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摘要：地铁工程是集铁道、市政、建筑安装于一体的综合性工程，是我国建设工程领域发展最快，影响面最宽的重点建设项目。特别是地铁地下车站空间大，混凝土用量大，工程条件复杂等，如果施工不当或混凝土工作性能不好就会对混凝土外观及耐久性造成较大的影响，必须采取科学的生产方法和有效的施工方法。本文以地铁六号线二期工程项目为例，介绍了地铁混凝土配合比设计以及生产应用。
关键词：配合比设计；轨道交通；数字量化；生产工艺；地铁站
概述
地铁工程是集铁道、市政、建筑安装于一体的综合性工程，是我国建设工程领域发展最快，影响面最宽的重点建设项目。特别是地铁地下车站空间大，混凝土用量大，工程条件复杂等，如果施工不当或混凝土工作性能不好就会对混凝土外观及耐久性造成较大的影响，必须采取科学的生产方法和有效的施工方法。本文以地铁六号线工程项目为例，介绍了地铁混凝土配合比设计以及生产应用。作为天津市的交通动脉之一，六号线二期工程全部为地下线，全长12公里，新建8座车站和1座车辆段。有我公司提供预拌混凝土，为满足工程需要我们进行了混凝土应用技术研究。
1原材料
1.1 水泥
地铁六号线二期工程项目所使用水泥为唐山冀东水泥，主要技术数据见表1
表1 水泥基本技术数据
1.3.4胶凝材料的量化
在本次试验用胶凝材料对强度贡献的数字量化对应关系如表8所示
表8 原材间的数字量化关系
C=7.1 kg/MPa为该种水泥对混凝土强度的准确贡献值，即该种水泥7.1kg提供1MPa的强度；α2=0.65粉煤灰的适量取代系数，即可以用1kg的粉煤灰取代0.65kg水泥；α3=0.8矿粉的适量取代系数，即可以用1kg的矿粉取代0.8kg水泥。
2配合比设计及试验
设计要求：C50混凝土，坍落度T=240mm，抗渗等级P10，抗冻等级D100
原材参数：P.O42.5R水泥，水泥密度ρC0=3000kg/m3，水泥的活性系数α1=1.0，粉煤灰的活性系数α2=0.65，矿粉的活性系数α3=0.8，标准稠度W0=29kg，标准砂密度ρS0=2700 kg/m3，水的密度ρW0=1000 kg/m3，砂含石11%，砂含水2.0%，石吸水率2.47%，石子的空隙率p=0.4
2.1 配合比设计
2.1.1 胶凝材料的用量
（1）配制强度的确定
W1=（330+63×1.0＋51×1.0）×0.29=129（kg）
同时求得搅拌胶凝材料的有效水胶比W1/B：
W1/B=129/444=0.29
（2）外加剂用量的确定
采用以上水胶比，以推荐掺量2.0%进行外加剂的最佳掺量试验，本设计使用聚羧酸减水剂，净浆流动扩展度达到260mm，一小时保留值255mm，大于设计坍落度240mm，因此我们以掺量1.8%进行外加剂的最佳掺量试验，净浆流动扩展度达到240mm，一小时保留值235mm，我们最后确定以1.8%（6.5kg）作为最终的设计值，这样就可以保证配制的混凝土拌合物不离析、不泌水。
2.1.3 砂子用量及用水量的确定
（1）砂子用量的确定
石子的空隙率p=40%，由于混凝土中的砂子完全填充于石子的空隙中，每立方米混凝土中砂子的准确用量为砂子的紧密堆积密度1998kg/m3乘以石子的空隙率40%，则砂子用量计算公式如下：
S=1998×40%=800（kg）
由于砂子含石率为11%，砂子含水率为2.0%，砂子施工配合比用量为：
S0=S÷（1-11%）÷（1-2%）=800÷89%÷98%=918（kg）
（2）砂子润湿用水量的确定
当设计用的砂子为干砂时，吸水率的取值下限为5.7，上限为7.7：
即W2min = 5.7%×918
=52（kg）
W2max = 7.7%×918
=71（kg）
由于上述所得砂含水且含水量为S0×2%=918kg×2%=18kg，所以润湿砂子的实际用水量控制在为34kg－53kg之间。
2.1.4石子用量及用水量的确定
（1）石子用量的确定
用石子的堆积密度1683kg/m3乘1m3扣除胶凝材料的体积所对应的质量以及胶凝材料水化用水的体积所对应的质量和砂中的含石量，即可求得每立方混凝土石子的准确用量，则石子用量计算公式如下：
