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青岛地铁工程衬砌混凝土抗裂技术研究

时间:2019/1/16 15:23:38 来源: 点击次数:1608

青岛地铁工程衬砌混凝土抗裂技术研究徐振1,殷险峰1,周桂银1,栗全旺1,张鹏1,申华伟1,李秋义2

1.青岛市地铁一号线有限公司,山东 青岛2660002.青岛理工大学,山东266033

摘要:针对青岛地铁某号线衬砌混凝土出现裂缝较为严重的现象,实地调研发现地铁工程用混凝土在原材料的质量、混凝土配合比及现场施工条件和混凝土的养护方法上存在诸多问题,为改善混凝土抗裂性能,本文通过控制原材料质量主要包括骨料含泥量、外加剂的性能,施工及养护技术,在原有配合比的基础上进行优化,优化后的配合比在实际工程应用上混凝土的抗裂性能明显提升,具有很好的工程实用性和经济性。

关键词地铁混凝土;抗裂技术;原材料配合比优化;施工技术

0引言

地铁工程是投资巨大的城市基础设施和重要的生命线工程,在地铁建设过程中,混凝土材料是最大宗的建筑材料,对地铁工程安全性、耐久性起到关键作用。混凝土裂缝是工程中最常见的一种缺陷,裂缝的存在会影响结构的抗渗性能,导致水分及有害物质渗入,诱发钢筋锈蚀或加速混凝土的自然老化,从而损害工程结构的承载能力,对安全性产生影响。即使尚未直接影响到使用安全,也会影响混凝土的耐久性[1]

地铁工程大多为大体积混凝土,由于水泥水化反应产生大量的水化热容易导致混凝土产生裂缝,本试验针对大体积混凝土[2]的一些缺点,通过提高复掺矿物掺合料的用量,降低水泥用量优化地铁混凝土的配合比,并且对原材料质量及施工技术进行控制,从而改善混凝土的抗裂性能[3]在满足地铁混凝土施工性能、力学性能和抗裂性能的基础上,既节约了成本,又促进了绿色混凝土[4]发展,具有很大的社会效益和经济效益

1案例分析

本文针对青岛地铁项目进行实地调研考察,该混凝土为45日浇筑,检测位置为负二层的侧墙,检测区域总长度为15m,经统计,该区域裂缝数量6条,大多数裂缝属于贯穿裂缝,最大长度为6.0 m,平均长度为5.9 m,最大宽度为0.338mm,平均宽度为0.268mm,两条相邻裂缝最小间距为1.29m。现场调研时某条裂缝的实际情况如图1所示

地铁混凝土出现裂缝是常态,且有些位置情况非常严重,所以要从根源上进行解决。本文从地铁混凝土所使用的原材料、配合比以及现场施工条件和混凝土养护方法上进行逐一调查。

1.1原材料调研

本文所调查的地铁站点所有混凝土大部分是由A商品混凝土搅拌站提供,故针对A商品混凝土搅拌站所用原材料进行抽检,主要包括粗骨料、细骨料、粉料及外加剂等,参照《建设用砂》(GBT14684-2011)、《建设用碎石卵石》(GBT14685-2011)规范进行检测,A商品混凝土搅拌站所用粗、细骨料的主要性能指标分别见表1和表2

参照《混凝土外加剂应用技术》(GB50119-2013)规范,砂浆配合比采用工程使用的混凝土配合比去除粗骨料之后的砂浆配合比,水胶比降低0.02,砂浆总量不小于1L,初始扩展度要求350±20mm,抽检原材料砂浆扩展度测试结果,试验图片如图2

由图表可知,原材料经检测,粗骨料颗粒级配良好,碎石压碎指标合格,细骨料颗粒级配良好,砂细度模数为2.5,中砂,粉料细度合格,骨料含泥量偏高,外加剂相容性试验结果基本无初始拓展度,不符合规范标准。

