均勻性，不出現分層離析現象。否則，要對砼拌合物進行二次快速攪拌。嚴禁在運輸過程中向砼拌合物加水。

3.3 砼澆筑

對大方量砼澆筑，應事先制定澆筑方案。砼入模前，應采用試驗設備測定砼的溫度、坍落度、含氣量、泌水率、坍落度損失率等工作性能。只有拌合物性能符合設計或配合比要求的砼方可入模澆筑。入模溫度一般控制在5℃～25℃之間。砼澆筑時的自由傾落高度不應大于2m；當大于2m時，應采用滑槽，串筒，漏斗等器具輔助輸送砼，保證砼不出現分層離析現象。砼澆筑過程當中應采用分層連續推移的方式進行，間歇時間不得大于90min，不得隨意留置施工縫。新澆筑砼溫度與鄰接的已硬化砼溫度不得大于15℃。砼攪拌、運輸及澆筑的全部時間不應超過砼的初凝時間。同一施工段的砼應連續澆筑，并在底層砼初凝之前將上一層砼澆筑完畢，上下層應不少于1.5m。

3.4 砼振搗

可采用插入式振搗棒，附著式平板振搗器，表面平板振搗器等振搗設備。振搗時應避免碰撞模板，鋼筋。采用插入式振搗器振搗砼時，每一振搗時間應以砼表面呈現浮漿且均勻平整、不再出現大量的氣泡和不再有顯著沉降為準。一般不會超過30s，避免過振。若需要變換振搗位置時，應首先豎向緩慢將振搗器拔出，然后將振搗器移至新位置，不的將振搗器放在拌合物中平拖。

3.5 砼的養護

砼澆筑成型后水泥硬化還需要一定數量的水分，一般砼澆筑完后，天然空氣相對濕度較低砼中水分容易蒸發，應盡快灑水養護，抗滲要求的砼贏不少于14d。當氣溫低于5℃時， 不得灑水，應覆蓋保溫。在任意時間內，砼養護水的溫度要小于砼表面溫度，之間溫差不得大于15℃。砼養護期間應采取保溫措施，防止砼表面溫度受環境因素影響而發生劇烈變化。養護期間砼的內部與表層、表層和環境之間的溫差不宜大于20℃。砼養護期間應對有代表性的砼結構進行溫度控制，采取同條件養護記錄。防止砼受溫、濕度的侵蝕，使水泥水化作用順利進行，砼達到預期的強度和抗裂能力。

上述就是高性能砼的生產過程，原材料和外加劑起著重要作用，直接決定砼的高性能，生產過程和后期養護質量檢測都是影響高性能砼的因素，但是，高性能砼才剛剛興起，許多方面不夠成熟，特別是外加劑還 需要進一步研究。

[1]楊理準，武吉中，余軍.公路施工手冊基本作業[S].北京，1992.

[2]劉艷青.鐵路客運專線隧道主要技術標準與施工關鍵技術.鐵科院（北京）工程咨詢有限公司.

[3]TB10003.鐵路隧道設計規范.

[4]TB10210-97.鐵路砼與砌體工程施工及驗收規范.