G=1683-（330÷3000+63÷2200+51÷2500）×2798-0.092×2702-918×11%
=904（kg）
（2）石子润湿用水量的确定
由于石子的吸水率为2.47%，用吸水率乘以石子用量即可求得润湿石子的水量：
W3 = G ×吸水率
=904×2.47%
=22（kg）
2.1.5 总用水量的确定
通过以上的计算可知：
胶凝材料所用水量为W1=129kg；润湿砂子所需的水W2=34kg—53kg；
润湿石子所需的水W3=22kg；混凝土总的用水量W = W1 + W2 + W3=164kg—183kg
2.1.6 C50混凝土配合比设计计算结果如表9
表9 C50混凝土配合比设计计算结果（单位：kg）
2.2 试验室试配
由于地铁工程对混凝土的要求比较高，主要是抗渗要达到要求，要提高混凝土的抗渗性就是提高混凝土的密实度，抑制孔隙；再者就是混凝土的用量大，由于地铁车站耐久年限长，结构构件侧墙、梁、板、柱尺寸较大，标准车站混凝土用量20000立方米左右，比起一般的房建工程用量要大；还要求浇筑的连续性等。通过试验室试配使生产的混凝土密实性良好，生产效率提高，减少堵泵现象的出现。
2.2.1 试配
按前面所计算的C50混凝土配合比设计计算结果进行试配，试配的混凝土不但要满足设计与施工要求，还要使混凝土的和易性、流动性以及坍落度损失达到要求，坍落度损失时间要根据搅拌站到工地的路程及在运输路段的路况决定，本工程坍落度损失时间3h即可。经试验，该配合比试配过程中，混凝土和易性良好流动性大，3h坍落度损失20mm以内，因此该C50混凝土具有良好的工作性，对该试配的混凝土进行装模成型，以便检测其它的性能。
2.2.2 混凝土力学性能
（1）抗压强度
按照以确定的配合比重复进行了10次试验，将其做成边长为100mm立方体试块并对其做各龄期的抗压强度试验，验证该配合比的稳定性，试验结果如表10
表10 C50混凝土的抗压强度（单位：MPa）
从试验结果可以看到，采用以上原材料和配合比试配成的混凝土，其28d抗压强度能够稳定地达到59.9 MPa以上，28d以后强度仍会继续增长。
（2）耐久性
耐久性在本次试验中主要考虑率抗渗性和抗冻性，本试验按照标准试验方法进行抗渗性和抗冻性试验。试验表明，本项目配制的混凝土抗渗等级达到P10以上，抗冻等级达到D100以上，适合于地下工程结构和自防水结构混凝土。
3 工程应用
3.1 应用工程简介
作为未来的交通动脉之一，六号线二期工程全长12公里，新建8座车站和1座车辆段。地铁六号线二期工程，有我公司提供预拌混凝土。
3.2 施工
3.2.1 拌合物性能
为保证工程质量，在混凝土生产过程中，随机抽取样品，观察运输与施工过程中混凝土拌合物坍落度及其损失值、含气量，检测结果如表11。
表11 混凝土拌合物性能数据
3.2.2 工程验收
C50混凝土在地铁六号线二期工程中大范围使用，由于合理的选用胶凝材料和外加剂掺量，使得混凝土运输车运送到施工现场时，坍落度损失小于10%，工作性能良好，和易性好，不离析、不泌水、黏聚性好，密实性好，在泵送过程中基本没有出现堵泵现象，易于泵送，实现了地铁工程对混凝土浇筑连续性的要求，得到工地监理及建设单位的一致好评。根据混凝土强度检测的各项评定指标，评定为合格。
4结论
六号线地铁工程采用唐山冀东P.O42.5R水泥，较干净的Ⅱ区中砂和质地坚硬、级配良好的碎石，生产过程利用预湿骨料工艺，合理的使用了减水剂和掺合料，配制出优质的混凝土成功应用于地铁项目施工，取得良好的效果。
参考文献：
［1］朱效荣．现代多组分混凝土理论．［M］．沈阳：辽宁大学出版社，2007．
［2］朱效荣．数字量化混凝土实用技术．［D］．北京：中国建材工业出版社，2016．
论文作者:刘亚柱
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/23
标签：混凝土论文; 砂子论文; 用量论文; 石子论文; 地铁论文; 工程论文; 用水量论文; 《防护工程》2019年第3期论文;