1.2混凝土配合比使用情况

青岛地铁混凝土用配合比见表3。

由表可知,地铁用混凝土的配合比,水泥用量过大,矿物掺合料用量较小,从而导致水泥水化热大,影响混凝土体积稳定性,导致混凝土产生裂缝。

1.3混凝土现场施工及养护情况

调研发现,青岛地铁某站混凝土浇筑时没有因环境的改变而调整浇筑措施,振捣工艺简单,没有进行二次振捣,以及拆模时间不规范,在混凝土养护方面,没有严格按照规范操作,对墙体没有采取很好的保温保湿养护,浇筑面没有及时抹压处理。

经过调研分析得出,地铁工程用混凝土产生裂缝的主要原因分为以下几点:

1)原材料的质量及施工技术控制,主要是在混凝土浇筑、拆模及养护技术控制及骨料的质量控制,骨料的含泥量直接会影响混凝土的耐久性,含泥量过大会导致混凝土的氯离子扩散系数增大,导致混凝土的抗渗性能降低,从而引起收缩量增大;

2)地铁工程用混凝土的配合比不合理,在保证同样性能的基础上,地铁用配合比的水泥用量过大,水泥用量越大,水泥水化越严重,从而水化放热量越大,热量聚集在混凝土内部不易散失,导致混凝土内外温差越大,对混凝土内部降温收缩的约束也就越大,从而产生很大的拉应力,而混凝土的抗拉强度较低,当不足以抵抗这种应力时混凝土就会产生裂缝,所以解决裂缝的关键是控制原材料质量、施工技术控制及优化混凝土配合比。

2混凝土抗裂技术的提出

2.1原材料的控制

原材料的质量控制主要有以下几点:

1)骨料宜选择5-25mm连续级配的碎石,堆积密度应大于1450kg/m3,吸水率≤2%,空隙率≤42%,压碎指标≤12%,针片状颗粒总含量≤10%

2细骨料宜采用中砂,细度模数2.4-3.0的河砂,控制4.75 mm0.6 mm0.15 mm筛的累计筛余量分别为0-5%40%-70%≥95%

3含泥量的控制,含泥量较大会严重影响混凝土的性能,黏土易吸水,使得流动拌合水变少,造成混凝土的和易性变差,坍落度经时损失增加,体积稳定性变差,导致混凝土收缩量变大,使得混凝土产生裂缝,一般要求强度等级在C35-C55的混凝土的细骨料的含泥量不能大于3.0%,粗骨料的含泥量不大于1.0%

(4)减水剂选择聚羧酸高性能减水剂,减水剂的性能直接影响混凝土的耐久性,提高混凝土的耐久性的关键之一是降低水胶比,提高混凝土的密实性,从而提高混凝土的抗收缩开裂性能。

2.2混凝土配合比的优化

2.2.1优化后的配合比

根据地铁工程用的配合比,对配合比设计[5]进行了优化,针对混凝土强度等级C45,水泥种类为P.I42.5P.I52.5分别对矿物掺合料[6-10]用量进行调整进行的配合比优化,得到新的配合比,见表4

上述可知,优化后的配合较之前的配合比,矿物掺合料用量对不同水泥种类分别提高到40%及50%,水泥用量最大降低了19.6%,矿物掺合料对混凝土的工作性能、力学性能及耐久性均有明显的改善效果,水泥用量的降低,从而降低了水泥水化放出的热量,进而提高了混凝土的体积稳定性,对混凝土的抗裂性性能明显的提升,促进绿色混凝土的发展。

2.2.2优化后混凝土抗压强度

优化后的配合比混凝土的抗压强度,结果如图3。

由图3分析可知,强度等级为C45混凝土的抗压强度随着龄期的增长而增大,混凝土龄期28d的抗压强度最大达到53.3MPa,矿物掺合料用量的增加更大程度的改善了混凝土的流动性,提高了混凝土的密实性及抗渗性,其抗压强度必然提高。

2.2.3优化后混凝土收缩率

优化后的配合比试配混凝土试块在不同龄期的收缩情况,结果如图4。

由图4分析可知,随着龄期的变化,混凝土试块的收缩率逐渐变大,前期收缩率变化比较大,后期变化基本趋于平稳,是因为前期水泥水化引起内外应力变化大,收缩变化明显,而矿物掺合料用量为50%的混凝土在前期的收缩率小于掺量40%的,这是因为矿物掺合料用量的增加会更大程度提高了混凝土的密实度,从而降低收缩率,后期收缩率趋于平缓,是因为水泥水化已基本充分。

