膨脹劑在南昌紅谷隧道中的應用

李社偉，李軍平，趙軍輝，李長成

（1.中鐵隧道集團二處有限公司南昌市紅谷隧道工程施工項目經理部中心試驗室，江西 南昌 330209；2.北京市成城交大建材有限公司，北京 101105；3.中國建筑材料科學研究總院，北京 100024）

膨脹劑在南昌紅谷隧道中的應用

李社偉1，李軍平2，趙軍輝2，李長成3

（1.中鐵隧道集團二處有限公司南昌市紅谷隧道工程施工項目經理部中心試驗室，江西 南昌 330209；2.北京市成城交大建材有限公司，北京 101105；3.中國建筑材料科學研究總院，北京 100024）

紅谷隧道采用沉管法施工，沉管段為鋼筋混凝土結構，沉管段后澆帶混凝土為補償收縮混凝土。選用 CC-12 高性能膨脹劑配制限制膨脹率 ≥0.025% 的補償收縮混凝土，加強膨脹劑進站抽查檢測，延長攪拌時間，分層澆筑、加強振搗養護，確保后澆帶混凝土密實，沉管段連接處建立有效膨脹，提高隧道整體防水效果。

膨脹劑；補償收縮混凝土；沉管法；后澆帶

1　工程概況

紅谷隧道位于南昌市跨江大橋南昌大橋、八一大橋之間，連接南昌市紅谷灘新區與東岸老城區，隧道全長約2650m，工程按城市主干路、雙向六車道標準設計，設計行車速度為 50km/h。紅谷隧道采用沉管法進行施工，沉管段為鋼筋混凝土結構，全長 1305m，共 12 節管段，其中的 9 節每節長度約為 115m，剩余的 3 節每節長度約為 90m。管節結構橫斷面采用兩孔一廊道型式，尺寸為 30.0m（外寬）×8.3m（外高），頂板厚 1.10m、側墻厚 1.0m、底板厚 1.20m。兩側車道單孔尺寸為 12.4m（凈寬）×6.0m（凈高），中間廊道尺寸為 2.0m（凈寬）×5.7m（凈高）。

采用獨立大型分離式干塢，分 2 批次預制，每批預制 6節。沉管管段后澆帶混凝土采用膨脹混凝土，混凝土強度等級為 C45。

2　技術方案

沉管隧道工程項目投資巨大，地質條件復雜，同時工程對防水、抗滲及其在不同侵蝕條件下的工程壽命也都有著極為苛刻的要求[1-2]。后澆帶作為隧道沉管管段之間的連接，是一個關鍵環節，其質量好壞直接影響著隧道的工程質量和服役壽命。

隧道的底板、側墻和頂板厚度高達 1.0～1.2m，屬于大體積混凝土，水化放熱集中，溫度應力較大，開裂風險較高。因此，為保證后澆帶混凝土的抗裂性能，水中 7d 限制膨脹率設計取值≥0.025%。

膨脹劑是制備補償收縮混凝土的重要材料，為保證工程質量，工程部抽選了國內 4 家膨脹劑廠家，其膨脹劑的性能檢測結果見表 1。

由表 1 可知，北京 CC 與四川 VF 膨脹劑的各項性能指標均滿足國家規范要求，而山西 WJ 及河南 KP 膨脹劑的限制膨脹率比標準要求低。北京成城交大與四川路加四通膨脹劑樣品氧化鎂含量及總堿量均遠小于國家規范要求[3]，北京成城交大膨脹劑樣品的 Cl-含量最小，僅為 0.02%。綜合考慮各項性能，本工程后澆帶混凝土膨脹材料選用北京 CC 膨脹劑。

3　補償收縮混凝土制備

3.1原材料要求

原材料質量直接決定著混凝土質量的優劣，本工程原材料性能要求如下：

（1）水泥，采用強度等級不低于 42.5 級的普通硅酸鹽水泥，水泥質量應符合現行國家標準 GB175－2007《通用硅酸鹽水泥》的規定，不得使用礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥。

（2）礦物摻合料：①粉煤灰，采用細度（45μm 方孔篩篩余）不大于 12%、燒失量不大于 5%、需水量比不大于 100% 的 II 級粉煤灰；②礦渣，采用符合現行國家標準GB/T 18046－2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》有關規定的 S95 級礦渣粉。

（3）骨料：①細骨料，選用級配合理、質地均勻堅固、吸水率低、空隙率小的潔凈天然中粗河砂，細度模數為 2.6～3.0；②粗骨料，選用級配合理、粒形良好、質地均勻堅固、線膨脹系數小的潔凈碎石，碎石最大粒徑不宜大于20mm。

