高性能混凝土在福州轨道交通1号线盾构管片中的应用.pdf
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1、2 0 1 4 年 第 1 0期 (总 第 3 0 0 期 ) N u mb e r 1 0 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 3 0 0 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 混凝土制品 CONCRET E PRODuCTS d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 1 0 0 3 6 高性能混凝土在福州轨道交通 1号线 盾构管片中的应用 黄欢 ( 福建省建筑科学研究院,福建 福州 3 5 0 0 2 8 ) 摘要: 论述了福州轨道交通工程盾构管片混凝土原材料技术要求、 耐久性设计原则以及配合 比设计思
2、路。 针对轨道交通工程盾 构管片混凝土的性能特征 , 通过原材料质量控制、 配合比设计优化, 设计出符合耐久性设计要求的管片混凝土 , 结合管片生产 、 养护 等特点 , 提出了盾构管片混凝土质量控制措施建议 。 关键词: 高性能混凝土 ;轨道交通 ;盾构管片 中图分类号: T U 5 2 8 7 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 1 0 0 1 3 4 0 4 A p p l i c a t i o n o f h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e i n t h e F u z h
3、o u r a i l t r a n s i t l i n e o n e s h i e l d s e g me n t p r o j e c t H【 NGHu a t ( F u j i a n A c a d e my o f B u il d i n g R e a s e a r c h , F u z h o u 3 5 0 0 2 8 , C h i n a ) Abs t r ac t : Th e s pe c i fic a t i o n o f r a w ma t e ria l s , d u r a bi l i t y de s i g n a n d
4、 t h e pr i n c i p l e of mi x d e s i gn o f h i g h pe r f o r ma n c e c o n c r e t e i n the F u z h o u r a i l t r a n s i t s h i e l d s e g me n t p r o j e c t a r e d i s c u s s e d P a r t i c u l arl y , c o n s i d e r i n g th e f e a t u r e s o f t h e c o n c r e t e c o n s t r
5、 u c t i o n o f s h i e l d s e gm e n t i n the r a i l t r ans i t p r o j e c t T h e c o n f o r m i n g o f d ura b i l i ty d e s i gn r e q u i r e me n t s s h i e l d s e gm e n t c o n c r e t e w a s p r e p a r e d , u n d e r c o n t r o l l i n g t h e a s p e c t s o f the q u a l i
6、ty o f r a w ma t e ria l s and c o n c r e t e mi x o p t i ma l d e s i gn T o g e the r wi t h the c h a r a c t e ri s t i c o f p r o d u c ti o n a n d ma i n t e n anc e i n s h i e l d s e gm e n t , the p r o p o s e o f s h i e l d s e g me n t c o n c r e t e q u ali ty c o n t r o l me a
7、 s u r e s wa s p r e s e n t e d K e ywo r d s : h i 曲p e r f o r ma n c e c o n c r e t e ; r a i l t r a n s ; s h i e l d s e gm e n t 福州轨道交通 1 线土建工程全长约 2 9 k m, 全部为地 下线 , 共设 7 座换乘站 。 目前全 国在建的地铁隧道大部分 都采用盾构施工法施工, 在地铁盾构隧道施工中, 管片是 盾构法施工的结构衬砌主体, 对整个地铁隧道的质量和使 用寿命起着关键作用。 福州轨道交通 1 号线土建工程 中区间 所采用的单圆盾构隧道
8、衬砌管片, 衬砌管片外径 西 6 2 0 0 mm, 内径 5 5 0 0 r n l n , 环宽 1 2 0 0 rai n , 厚度为 3 5 0 mm。 管片为钢 筋混凝土结构 , 采用错缝拼装。 衬砌圆环分为 6 块 : 即小封顶 块 1 块( F ) , 标准块 3 块( B 1 、 B 2 、 B 3 ) 和邻接块 2 块( L 1 、 L 2 ) 。 管 片环 、 纵 向采用弧形螺栓 连接 , 环间 以 1 6根 M3 0 纵 向 螺栓连接 , 每环块与块间以 1 2 根 M3 0的环向螺栓相连。 管片作为地铁隧道的重要组成部分应采用高耐久性 、 适当高强、 适当的工作性和尺寸