2.2.4优化后混凝土早期抗裂试验

优化后的配合比试配混凝土试块早期抗裂试验24h的开裂情况,24h无裂缝出现,结果如图5

2.3混凝土现场施工控制及养护方法

1)大体积混凝土采用二次振捣工艺,即在混凝土浇筑后即将凝固前,在适当的时间和位置给予再次振捣,以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和孔隙,增加了混凝土的密实度,从而减少了混凝土内部微裂缝,进而提高混凝土的强度抗裂性

2浇筑面应及时进行二次抹压处理。

3拆模时间,大体积混凝土结构墙体浇筑后第6-8 天拆除模板,在模板拆除后,应视环境变化情况,对墙体采取保温保湿养护。

4在任意养护时间,混凝土采用喷洒水养护时,水的温度混凝土表面温度之间的温差不得大于15℃。经查2517局的测温曲线 60小时左右大约40℃,因此拆模淋水养护的水温应在25℃左右。而过海段隧道内温度较低,混凝土表面温度也较低,可以用自来水养护。

5雨雪天不宜露天浇筑混凝土,如果需要进行施工时,应采用确保混凝土质量的措施,浇筑过程中突遇大雨或大雪天气时,应及时在结构合理部位留置施工缝,并应尽快中止混凝土浇筑;对已浇筑还未硬化的混凝土应立即进行覆盖,严禁雨水直接冲刷新浇筑的混凝土。

3混凝土抗裂技术应用实例

优化后的配合比在青岛地铁某条线某站进行实地工程应用,在严格控制原材料质量、施工技术及拆模养护的基础上,进行衬砌混凝土的浇筑,该站点采用优化后的配合比制备的混凝土进行浇筑,拆模养护后,混凝土表面无裂缝出现,实物图如图6。

4结论

1矿物掺合料用量的增加,降低了水泥水化热,而且矿物掺合料可以改善混凝土的流动性及致密性,从而提高了混凝土的抗裂性能。

(2)在保证混凝土工作性能及力学性能的基础上,选用1:1复掺矿物掺合料用量40%P.I42.5水泥与矿物掺和量为50%P.I52.5水泥的混凝土配合比,混凝土的抗裂性能最好。

(3)优化后的配合比,在保证混凝土的工作性能和力学性能的基础上,较地铁公司提供的配合比,很大程度上减少了水泥用量,水泥用量最大减少了19.6%,节约了原材料成本,实现了绿色混凝土的发展。

参考文献

[1师砚伟,连永刚,郭国齐大体积混凝土裂缝及其耐久性[J]. 河南建材,2009,(03):80+82.

[2] 龚剑,李宏伟大体积混凝土施工中的裂缝控制[J]. 施工技术,2012,41(06):28-32.

[3]孙永波,曾力,刘数华大体积混凝土抗裂性能研究[J]. 南水北调与水利科技,2003,(05).

[4]李秋义,高嵩,薛山.绿色混凝土技术[M].北京:中国建材工业出版社,2014.

[5]中华人民共和国住房和城乡建设部.普通混凝土配合比设计规程: JGJ55-2011. 北京中国建筑工业出版社, 2011

[6]矿物掺合料对混凝土性能的影响[J]. 罗碧丹,林钢,刘文利,范志宏.水运工程.2009(03).

[7]胡红梅,马保国.矿物掺合料对混凝土耐久性的影响及其作用机理[J].福建建材,2001,(01.

[8]赵联桢.矿物掺合料对混凝土早期收缩与力学性能的影响[D].南京水利科学研究院,2010.

[9]覃维祖.粉煤灰在混凝土中的应用技术[J]. 商品混凝土,2006,(02).

[10]冯宗敏.采用双掺技术高性能混凝土配合比优化设计[D].安徽理工大学,2017.

作者简介:徐振1978-),男,大学本科学历,工程硕士,高级工程师,主要从事项目管理和建筑材料等方面的研究工作。

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