（4）減水劑，采用聚羧酸系高性能減水劑，其減水率應不小于 25%。

表1　膨脹劑性能檢測結果

3.2混凝土配合比

綜合考慮補償收縮混凝土強度、限制膨脹率、抗滲性、泵送施工要求的坍落度、大體積混凝土分層澆筑裂縫控制、水下環境耐久性要求與浮運施工的容重等控制要求，本工程確定的混凝土配合比見表 2，混凝土抗壓強度、限制膨脹率測試結果見表 3。

表2　混凝土編號及配合比 kg/m3

表3　硬化混凝土性能

由表 3 測試結果可以看出，北京 CC 高性能混凝土膨脹劑制備的 C45 補償收縮混凝土，完全滿足沉管后澆帶混凝土性能要求。

4　沉管后澆帶混凝土施工

后澆帶混凝土為大體積混凝土，如何控制混凝土溫升是進一步提高后澆帶混凝土結構抗裂防滲效果的有效手段。骨料是拌制混凝土的最大宗材料，每方混凝土中骨料約占總重量的 75% 以上。因此，降低骨料溫度是控制混凝土入模溫度的好方法。本工程所用粗細骨料均存放在骨料大棚中，避免陽光直射，圖 2 是后澆帶施工時混凝土測得的入模溫度。

此外，安排人員對混凝土坍落度進行定期檢測。底板、頂板混凝土厚度在 110～120mm，分二層澆筑完成。側墻高度為 8.40m，分四層澆筑，減少模板側壓力，防止發生脹模。施工時控制新舊混凝土澆筑時間差，不得出現施工冷縫。加強振搗，因單層澆筑厚度較厚，振搗時間適當延長，以表面混凝土不再明顯下沉為準。圖 3～4 為混凝土現場澆筑。

圖2　混凝土出機溫度測定

圖3　后澆帶混凝土外觀

圖4　沉管施工場景

為保證后澆帶混凝土符合設計要求，現場加強膨脹劑和混凝土的限制膨脹檢測工作。其中，膨脹劑進廠后安排人員定期抽查，采用 GB 23439－2009《混凝土膨脹劑》給出的啤酒瓶法對進廠膨脹劑進行快速定性判定，見圖 7。

圖7　啤酒瓶法快速檢測膨脹劑

圖8　混凝土膨脹性能現場檢測

混凝土的限制膨脹率采用中國建筑材料科學研究總院開發的水泥基材料變形現場測量方法[4]，見圖 8。前 14d，保持混凝土表面的毛巾始終處于濕潤狀態，14d 之后移除混凝土表面的毛巾，使試件處于濕度為 (60±5)% 的干燥狀態，整個過程保持在 20℃ 的環境中。

5　結語

紅谷隧道目前已完成北塢四個管節施工，南塢完成三個管節施工，后澆帶混凝土澆筑外觀質量良好，混凝土裂縫得到較好控制。CC-12 高性能膨脹劑配制的補償收縮混凝土質量穩定，施工性能優越，抗裂性能、耐久性能良好。

[1] 鐘輝虹，李樹光，劉學山，等．沉管隧道研究綜述[J]．市政技術，2007, 25(6)：490-494.

[2] 易寧，歐陽東，寧博．港珠澳大橋沉管隧道早期應力參數化分析與裂縫控制[J]．混凝土，2012,2：130-133+137.

[3] GB/T 23439-2009，混凝土膨脹劑[S]．北京：中國標準出版社，2009.

[4] 趙順增．圖解說明現場檢測補償收縮混凝土限制膨脹率的方法和儀器[J]．膨脹劑與膨脹混凝土，2012,3：28-30.

［通訊地址］江西省南昌市南昌縣東新鄉大洲村中鐵隧道集團南昌市紅谷隧道工程中心試驗室（523518）

Application of expansive agent in Nanchang Red Velley

Li Shewei1, Li Junping2,Zhao Junhui2,Li Changcheng3
(1. China Railway Tunnel Group Co., Ltd. Nanchang two Red Valley Tunnel Construction Project Management Department Central Laboratory, Nanchang 330209; 2.Beijing Chengcheng JiaoDa building materials; 3.China Building Materials Acadmy, Beijing 100024)

Immersed tube method is adopted for construction of Red valley tunnel. Immersed tube is reinforced concrete structure, and post-pouring joint uses shrinkage compensating concrete. CC-12 expansive agent is selected to make shrinkage compensating concrete with restrained expansion rate ≥0.025%. Casual inspection on expansive agent at fixed period, prolonging mixing time, placement layer by layer, and strengthening vibration and curing, thus the concrete density is secured. Efficient expansion is established in immersed tube junction, so that the waterproof effect is improved.

expansive agent; shrinkage compensating concrete; immersed tube method; post-pouring joint

李社偉（1972－），男，工程師。