免蒸養(yǎng)混凝土在地鐵管片中的應(yīng)用

林麗玲

（廈門智欣建材集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361000）

1 概述

目前，大部分地鐵盾構(gòu)管片采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的方式提高混凝土早期強(qiáng)度，使模具的周轉(zhuǎn)效率得到提高。蒸汽養(yǎng)護(hù)是將盾構(gòu)管片放在充滿飽和蒸汽或蒸汽與空氣混合物的養(yǎng)護(hù)坑（或窯）內(nèi)，在溫度60℃以內(nèi)、濕度大于90%的養(yǎng)護(hù)環(huán)境中加速混凝土的水化反應(yīng)，使管片混凝土在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到脫模起吊強(qiáng)度。一般盾構(gòu)管片澆筑后在生產(chǎn)流水線上靜停1～2h，進(jìn)入蒸汽養(yǎng)護(hù)窯，升溫2h、恒溫2h、降溫2h后管片強(qiáng)度需＞15MPa。蒸汽養(yǎng)護(hù)雖能提高盾構(gòu)管片混凝土早期強(qiáng)度，但也存在有害氣體排放和資源浪費(fèi)等問題。盾構(gòu)管片不采取蒸養(yǎng)措施，管片混凝土凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，模具周轉(zhuǎn)率較低，極大地影響生產(chǎn)效率。因此，我司經(jīng)過比對(duì)試驗(yàn)，選擇凝結(jié)時(shí)間短、水化較快的水泥和標(biāo)準(zhǔn)型高性能減水劑，并優(yōu)化配合比，使管片混凝土在養(yǎng)護(hù)窯里悶熱，利用混凝土的水化熱提高養(yǎng)護(hù)溫度和拆模起吊強(qiáng)度，即免蒸養(yǎng)混凝土。免蒸養(yǎng)混凝土在外界氣溫＞15℃時(shí)，生產(chǎn)線上的管片混凝土10h拆模，起吊強(qiáng)度均＞15MPa，且混凝土拌合物性能、力學(xué)性能、耐久性能滿足設(shè)計(jì)要求。

2 管片混凝土配合比原材料檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.1 試驗(yàn)

試驗(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)如表1。

所檢項(xiàng)目檢驗(yàn)結(jié)果均符合GB 175技術(shù)要求和管片原材料技術(shù)指標(biāo)要求。

2.2 粉煤灰

采用漳州后石電廠生產(chǎn)的F類I級(jí)粉煤灰、F類II級(jí)粉煤灰性能指標(biāo)如下：F類I級(jí)細(xì)度9.3%，需水量94%，燒失量1.54%；F類II級(jí)細(xì)度15.6%，需水量99%，燒失量2.35%。

所檢項(xiàng)目檢驗(yàn)結(jié)果均符合GB 1596技術(shù)要求及管片原材料技術(shù)指標(biāo)要求。

2.3 礦渣粉

采用三鋼集團(tuán)（龍海）礦微粉有限公司生產(chǎn)的S95級(jí)磨細(xì)礦渣粉，密度2.92g/cm3，比表面積417m2/kg，7d活性指數(shù)78%，28d活性指數(shù)98%，流動(dòng)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(xiàng)目檢驗(yàn)結(jié)果符合GB/T 18046-2008技術(shù)要求和設(shè)計(jì)要求。

表2 配合比驗(yàn)證

表3 優(yōu)化比對(duì)驗(yàn)證配合比

2.4 外加劑

采用西卡（中國(guó)）有限公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)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(jié)時(shí)間差為-50min、B樣品初凝凝結(jié)時(shí)間差為-70min。其它項(xiàng)目檢驗(yàn)結(jié)果符合GB 8076技術(shù)要求及管片原材料技術(shù)指標(biāo)要求。

2.5 粗骨料

采用福建智欣雙惠礦業(yè)有限公司生產(chǎn)的5～10mm和10～20mm反擊破石子，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：含泥量0.4%，泥塊含量0.1%，針片狀5.0%，壓碎指標(biāo)4.5%。其它檢驗(yàn)項(xiàng)目檢驗(yàn)結(jié)果符合JGJ 52技術(shù)要求和管片原材料技術(shù)指標(biāo)要求。

2.6 細(xì)骨料

采用福建東石新型材料有限公司生產(chǎn)的河砂，細(xì)度模數(shù)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(jī)物含量合格，氯離子含量0.000 3%，輕物質(zhì)含量0.5%。檢驗(yàn)項(xiàng)目檢驗(yàn)結(jié)果符合JGJ 52技術(shù)要求和管片原材料技術(shù)指標(biāo)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(shè)計(jì)要求

