摘要：伴随着国家社会经济的快速发展，我国基础设施建设项目逐渐增多，其中地铁建设就是重要的一部分。地铁施工中大规模的盾构设备的使用，对地铁预制管片的质量提出了更高规格的标准。地铁预制管片作为盾构施工中重要的水泥预制品，承担着隧道工程结构安全及防水等重要功能，直接影响地铁工程的结构耐久性及其使用寿命。本文就厦门市轨道交通2号线二期工程土建施工预制管片生产的实际经验，简要介绍预制管片生产中混凝土配合比设计及过程的质量控制。
关键词：地铁管片、原材料、配合比设计、施工质量控制
1、工程概况
厦门市轨道交通2号线总长39.1km，全程设置车站21座。路线首期从五缘湾至海沧新城，东西骨架线，东起钟宅湾，沿环岛干线向南至何厝后沿吕岭路经江头由湖滨北路向西跨海，经海沧后止于马青路北侧，构建本岛与海沧快速跨海连接通道。路线二期工程起于天竺山站（含），终至马青路站（含），正线全长约15.5公里，全线采用地下敷设方式，共设车站9座，全部为地下站，其中换乘站3座。
2、配合比设计要求
厦门市轨道交通2号线预制管片设计使用年限100年，混凝土配合比设计等级为C50，抗渗等级为P10，其中埋深超过30m处采用P12。设计坍落度为50±20mm，最大水胶比为0.36，单位体积混凝土的胶凝材料用量为360～480kg/m3，混凝土耐久性指标为电通量（56d）＜1000C，氯离子迁移系数（56d）DRCM≤3.0×10-12m2/s。
3、原材料的确定
3.1水泥
轨道交通2号线预制管片采用流水线施工技术，模具周转周期为8-11小时，工期较急，这就要求管片混凝土早期能够达到满足要求的拆模强度，所以水泥宜采用早期强度高的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。根据管片混凝土原材料中关于水泥铝酸三钙含量≤8.0%，碱含量≤0.6%，氯离子含量≤0.06%等要求，通过对厂里常用的水泥进行相关指标进行比较后，选择了平均值和富余系数较大的、3天抗压强度较高的安徽芜湖海螺P•II52.5水泥。水泥的主要性能检测指标结果见表1所示。
表1 海螺P•II52.5主要性能检测结果
3.2 掺合料
根据以往的混凝土施工经验，掺入一定量的粉煤灰和矿渣粉，可以提高混凝土拌合物的性能，其中粉煤灰的滚珠效应对混凝土产生润滑作用，改善混凝土拌合物的流动性，对预制管片的外观质量改善和降低气泡的产生有着良好的效果；矿渣粉颗粒的大小处于水泥和粉煤灰之间，粉煤灰和矿渣粉的复配配制混凝土，可以使材料间的间隙得到填充，从而提高混凝土的密实程度，使的混凝土的耐久性、和易性、粘聚性、泌水性得到改善。其次粉煤灰和矿渣粉的使用，可以降低浆体的水化热，减少混凝土由于水化热引起的内部温度过高，从而防止裂缝的产生。通过对原材料的要求及其比选，选用了性能比较优越的漳州后石电厂生产的F类I级粉煤灰和三钢集团生产的S95矿渣粉。其主要性能检测结果见表2及表3。
表2 F类I级粉煤灰主要性能检测结果
3.3 外加剂
由于预制管片的施工工艺特点，即要减少抹面时间和蒸养时间，加快生产速度。其次混凝土的干缩裂缝是由于混凝土中过多自由水的流失都导致的，这就要求外加剂具有早强、早凝及其较高的减水率的性能，根据相关设计要求，对比了几个不同厂家的外加剂，并进行了大量的试验，从中选择了科之杰新材料集团有限公司的聚羧酸系高性能减水剂。其主要性能检测结果见表4。
表4 减水剂主要性能检测结果
3.4集料
由于预制管片的高强度、高耐久性、抗渗等性能特点，对用于生产的集料具有严格的要求，质优的集料对混凝土裂缝的预防具有重要的意义，故在生产过程中，要严格控制集料的质量。我厂根据原材料供应情况及相关设计要求，采用了华安生产的河砂和龙海生产的5～10mm和10～20mm两级配碎石，集料其主要性能检测指标见表5及表6。
表5 砂主要性能检测结果
4、配合比设计
管片混凝土配合比设计要满足早强和抗氯离子渗透、抗早期碳化等耐久性能。因此要按照高性能配合比设计方法，选择合理的水胶比、掺合料掺量、砂率等技术指标，采用绝对体积法进行设计。
4.1用水量的确定
