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考虑耐久性条件下的高性能混凝土的应用技术.pdf
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1、 隧 道 地 下工 程 考虑耐久性条件下的高性能混凝土的应用技术 陈 斌 ,刘 松 ,秦 明强 ,叶俊 能 , 占 文 ( 1 宁波市轨道交通工程建设指 挥部 , 浙江宁波3 1 5 0 1 2 ;2 中交武汉港湾工程设计研究院 有限公司长大桥梁建设施工技术交通行业重 点实验室 ,武汉4 3 0 0 4 0 ) 摘要 : 依托 宁波轨道 交通 1号线二期建设工程 , 分析本工程的服役环境和结构 特点 , 针 对本工程 面临的耐 久性 问 题 , 提 出以高性能混凝土技术 , 自防水为主、 柔性 外包材料 为辅的防水技术相结合 的综合耐 久性 方案。基 于工程建 设地 区已有原材料和商品混凝土配
2、合比 中单位用水量偏 高、 矿物掺 和料 用量 少等 问题 , 提 出了本工程 高性 能混凝 土的配制要 求和技术指标 , 并采 用 l i f e 3 6 5模型和碳化模 型分剐预测 氯盐和碳化 条件 下混 凝土 的寿命 , 预 泖 1 结果均 可达到 1 0 0 a 。最后 以此 为基础提 出了高性 能混凝土在宁波轨道 交通 1号线二 期工程 中的质 量保证措 施和质 量控 制 要 点 。 关键词 : 高性 能混凝 土;耐 久性 ;防水措施 ;质量控制 ;混凝土 配制 中图分类号 : U 2 1 4 1 8 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 4 2 9 5 4 ( 2 0 1
3、3 ) 0 40 0 8 1 0 6 Ap pl i c a t i o n Te c hn o l o g y o f Hi g h Pe r f o r ma n c e Co nc r e t e Ba s e d o n Dur a b i l i t y Re q ui r e me n t o f S t r uc t ur e CHEN Bi n。 ,L I U S o n g ,Q I N Mi n g q i a n g ,Y E J u n n e n g , Z H A N We n ( 1 He a d q u a r t e r o f Ni n g b o Ra i
4、 l T r a n s i t P r o j e c t C o n s t r u c t i o n,Ni n g b o 3 1 5 0 1 2,C h i n a;2 C CC C Wu h a n Ha r b o r Eng i n e e r i ng De s i g n a n d Res e a r c h I n s t i t u t e Co ,Lt d,Ke y La b o f La r g e s p a n Br i dg e Co n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y , Mi n i s t r y o f C
5、 o m mu n i c a t i o n , Wu h a n 4 3 0 0 4 0 , C h i n a ) Ab s t r a c t :T h e c o n s t r u c t i o n o f s e c o n d s t a g e p r o j e c t o f N i n g b o Ra i l T r a n s i t L i n e 1 w a s t a k e n a s a n e x a m p l e ,a n d t h e s e r v i c e e n v i r o n me n t a n d s t r u c t u
6、r e f e a t u r e s o f t h i s p r o j e c t w e r e a n a l y z e d D i r e c t i n g a t t h e d u r a b i l i t y i s s u e s i n t h i s p r o j e c t ,a c o mp r e h e n s i v e d u r a b i l i t y s c h e me wa s p r o p o s e d ,wh i c h g i v e p r i o r i t y t o t h e h i g h p e r f o r
