烏魯木齊嚴酷地質環境下

王建新+張長江+朱炎寧

[摘要]本文以烏魯木齊地鐵高性能混凝土的配制及施工工藝為例，通過添加高性能抗腐蝕劑來改善混凝土性能，保證混凝土的耐久性，通過對配合比優化和施工工藝的改進，順利完成該項目的混凝土澆筑。

[關鍵詞]嚴酷地質；抗腐蝕性；施工難度；和易性；優化配合比；施工工藝

烏魯木齊市政配套設施項目土建01標，作為烏魯木齊地鐵2號線一期工程中標段，首先由于該工程項目全部為地下線，且當地地質環境十分惡劣，對混凝土抗腐蝕性能要求較高；其次該項目施工難度大，混凝土澆筑現場在地下38m深處，混凝土通過垂直導管導人泵斗，對混凝土和易性要求較高。

1工程簡介

烏魯木齊地鐵2號線分兩期建設，一期工程共設置16個站臺，南起天山區延安路西，北至開發區華山路。2號線一期工程也是烏魯木齊南部一西北方向的主骨架線路，可以將烏魯木齊城市中心區與城市總體規劃中城市近期重點發展區域緊密銜接起來。并且由于2號線一期工程全長19.1km，全線采用地下敷設方式，結合當地惡劣的地質環境，所以該工程全部使用C45高性能混凝土共4898.5㎡，混凝土設計為抗滲等級P12，作業環境滿足H2，L1。該工程混凝土澆筑現場在地下38m深的基坑當中，混凝土泵送至施工部位的施工難度較大。本文主要介紹了嚴酷地質環境下高性能混凝土配合比優化和施工工藝的改進。

2地質環境及應對方案

根據以往工程實踐證明，在混凝土施工過程中和混凝土澆筑后期，由于變形、荷載和不均勻沉降導致混凝土產生裂縫。最終導致混凝土密實度降低，抗滲性能下降。而新疆烏魯木齊地區大部分為鹽堿地區，其中土壤當中氯鹽、硫酸鹽等酸性鹽類引起的對鋼筋腐蝕和混凝土的腐蝕破壞，是嚴重威脅鋼筋混凝土結構耐久性的最主要、最普遍的原因，造成的直接損失或間接損失遠遠超出人們的想象。面對如此嚴酷的地質環境，決定在該工程項目所用混凝土中摻加防腐抗裂防水劑TB-CSA和膨脹劑（UEA）以及通過優化配合比來保證該工程質量。

2.1摻加TB-CSA防腐抗裂防水劑

該工程項目混凝土中摻加的TB-CSA防腐抗裂防水劑是一種新型混凝土防水劑，其物理性能為粉狀、不燃、無毒、無氯、低堿，抗壓強度比同配比混凝土提高11%左右；凝結時間同基準混凝土凝結時間一樣，且對鋼筋無銹蝕，提高混凝土密實度，能使混凝土的抗滲等級提高，另外由于它的膨脹作用，可以使混凝土內部的應力分布得到改善，防止裂縫，進而提升混凝土防腐抗裂性能。

在該工程項目混凝土中摻加防腐抗裂防水劑TB-CSA，主要作用機理由以下幾點：①首先摻加TB-CSA防腐抗裂防水劑能夠減少混凝土的塑形性收縮，對于硬化后的預拌混凝土，可產生約0.0025%的微膨脹效應，此膨脹效應可補償或減少混凝土的體積收縮，使混凝土密實性進一步提高。澆筑之后的混凝土抗滲抗腐蝕性能增強。②其次TB-CSA防腐抗裂防水劑的膨脹源與水泥漿體中的ca（OH）2反應生成鈣礬石，鈣礬石是以結晶狀和凝膠狀存在于混凝土的空隙中，鈣礬石的結晶生長和吸水膨脹構成混凝土的膨脹源，使混凝土在硬化過程中產生膨脹，再加上由于鋼筋和鄰位約束，又可在混凝土構件中建立約為0.2～0.7MPa預壓應力，此預壓應力大致可以補償混凝土在硬化過程中產生溫差和干縮的拉應力，有效補償了混凝土收縮，減少因混凝土收縮產生的裂縫，增加混凝土密實度，進而提高混凝土抗滲防腐性能。

