中交第三航务工程局有限公司厦门分公司 福建厦门 361006
摘要:对原材料合理选择，通过正交试验选择符合预制管片混凝土技术要求的水胶比和掺合料掺量，确定管片用混凝土配合比，结合实际生产不断总结经验，探讨管片混凝土质量控制。
关键字:配合比设计、预制管片、质量控制
1、工程概况
厦门轨道交通1号线：全长30.3公里，全程设24座车站，起点镇海路，途经文园路、湖滨中路、湖滨南路、嘉禾路出岛，沿杏锦路、诚毅大街、规划中的珩山路，终点厦门北站北广场。
厦门轨道交通1号线总体呈南北走向，连接了思明区、湖里区、集美区，是由本岛向北辐射形成跨海快速连接通道的骨干线路，并服务于岛内外火车站。
管片高性能混凝土生产涉及混凝土的配合比设计、原材料出厂的检验控制、生产过程的质量控制、管片的养护措施等许多环节。每一个细节都是影响管片质量的关键。
2、配合比设计要求
管片用混凝土设计强度等级C50，抗渗等级P12，设计坍落度50±20mm，按结构设计使用年限为100年，耐久性要求56天电通量＜1000C，56天氯离子扩散系数≤3.0×10-12m2/s，最大水灰比为0.36，胶凝材料用量为360～480kg/m3。
3、原材料选择
3.1水泥
由于管片生产采用流水线施工工艺，周转周期在8～12小时，为了使管片早期能达到拆模强度，水泥宜采用早期强度高的水泥，影响水泥早期水化的成分主要是铝酸三钙，但其含量过高易造成混凝土的坍落度损失快、假凝等现象发生。因此控制其含量不能超过8%。从水泥3天和28天的抗压强度平均值、凝结时间、富余系数、均方差等指标比较后，选用了平均值和富余系数较大、3天抗压强度高的安徽芜湖海螺P·Ⅱ52.5的水泥。水泥主要性能检测结果见表1所示。
4、混凝土配合比的确定
管片C50 混凝土配合比是基于良好的抗裂、抗氯离子渗透、抗早期碳化等耐久性能的早强高性能混凝土配合比设计。因此，应遵循高性能混凝土配合比设计方法，即选择合理的水胶比、矿物掺和料掺量、砂率(粗骨料用量)等参数，采用绝对体积法进行配合比设计。既可科学地指导混凝土的实际生产和过程调整，又便于分析施工中产生问题的原因。
4.1用水量控制
因管片用混凝土采用低塑性混凝土，碎石选用5～20mm反击破碎石，混凝土坍落度控制在50±20mm，由JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》查表,设计用水量200kg/m3,根据减水剂减水率为30%，确定单方用水量在140kg。
4.2掺合料掺量选择
基于管片混凝土的高耐久性、早期强度高等要求，管片配合比宜采用粉煤灰、矿渣粉双掺技术。由于粉煤灰的“玻璃珠效应”，掺入粉煤灰后可有效提高混凝土的流动性；矿渣粉可与水泥的产物进行进一步水化，当掺入矿渣粉后，后期强度还会增长，有效的增加混凝土的密实性，提高混凝土耐久性能。从微观上讲，粉煤灰和矿渣粉、水泥的细度不同，双掺既可以提高原材料的密实度，也能减少混凝土中单方水泥用量，降低水泥水化热。由于管片脱模要求强度应达到15MPa以上，因此掺合料掺量应控制在不影响混凝土早期强度的范围内。根据施工经验，配合比试验时采用粉煤灰掺量10%、15%、20%和矿渣粉掺量10%、15%进行正交试验，寻求合理的掺合料掺量。
4.3水胶比的确定
根据设计要求，最大水胶比为0.36，胶凝材料控制在360～480kg/m3，根据施工经验，C50混凝土水胶比在0.34左右。
4.4砂率选择
砂率的选择不宜过大，过大的砂率虽然会增加混凝土的和易性，但会降低砼的强度，容易在管片浇筑面形成很厚的砂浆层，降低混凝土表面抗拉强度，从而产生收缩裂纹；因管片生产坍落度比较小，选择砂率过小石子含量偏多，混凝土受振后不能很快填充空隙，容易造成蜂窝麻面现象。经过多次试验证明碎石采用1100～1200kg/m3为宜，因管片混凝土要求抗渗性能高，砂率不宜低于35%。
4.5配合比设计
配合比采用单方用水量140kg/m3,水胶比采用0.36、0.34、0.32，掺合料掺量：粉煤灰10%、15%、20%，矿渣粉10%、15%进行正交设计，试验方案及检验结果见表8。
表8试验方案及检验结果
方案水泥,kg水,kg粉煤灰掺量矿渣粉掺量水胶比12h, MPa28天,MPa电通量,C扩散系数,10-12m2/s
A131114010%10%0.3613.559.811004.0
A229214015%10%0.3611.357.213005.6
A327214020%10%0.3610.955.615406.2
A429214010%15%0.3612.758.114305.1
A527214015%15%0.3612.457.715805.8
A625314020%15%0.3610.154.111904.5
B133014010%10%0.3418.967.53852.2