管片混凝土具有低塑性特点，混凝土坍落度控制在50±20mm范围内，故依据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》，查表可知设计用水量为200 kg/m3。根据已选外加剂的减水率为30%可以确定单方混凝土用水量为140kg。
4.2掺合料掺量的确定
采用粉煤灰和矿渣粉双掺工艺，不但可以提高原材料的密实性，而且还能降低水泥的使用量，从而减少水泥水化热，防止裂缝的产生。由于预制管片的拆模强度有所要求，即强度不低于15MPa。故掺合料的掺量应该满足混凝土的早期强度要求，根据以往的施工经验，配合比试验采用粉煤灰掺量10%、15%、20%和矿渣粉10%、15%进行正交试验，通过试验确定合理的掺量。
4.3水胶比的确定
依据设计要求，配合比的最大水胶比为0.36，胶凝材料控制在360～480kg/m3，根据以往的施工经验，管片配合比的水胶比应在0.34左右。
4.4砂率的确定
根据设计要求和以往的配合比设计经验，砂率的选择应符合设计和施工的要求，过大的砂率虽然能提高混凝土的和易性，但是同时也降低了混凝土的强度。由于管片混凝土的坍落度较小，过小的砂率会导致碎石偏多，使混凝土振捣后骨料之间的空隙不能很快填充，容易产生蜂窝麻面等现象。经过不断的试验，最终确定了碎石在1100-1200为宜，且砂率不宜低于35%。
4.5配合比设计
运用正交设计方法，确定的试验方案为：单方用水量为140 kg/m3，水胶比用0.36、0.34、0.32，掺合料掺量为粉煤灰10%、15%、20%和矿渣粉10%、15%，其试验方案及试验结果见表8。
表8 正交设计方案及试验结果
通过表8的试验结果可以看出，A组配合比中28d抗压强度、耐久性指标不符合要求，B、C组配合比中28d抗压强度和耐久性指标均符合要求。从经济性来说，应该选择B组配合比方案，从12h的抗压强度的变化趋势、生产过程中对拆模强度的要求以及经济合理性方面考虑，选择B2方案。
进一步对B2的配合比进行试验验证，其性能指标见表9。
表9 B2组混凝土性能指标试验结果
5、施工过程质量控制
5.1原材料控制
（1）严格把控进厂原材料质量，做到符合要求方可入库生产。
（2）每个生产班次做好施工前和施工过程的砂石含水率的测定，做到对配合比调整的及时性。
5.2计量
拌合楼计量系统的准确性对管片混凝土的质量影响巨大，因此设备部门要做到对计量系统的检定与校核的经常性，制定相应的检定计划，发现误差超过允许值要及时进行调整，确保计量的准确。
5.3混凝土浇筑
（1）严格按照设计配合比进行投料搅拌，控制计量偏差及搅拌时间。
（2）严格控制混凝土坍落度，保证拌合物的均匀性，坍落度过大虽然便于浇筑，但是同时也带来了振捣时混凝土浇筑面骨料的下坠，会使表面的砂浆层增 厚，容易产生干缩裂缝。坍落度过小不利于混凝土的浇筑与振捣，容易形成混凝土内部孔洞，在表面形成蜂窝麻面。
（3）混凝土浇筑要逐层进行并振捣，防止骨料分离。
（4）每片管片的振捣时间根据混凝土坍落度的大小进行控制，振捣的时间控制在出现泛浆后，气泡不再外溢，混凝土不再下沉为宜。
（5）混凝土浇筑及振捣完成后，在预蒸养区用薄膜和土工布进行覆盖，保持管片混凝土始终处于湿润状态。
5.4管片养护
（1）管片振捣后要经过预蒸养区、升温区、恒温区、降温区几个流程的养护。
（2）管片脱模后要先进行降温，使其温度与养护池中的水温温差不超过25℃，方可进入水池养护，养护的时间不得小于7d。
（3）在养护池中养护7d后，转运到喷淋区继续养护7d。
6．总结
该管片配合比已成功在厦门市轨道交通2号线中得到了应用，混凝土的和易性、粘聚性、保水性良好，无泌水现象，易于浇筑，混凝土原材料均匀分布，拆模后管片表面气泡少，无蜂窝麻面和大的孔洞，外观质量好。管片的各项性能指标均符合设计要求，保证了工程质量，公司生产的管片也得到了各方的认可。
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论文作者:林志明,邵超凯
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/25
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