2.2摻加膨脹劑（UEA）

其是一種新型混凝土外加劑，主要作用是通過與混凝土中的水泥、水水化反應來產生體積變大的結晶，從而引起混凝土體積膨脹，產生一定預應力，有助于控制混凝土收縮產生裂縫。在混凝土中摻加膨脹劑（UEA），在拌水后生成大量的膨脹性結晶水化物，使混凝土產生適度的膨脹效應，在鋼筋和鄰位的約束下，產生的膨脹能轉為壓應力，此壓應力可抵消混凝土在早期硬化時產生的收縮拉應力，因此減少了混凝土當中的裂縫。提高了混凝土自身的密實性，以此來提升混凝土抗滲和防腐性能。

2.3優化配合比

在該工程混凝土生產中通過摻加一級粉煤灰，來提升混凝土的抗腐蝕能力。主要作用機理是：加入的一級粉煤灰使混凝土的密實度大大提高，減少混凝土中的孔隙數量，提高混凝土的抗滲性能，使硫酸鹽滲透性降至最低限度；對此進行如下對比試驗。

由以上兩種對比可知，在混凝土中加入一定量的一級粉煤灰首先提高混凝土可泵性，其次對混凝土抗腐蝕性能有一定幅度的提高，增強混凝土耐久性，滿足混凝土設計強度值。有助于該工程項目的混凝土后期技術要求。

3施工工藝及應對方案

該工程項目混凝土澆筑現場在地下38m深處，為防止混凝土因超高落差而發生離析，針對該施工難點采取以下措施。

3.1原材料選用

為了使澆筑現場混凝土有較好的工作性能，在混凝土生產時選用顆粒級配均勻的粗骨料和優質的水洗砂，在選用水洗砂時物理指標應達到以下標準：含泥≤2.0%、泥塊含量≤0.5%、Ⅱ區中砂，在摻合料選用時應選取Ⅱ級以上的優質粉煤灰以及S95級礦粉。來使混凝土達到較好的工作性能。

3.2泵管的架設

由于該工程項目混凝土澆筑現場場地狹小，施工電泵在地下38m深的基坑當中，首先架設垂直導管將混凝土導入施工電泵斗內，再通過150m的水平導管將混凝土泵送至澆筑現場。順利解決了混凝土從運輸車到澆筑現場的泵送難點。

3.3提供現場技術指導

為防止混凝土在卸料過程中因自由傾落高度過大，由于粗骨料在重力作用下克服黏著力后的下落動能大，下落速度較砂漿快，因而可能形成混凝土離析。經過現場觀察，向施工方提出以下幾點要求：①在架設垂直導管時，垂直導管之間應布置適當數量的彎管，因施工場地限制，無法架設彎管，最終采取垂直導管以一定傾斜度架設的措施，減小混凝土下落速度，防止混凝土離析。②為防止混凝土從導管導入泵斗內，出現離析，導致堵泵。在導管出料口處放置一塊約0.4㎡的木板，使混凝土經過木板均勻流人泵斗內，解決了因混凝土下落速度過快發生混凝土離析而導致堵泵的施工難點。

4結語

混凝土質量保證工作是從方案設計開始，到原材料進場、配合比設計、試配驗證、混凝土生產、運輸、泵送，直至澆筑、養護的一個系統工程，需要各方人員的整體聯動，各環節缺一不可。為保證該工程項目順利竣工，技術人員主要從原材料的選擇、配合比參數的合理確定等方面進行了研究。通過摻入一級粉煤灰和高性能化學外加劑的技術途徑來配制該工程項目所用混凝土，既可改善混凝土的性能，又能降低生產成本，有利于高性能混凝土的推廣應用。