9、稳定性的高性能混凝土 , 因此管片混凝土配合比设计时, 需综合考虑原材料特点 , 管片制作工艺 、 混凝土性能要求等因素。 而且高性能混凝 土在盾构管片中的应用既延长 了工程结构的使用 寿命 , 也 能有效提高 自然资源 的利用率【 ” 。 1 管片混凝土原材料及技术要求 1 1 水 泥 盾构管片设计要求宜选用强度等级不低于 4 2 5的硅 酸盐水泥, 其质量必须符合 G B 1 7 5 2 0 0 7 通用硅酸盐水 泥 的要求, 碱含量小于 0 6 0 , C 含量不宜超过 8 , 硅 酸盐水泥 比表 面积为 ( 3 0 0 3 5 0 ) m k g , 在确定最终水 泥品 种之前 , 应
10、对 水泥与所使用的掺合 料 、 外加剂等进 行复配 试验 , 以选用匹配的、 性能优 良的水泥。 该配合比在设计过 程中采用福州 台泥水泥有限公 司生产 的 P I I 5 2 5 级水泥 , 其性能详见表 1 。 表 1 水泥性能 收稿 日期 :2 O 1 4 _ J0 4 _ 2 8 1 3 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 细集料 管片设计要求不得使用碱活性细骨料 ,要求使用中 砂 , 品质符合 G B T 1 4 6 8 4 -2 0 1 1 建设用砂 的规定, 细度 模数 2 9 2 _ 3 符合 I I 区颗粒级配 , 粒径 0 6 0 0
11、 r n l n累计筛量 不小于 6 5 , 粒径 0 1 5 0 mm累计筛量不小于 9 5 , 砂中含 泥量1 5 , 泥块含量0 5 , 不得使用海砂、 山砂及风化 严重多孔砂。 本配合比设计用细集料为河砂( I I 区中砂) , 其 性能详见表2 。 表 2 细集料性能 1 3粗集料 混凝土管片设计要求不得使用碱活性粗骨料 , 要求使用 碎石 , 品质符合 G B T 1 4 6 8 5 2 0 l 1 建设用卵石 、 碎石 , 要 求级配 良好 , 最大粒径不得大于 3 8 mm, 建议粒径 5 - 2 5 mm, 碎石氯离子含量 0 0 2 , 含泥量 0 7 , 泥块含量 0 3
12、 , 针片状含量 8 0 , 吸水率 1 0 。 建议粒级 5 2 5 mm, 本 配合 比设计用粗集料为碎石 , 其性能详见表 3 。 1 4 外加剂 设计要求外加剂的质量应符合 G B 8 0 7 6 -2 0 0 8 混凝 土外加剂 及相关规范要求、 使用时应符合 G B 5 0 1 1 9 _ - 2 0 1 2 混凝土外加剂应用技术规范 及相关规定。 混凝土中采用 表 3 粗集料性能 的化学外加剂的氯离子含量小 于 0 0 2 ( 胶凝材料质量百 分 比) 且应 与水泥 、 掺合料等胶凝材料 匹配性能 良好 。 根据 混凝土性 能要求 , 合 理选 择减水 剂和抗 裂防水 剂 , 并
13、 且与 水泥 、 掺合料等胶凝材料 的匹配性能 良好。 管片用混凝土 外加剂减水率应不低于 2 0 , 高效减水剂 中的硫酸钠含量 不宜 大于减水剂 干重 的 1 5 。 本 配合 比设计用 减水剂 为 T W J s 型缓凝高效减水剂 , 生产厂为福建建工建材科技开 发有 限公司 , 其性能详见表 4 。 表 4 外加剂性能 1 5 粉煤灰 设 计要求 粉煤灰 原材料 必须符 合 G B T 1 5 9 6 -2 0 0 5 用于水 泥和混凝土中粉煤灰 中 I I 级灰 以上标准。 本配合 比设计用粉煤灰为 I I 级灰 , 生产厂为福州市开发区华能实 业有限公司, 其性能详见表 5 。 表
14、 5 粉煤灰性能 1 6砖 设 计要 求 矿 粉原 材 料必 须 符 合 G B T 1 8 0 4 6 -2 0 0 8 用于水泥和混凝 土中粒化 高炉矿渣粉 中 $ 9 5 级及 以上 要求 。 本配合 比设计用矿粉 为 $ 9 5 级 , 生产厂为福州 罗强 建材有 限公司 , 其性能详见表 6 。 表 6 矿粉性能 1 7 拌 和用水 管 片混凝土拌 和用水 的氯离子含量 为 9 1 2 mg L , 碱 含量为 6 0 6 mg m。 2 盾构管片高性能混凝土耐久性设计原则 盾构管片配合 比设计应 以耐久性为核心 , 根据预先确 定的使用环境类 型和环境作用等级 , 采取相应的根本措
15、施 和 附加措施 。 采用 合理 的结构构造 , 便于施工 、 检查 和维 护 , 减少环境 因素对结构 的不利影响 , 并对盾构管片混凝 土的制备过程质量控制提出要求 。 在进行钢筋混凝土管片 配合 比设计时应注意如下事项 : ( 1 ) 为达到混凝土高性能、 高耐久性的要求 , 盾构管片 混凝 土配制时应选用优质的水 泥 , 性 能优 良的矿粉 、 粉煤 灰等矿物掺合料 , 或者选用有上述二者复配形成 的复合 型 胶凝材料 , 并应限制每立方米混凝土 中胶凝材料 的最低 和 最高用量 ; ( 2 ) 在满 足工作性 、 和易性能条件 下 , 尽量 降低用水 量 , 减小水胶 比, 有利于混
16、凝土抗压强度 、 体积稳定性 的提 高 , 但为保证 混凝土 的抗 裂性能 , 水胶 比应适 当 , 不宜过 小 , 过小的水胶比易导致混凝土 自收缩增大 ; ( 3 ) 尽量降低胶凝材料 中水泥 的用量 , 掺合材料 中粉 煤灰和矿粉用量应在不 同季节宜作调整 , 其掺量一般控制 在 3 0 - 4 5 , 适量粉煤灰 、 矿粉 的掺入可有效提高混凝土 早期抗裂性能 、 体积稳定性圆 , 掺入粉煤灰 、 矿粉 的 目的主 要在于充分发挥复掺矿物掺合料微骨料效应 、 活性效应 的 增强和增密作用等 , 提高混凝土密实性 、 抗渗性 以及耐久 性能_3 1 , 同时有效降低管片混凝土成本 ; (
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