7、ma n c e c o n c r e t e wi t h s e l f wa t e r p r o o f i n g t e c hn o l o g y s u pp l e me n t e d b y wa t e r p r o o f i ng t e c h n o l o g y o f fle x i b l e c o a t i ng ma t e r i a l s Al s o d i r e c t i n g a t s o me p r o b l e ms i n t h e e x i s t i n g r a w ma t e r i a l
8、s a n d i n c o mme r c i a l c o n c r e t e mi x p r o p o r t i o n a t t h e p r o j e c t a r e a,s u c h a s h i g h w a t e r c o n t e n t a n d p o o r mi n e r a l a d m i x t u r e , t h e r e q u i r e m e n t s a n d t e c h n i c a l i n d e x e s o f h i g h p e r f o r ma n c e c o n
9、 c r e t e u s e d f o r t h i s p r o j e c t w e r e p r o p o s e d I n a d d i t i o n,t he wo r k i n g l i f e o f t h e c o n c r e t e u n d e r c hl o r i n e s a l t a n d c a r b o n i z a t i o n e n v i r o n me n t wa s p r e d i c t e d b y u s i n g l i f e 3 6 5 mo d e l a n d c a r
10、 b o n i z a t i o n mo d e l r e s p e c t i v e l y,a n d t h e p r e d i c t i o n r e s u l t s h o ws t h a t t h e wo r k i n g l i f e o f t h e c o n c r e t e c a n g e t t o 1 0 0 y e a r s Fi n a l l y,t h e me a s u r e s a n d k e y po i n t o f q u a l i t y c o n t r o l for t h i s p
11、 r o j e c t a r e s u g g e s t e d b a s e d o n t h e s t u d y r e s u l t s Ke y wo r d s:h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e;d u r a b i l i t y; wa t e r p r o o f i n g me t h o d;q u a l i t y c o n t r o l ; c o nc r e t e p r e pa r a t i o n 钢筋 混凝 土 耐久性 的研 究多 集 中在大 气 和海洋 环 境 , 对
12、于地 下 结构 的研究 较少 。地铁 结 构 多 是 由车 站 和区间隧道结构组成的典型地下混凝土结构 , 与大气 环境下的工业与民用建筑相比, 地铁结构所处的环境 更为复杂, 结构内部与大气环境接触 , 结构外部与岩土 收稿 日期 : 2 0 1 2 0 8 2 3 ;修 回日期 : 2 0 1 21 1 2 9 基金项 目: 宁波市重大科技攻 关项 目( N o 2 0 1 0 C 5 0 0 ) 作者简介 :陈斌 ( 1 9 6 4 一 ) , 男 , 教授 级 高级 工程 师 , 博 士后 , E - m a i l C h e n b i n n b 1 6 3 c o m 。 铁道