鋼筋混凝土襯砌管片要求混凝土強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到C55，抗?jié)B等級(jí)達(dá)到 P12，設(shè)計(jì)坍落度為（50±20）mm，最大水膠比為0.36，膠凝材料總量應(yīng)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(kuò)散系數(shù)≤3×10-12cm2/s（RCM法，56d齡期），快速碳化深度≤1cm，抗裂等級(jí)≥L-V。

4 管片配合比設(shè)計(jì)、性能比對(duì)試驗(yàn)

試驗(yàn)室試配強(qiáng)度為64.9MPa，設(shè)計(jì)抗?jié)B等級(jí)為P14。根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ/ 55-2011、《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T 50476、《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》TB 10005，計(jì)算C55P12管片配合比，試驗(yàn)室根據(jù)各原材料性能進(jìn)行驗(yàn)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(yàn)證情況如表2。

經(jīng)過比對(duì)試驗(yàn)，春馳P·O42.5、紅獅P·O42.5R蒸養(yǎng)6h后，達(dá)不到起吊強(qiáng)度要求，閩福P·O42.5R、閩福P·O52.5蒸養(yǎng)6h后，達(dá)到起吊強(qiáng)度要求，其它強(qiáng)度、拌合物性能和耐久性均達(dá)到要求。通過優(yōu)選C3A含量≥8.0%、凝結(jié)時(shí)間較短的水泥，能促進(jìn)混凝土的水化及縮短混凝土凝結(jié)時(shí)間。考慮到管片配合比成本，選用試驗(yàn)編號(hào)2的閩福P·O42.5R配合比進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化比對(duì)如表3。

經(jīng)過對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)編號(hào)8的閩福P·O42.5R配合比使用I級(jí)的粉煤灰和易性、強(qiáng)度、耐久性均優(yōu)于II級(jí)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(shí)間、抗壓強(qiáng)度、耐久性均優(yōu)于西卡減水劑A樣品。

5 免蒸養(yǎng)混凝土生產(chǎn)驗(yàn)證

考慮II級(jí)粉煤灰燒失量、需水量質(zhì)量波動(dòng)較大，我公司使用編號(hào)8的閩福P·O42.5R、I級(jí)粉煤灰、西卡減水劑B樣進(jìn)行生產(chǎn)驗(yàn)證，驗(yàn)證如表4。

表4 生產(chǎn)配合比驗(yàn)證

通過生產(chǎn)驗(yàn)證，選擇水泥C3A＞8.0%、3d抗壓強(qiáng)度＞30.0MPa、標(biāo)準(zhǔn)型減水劑、優(yōu)質(zhì)的摻合料，優(yōu)化配合比后能夠極大地縮短混凝土的初凝時(shí)間，提高混凝土早期強(qiáng)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(fā)水泥水化熱產(chǎn)生蒸養(yǎng)的養(yǎng)護(hù)條件下，10h混凝土強(qiáng)度可達(dá)15MPa以上。用優(yōu)選后的原材料通過養(yǎng)護(hù)窯系統(tǒng)，編號(hào)8的閩福P·O42.5R、I級(jí)粉煤灰、西卡減水劑B樣配制的管片混凝土，采用免蒸養(yǎng)措施，管片試件10h可達(dá)到最小拆模、起吊強(qiáng)度≥15MPa。該配合比節(jié)約能源損耗、降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)，屬于綠色高性能混凝土。

6 工程應(yīng)用效果

采用免蒸養(yǎng)的管片混凝土，不僅降低生產(chǎn)成本、節(jié)約能源損耗，還可避免管片混凝土蒸養(yǎng)后拆模、起吊時(shí)因溫差而產(chǎn)生溫度裂縫。免蒸養(yǎng)高性能混凝土已成功應(yīng)用于廈門市軌道交通1號(hào)線、2號(hào)線、4號(hào)線等工程，主要應(yīng)用于地鐵盾構(gòu)管片。

7 結(jié)語

選擇高C3A的水泥、標(biāo)準(zhǔn)型減水劑配制的混凝土，在大氣平均溫度15℃以上時(shí)，管片混凝土在窯里利用減水劑激發(fā)水泥加速水化，水化熱產(chǎn)生悶熱效果，10h混凝土強(qiáng)度可達(dá)15MPa以上，符合吸盤起吊強(qiáng)度要求，無需采用蒸汽養(yǎng)護(hù)。節(jié)約能源、降低成本，實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)，還可提高管片模具的使用效率。