B230914015%10%0.3416.661.24002.5
B328814020%10%0.3414.562.85102.8
B430914010%15%0.3414.262.36732.7
B528814015%15%0.3414.063.05802.9
B626814020%15%0.3413.563.97303.0
C135014010%10%0.3219.872.53801.7
C232914015%10%0.3218.175.33932.1
C330714020%10%0.3217.477.94282.4
C432914010%15%0.3217.972.94042.6
C530714015%15%0.3216.377.35102.8
C68514020%15%0.3215.479.65552.7
以上试验结果可以看出，A组配合比中28天强度、耐久性能不符合要求。 B、C组配合比中配合比28天强度的、56天电通量、56天氯离子扩散系数均符合要求。
从经济合理性来讲，应选择B组中配合比。从12h的抗压强度可以看出随着掺合料掺量的加大，12h强度有明显降低。为满足管片生产一天两个循环的要求，选择12h抗压强度大于15MPa的配合比，B组中B2、B1均能满足设计要求， B2的成本小于B1，选择B2方案。
进一步对B2配合比进行试验验证，混凝土性能如下表9。
表9 B2配合比混凝土性能检验结果
配合比水泥水砂碎石粉煤灰矿渣粉减水剂砂率水胶比
Kg/m3309140651120962414.1235%0.34
拌合物 性能坍落度和易性粘聚性保水性含气量初凝终凝密度--
50mm良好良好良好3.1%70min200min2450kg/m3--
物理及耐久性能12h 抗压抗压3天抗压7天抗压28天抗压56天电通量56天氯离子扩散系数
17.1 MPa43.3 MPa49.0 MPa51.3 MPa63.0 MPa410C2.45×10-12m2/s
5、生产过程质量控制
5.1计量
搅拌楼计量系统是否准确，对管片混凝土质量影响很大，设备部门应制定计量设备周期检定/校验计划。每年至少对搅拌楼计量系统检定一次，平时可每个月对计量秤校验一次，发现计量偏差超过允许值时应及时调整，除此以外，还必须对影响计量精度的影响因素进行有效管控，才能确保计量的准确。
5.2原材料控制
(1)严格控制进厂的原材料性能指标符合管片技术要求时才能入库。
(2)每个生产班次在生产前、生产过程中均须按规定检测砂石含水率，及时对施工配合比进行校正及调整。
(3)装载机司机在上砂石料时，要避免将紧贴地面的砂石料铲起入料斗，因为紧贴地面的砂石料，石粉、泥土含量较多，而且当砂石含水率比较大时，下部含水率较高，影响混凝土的和易性及坍落度。
5.3混凝土浇筑
(1)管片混凝土要严格按照设计配合比准确投料，要严格控制计量偏差以及搅拌时间。
(2)保证混凝土搅拌的均匀性，管片混凝土的坍落度不宜过大，坍落度过大虽然易于混凝土的浇筑，但振捣器振动时，会使混凝土浇筑面的骨料下坠，砂浆层增厚，随着水分的蒸发管片外弧面易产生干缩裂缝。坍落度太小不易混凝土的振捣和浇筑，容易在管片内部产生孔洞，在管片表面形成蜂窝和麻面。
(3)混凝土要逐层下料浇筑振动，下料时防止骨料分离。
(4)每片管片模具上都附有高频振动器，每片管片的振动时间根据混凝土的坍落度大小来控制，振动时待出现泛浆后，气泡不再外溢、混凝土不再下沉即可。
(5)混凝土浇筑振捣后，在预蒸养区需用土工布覆盖管片的外弧面，保证管片始终处于湿润状态。
5.4管片养护
(1)管片混凝土振捣完后要经过预蒸养区、升温区、恒温区、降温区几个环节的养护,蒸养温度升温不得大于15℃/h，降温速度不得大于20℃/h。
(2)管片脱模后要先降到与水池中的水温温差不超过25℃才能入水养护,养护时间不得小于7天。
(3)管片在水池中养护7天后，转移到喷淋区再养护7天。
6、工程应用
该配合比已成功应用于厦门轨道交通1号线管片生产，浇筑的混凝土保水性、粘聚性、流动性良好，易于浇筑，表面无泌水，混凝土组成成分均匀分布，生产的管片表面气泡少，无蜂窝和麻面，无大的孔洞，色泽亮白。经过检测和试验，管片的各项性能均满足设计指标要求，确保了地铁的工程质量，公司生产的管片获得了社会相关方的一致好评，创立了三航精细化施工的品牌形象。
参考文献：
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论文作者:曹桂生,李刚
论文发表刊物:《防护工程》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/3
标签：管片论文; 混凝土论文; 矿渣论文; 水泥论文; 强度论文; 性能论文; 粉煤灰论文; 《防护工程》2017年第36期论文;