13、标准 设计R A I L W AY S T A ND A R D DE S I G N 2 0 1 3 ( D ) 介 质环 境紧 密相 连 , 岩 土介 质 的不 匀 质 性 、 非 线 性 、 流 变性等特点使得结构应力状况复杂多变 , 并且地下水 中通常含有不同程度 的侵蚀性介 质, 对地铁混凝土耐 久性是一个严峻的考验。 近年来地铁在运营过程中亦出现过不少因耐久性 引起的问题 : 如上海打浦路隧道因渗漏而封闭大修 , 北 京地铁隧道 内部水管 因腐蚀而穿孔 , 香港地铁 因杂散 电流腐蚀引起煤气管穿孔泄漏等 , 这些都表 明地铁混 凝土耐久性问题是一个十分重要而迫切需要加以解决 81
14、隧 道 地 下 工 程 陈斌, 刘 松, 秦明强, 等一考虑耐久性条件下的高性能混凝土的应用技术 的 问题 。 目前 , 国内外工程 为保证所建混凝土结构的耐久 性 , 一 般多 采用 以高性 能混 凝 土 技 术 为 核 心 的综 合 耐 久 性技 术方 案 。然 而 我 国 目前 混凝 土工 程超 长 寿命 服 役 的相关技术规范以及高性能混凝土的设计 、 生产 、 施 工 技术 在工 程 应用 方 面 尚不 健 全 , 甚 至 部 分 领 域 为 空 白 , 因此结合宁波轨道交通 1号线二期工程的具体 需 要 , 研究 本 工程 混凝 土结 构 耐 久 性 策 略 和 高 性 能 混 凝
15、 土 的应 用技 术就 显 得极 为迫 切 和重要 。 1 宁波 轨道 交 通 1号 线 二期 工 程 结构 特 点 及 耐久 性 设计 背 景 1 1 结构 特点 宁 波 市 轨 道 交 通 1 号 线 二 期 工 程 全 长 约 2 5 4 3 9 k m, 设 车 站 9座 , 其 中地 下 站 1座 , 高 架 站 8 座, 另设 3座 高架 预 留车 站 , 工 程设 计 使 用 寿命 为 l O O a 。本工 程结 构 形 式 复 杂 多样 , 主 要 有 板 、 梁 、 柱 形 式的车站结构 、 盾构形式的地下区问结构 、 桥梁形式 的 高架 区间结构 、 岛式及侧式高架 车站
16、结构 以及 明挖 隧 道结构 、 钻爆法施工的暗挖隧道结构。 1 2 环境 特点 宁波市 轨道 交通 1号线 二期 工程 混凝 土结 构 服役 环 境严 酷 。地 下结 构长 期处 于潮 湿 和地 下水 流经 的环 境中 , 不仅遭受地下水的压力渗透作用 , 还受到水 中氯 离子( c r) , 硫酸根离子 ( S O ) 的侵蚀 , 同时长期的干 湿 交替 也会 加 速混凝 土性 能 的劣 化 、 高 架 区 间会 穿 越 酸雨率达 9 0 的工业区 , 对高架区域 的桥梁混凝土构 件存在着酸雨等侵蚀 , 同时高浓度 的二氧化碳 ( C O : ) 气体会加速隧道和地下区间混凝 土的中性化
17、, 加 大了 本 工 程后 期运 营期 间 的维 护难 度 。 1 3面 临 的耐 久性 问题 ( 1 ) 规 范 的不统 一 。 随着 我 国对 混凝 土结 构 耐 久 性问题的重视 , 逐渐 出台了 混凝土结构 耐久 性设计 规 范 ( G B T 5 0 4 7 6 -2 0 0 8 ) , 铁 路混 凝 土结 构 耐久 性 设计规范 ( T B 1 0 0 0 5 -2 0 1 0 ) , 公路工程混凝土结构 防腐蚀 技术规范( J T G T B 0 7 一 O 1 2 o 0 6 ) 等 , 这些规 范对有关定义 、 环境作用 等级的划分 以及相关参数 的 规定都不尽相同 , 本工
18、程 耐久性设计 主要 依据 铁路 混凝土结构耐久性设 计规范( T B 1 0 0 0 5 -2 0 1 0 ) , 同 时参考 混凝土结构耐久性设计规范 ( G B T 5 0 4 7 6 2 0 0 8 ) 。 ( 2 ) 腐蚀介质 多样。主要 的腐 蚀介质有 : 地下水 或土中富含 Mg 、 S O 一 等盐类 的侵蚀 , c 1 一 引起的钢筋 锈蚀 以及碱骨料反应导致 的混凝土性能劣化 ; 大气 中 的 C O , 等酸性气体引起 的混凝土 中性化 ; 酸雨对 高架 区间混凝土的侵蚀 。本工程采用接触线网的铺轨方式 可 不考 虑 杂散 电流 引起 的钢 筋锈 蚀 。 ( 3 ) 结构
19、形式和施工工艺复杂多样 , 施工路线长。 相 比桥梁工程 , 本工程涉及 的结构形式和施工工艺较 多 , 施 工路 线 长 , 加 大 了 耐 久性 设 计 的难 度 , 同 时对 本 工 程采 用 的原 材料 及 混 凝 土 的质 量 要 求 较 高 , 不 仅 需 具备 良好的施工性能和力学性能 , 还要有优 良的抗渗 和抗 裂性 能 。 ( 4 ) 渗 漏导 致 的干 湿 循环 问题 。 由 于地 下 车 站 和 区间是处于压力水 的作用下 , 一旦发生渗漏则 易形成 干湿循环 , 导致腐蚀介质浓度的不断累积, 加大钢筋混 凝 土性能 劣 化 的风险 。 2 宁 波地铁 1号 线二 期
20、工程混 凝 土耐 久性 设计 2 1 环 境 类别及 作 用等 级 的划分 刮 环境类别和作用等级 的准确划分 , 是耐久性设计 的 根本 。本 工程 依据 不 同的施 工 区域 和施 工工 艺将 本 工程 划分 为 地下 车 站 、 地 下 区 间 、 育 王 岭 隧 道 、 高 架 区 间 、 高架车站 5个 区域 , 依据 铁路混凝土结构耐久性 设计规范( T B 1 0 0 0 5 -2 0 1 0) 和 混凝土结构 耐久性 设计规范 ( G B T 5 0 4 7 6 -2 0 0 8 ) 分别对 5个不同区域 的不同结构进行环境类别及作用等级的划分和耐久性 的设 计 。 地 下 车
21、 站 主要 有 地 下 连续 墙 、 顶 板 、 底 板 、 内衬 侧 墙 以及 室 内的梁 板 柱结 构 组 成 , 考虑 到 与介 质 的接 触 部 位 , 又分 为迎 水 土面 , 背水 土 面 。 由于 本工 程地 下 车 站埋 深较 深 , 连续 墙 、 底板 、 侧墙 、 顶 板均 处 于水 位 以 下 , 其迎水 土 面属 于贫氧环 境, 按 T B 1 0 0 0 5 -2 0 1 0 , 如不发生渗漏 , 则可只考虑碳 化作用 ; 对于其背水 土 面 , 如发生渗漏 , 则需考虑干湿交替作用导致的侵蚀介 质 离 子浓 度 的累积 。 盾构 区 间结构 主 要 由盾 构 管 片
22、 和 连 接通 道 组 成 。 管 片 的外 弧面 和 连接 通 道 的迎 水 土 面 长 期 浸 没 于 水 或土 中 , 可按 碳化 环境 处 理 ; 管 片 的 内弧面 和连 接通 道 的背 水 土面 如无 渗漏 , 则 只 需 要考 虑碳 化 作 用 , 但 是 按 照 宁波地 铁 1 号 线一 期 和 国内其他 地铁 工 程施 工 的 经验 , 管片和连接通道渗漏现象普遍 , 因此本工程管片 的 内弧 面和 连接 通 道 的 背 水 土 面 除考 虑 了碳 化 作 用 外 , 还考虑了因渗漏产生的干湿交替作用。 育王岭隧道则只需考虑碳化作用 ; 高架车站分为 桩基 、 承台、 框架柱
23、和室内梁板柱结构 , 除承台处于水 位变动区 , 需考虑水 中氯离子和酸性水的作用外 , 其他 结构均只考虑碳化作用 ; 高架 区间分为桩基 、 承 台、 墩 柱 、 箱梁和道床结构, 由于道床 、 墩柱暴露于酸雨的侵 蚀作用下 , 因此需要考虑化学腐蚀作用 , 承台和桩基需 要考虑其服役水 土 中的氯离子含量 , 其他结构可按碳 化环境考虑。 8 2 铁道标准设 计R A I LW AY S T A N D A R D D E S I G N 2 0 1 3 ( 0 4 ) 陈 斌 , 刘 松 , 秦 明强 , 等一考虑 耐久 性条件下的高性能混凝土 的应用技术 2 2 混 凝土 结构 耐久
24、 性设计 技 术路线 和 基本 方案 宁波地铁 1号线二 期工程 的整体 耐久性要求很 高 , 所 处环 境 较为恶 劣 , 昆 凝 土结 构 的耐久 性很 难通 过 单一措施保证 , 因此必须根据具体的环境条件和设计 要求 , 有 机组 合若 干技 术措施 , 以保证 整体 耐久 性达 到 设计 要求 。 改 善钢 筋混凝 土 结构耐 久性 需采 取基 本措 施 和辅 助措 施 。基本措 施是 从 材 质本 身 的性 能 出发 , 提 高 混凝 土 材料 本身 的密 实性 , 即 采用 高性 能 混 凝 土 。某 些部位还可复合采用保护涂层或阻锈剂等辅助措施 , 有效提高混凝土结构 的使用
25、寿命 。因此 宁波地铁 1号线二期工程混凝土结构耐久性方案的设计遵循 的 基本方案是 : 第一, 混凝土结构耐久性基本措施是采用 高性能混凝土 , 开展酸雨区混凝土专项性能研究 , 同时 在大体积混凝土施工过程 中采取温控措施预防有害热 裂缝的产生 , 如侧墙 、 底板 、 承台等。依据混凝 土构 件 所处 结构 部位 及使 用环 境条 件 , 如 管 片 内弧 面 渗漏 , 则采用必要 的补充防腐措施 , 如混凝土外保护涂层等。 在 保证 施工 质量 和原 材 料 品质 的 前 提下 , 混凝 土结 构 的耐久性将可以达到设计要求 。第二 , 对地铁结构进 行 专项 防水 设计 。宁波地 铁
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