夏热季节地铁车站侧墙混凝土裂缝控制技术.pdf
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1、晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂0前言随着经济快速发展,城市轨道交通建设日益增多。地铁车站侧墙分段浇筑长度一般为 1530 m,高度为 56 m,属于超长、超高大体积钢筋混凝土工程。夏热季节下,地铁车站侧墙混凝土抗裂防渗设计的难点1主要有:(1)混凝土入模温度高达 30 益以上,水泥水化加速,混凝土水化温峰高2,温降收缩较大;(2)地铁车站多采用明挖法施工,混凝土受环境温湿度影响较大,穿堂风和降温天气导致混凝土降温和干燥收缩难以控制;(3)由于混凝土高温时凝结快,侧墙分层浇筑时如遇调度不及时、交通拥堵、工人施工进度慢等异常情况,上下层浇筑
2、时间差超过 5 h,下层混凝土已开始初凝,而上层混凝土的振捣,会在钢筋带动下扰动下层混凝土3-4,产生扰动裂缝。目前,关于如何应对夏热季节各类不利因素,解决混凝土侧墙抗裂防渗问题的相关研究较少。膨胀剂通过产生体积膨胀,补偿混凝土收缩,是降低混凝土开裂风险常用的外加剂。氧化钙-硫铝酸钙类膨胀剂的优点是膨胀能大、需水量小;缺点是温度敏感性强、膨胀反应过收稿日期:2023-03-30作者简介:辜振睿,男,1988 年生,硕士,工程师,主要从事混凝土水化温升调控材料和膨胀剂的研究和应用,E-mail:。夏热季节地铁车站侧墙混凝土裂缝控制技术辜振睿1,王德民1,谷亚军2,王丙垒1,程世杰3,程福星3,王
3、海龙1(1.武汉三源特种建材有限责任公司,湖北 武汉430083;2.苏州市轨道交通集团有限公司,江苏 苏州215004;3.武汉源锦建材科技有限公司,湖北 武汉430083)摘要:通过对氧化镁膨胀剂、水化热调节剂作用机理的研究,补偿收缩混凝土配合比的设计,现场数据的采集与监测,适宜的施工和养护措施,实现了夏热季节苏州地铁 7 号线车站混凝土侧墙验证段无有害裂缝的目标。结果表明,采用水化热调节剂复掺氧化镁膨胀剂,兼具延缓混凝土早期水化进程、补偿收缩的双重效果,降低了夏热季节因混凝土水化温升快引起的侧墙上下层扰动裂缝的风险。相较于空白混凝土,验证段中心部温度修正后 28 d 应变减少了 127.
4、5 滋着,温峰降低约 7 益,温峰时间延迟约 9 h。关键词:夏热季节;氧化镁膨胀剂;水化热调节剂;混凝土侧墙;裂缝控制中图分类号:TU528.32文献标识码:A文章编号:1001-702X(2023)08-0131-05The control techniques of crack for metro sidewall concrete in hot summer seasonGU Zhenrui1,WANG Demin1,GU Yajun2,WANG Binglei1,CHENG Shijie3,CHENG Fuxing3,WANG Hailong1(1.Wuhan Sanyuan Spe
5、cial Building Materials Co.Ltd.,Wuhan 430083,China;2.Suzhou Rail Transit Group Co.Ltd.,Suzhou 215004,China;3.Wuhan Ujoin Building Material Technology Co.Ltd.,Wuhan 430083,China)Abstract:Through the study of the mechanism of MgO expansive agent and hydration heat regulator,design of shrinkage-com原pen
6、sating concrete mix proportion,field data collection and monitoring,and appropriate construction and maintenance measures,thegoal of no harmful cracks in the concrete sidewall of Suzhou Metro Line 7 station in the summer hot season is achieved.The re原sults show that:the use of hydration heat regulat
7、or combined with MgO expansive agent has the dual effects of delaying the earlyhydration process of concrete and compensating shrinkage.It also can reduce the risk of disturbance cracks in the upper and lowerlayers of the sidewall caused by the rapid temperature rise of concrete hydration in hot sum
8、mer season.Compare with the blankcontrol concrete,temperature-correction strain is reduced by 127.5 滋着 after 28 days,the temperature peak is reduced by about 7 益,and the temperature peak time is delayed by about 9 h.Key words:hot summer season,MgO expansive agent,hydration heat regulator,concrete si
9、dewall,crack control中国科技核心期刊131新型建筑材料圆园23援08快,在 40 益水中养护 1 d 膨胀反应完全5。夏热季节地铁混凝土侧墙一般在 1 d 左右达到温峰后进入温降阶段,10 d 左右逐渐与环境温度接近,其膨胀阶段与混凝土温降收缩阶段不能很好地匹配。氧化镁膨胀剂6优点是膨胀反应阶段更长且可调控,可在混凝土收缩阶段持续产生膨胀;缺点是膨胀反应需要在一定湿度条件下进行,需结合适当的保湿养护措施,才能更好地发挥其补偿收缩性能。水化热调节剂,也称为水化热抑制剂、水化热调控剂等,通过调控水泥早期水化,降低温度裂缝风险,是近年来混凝土新型温控型外加剂研究的热点7-8。苏州
10、市为典型的夏热冬冷地区,全年有 45 个月混凝土入模温度接近或超过 30 益。为实现混凝土抗裂防渗设计要求,苏州轨道交通 7 号线部分地铁车站混凝土选用氧化镁膨胀剂、水化热调节剂配制补偿收缩混凝土,作为主体结构自防水混凝土。本研究从氧化镁膨胀剂、水化热调节剂的作用机理出发,针对夏热季节气候特点,优化混凝土配合比设计,结合必要的施工、养护措施,实现地铁车站侧墙混凝土的整体抗裂防渗效果。1工程概况苏州轨道交通 7 号线起于相城区的春秋路站,止于吴中区的旺山路站,是苏州南北方向的重要交通干线,全长 49.0 km,共设 38 座车站,全部为地下车站。车站主体结构为地下 2 层(局部 3 层)双柱三跨
11、闭合框架结构,混凝土标号为 C35P8 或C35P10;车站外包总长度 150300 m,部分车站近 500 m;标准段结构宽度 1525 m,局部超过 30 m;地铁车站基础底板厚度约 1000 mm,侧墙厚度 700800 mm、顶板厚度约 800 mm。苏州市地处长江三角洲,市内大小湖泊、河流众多,年均降水量超 1000mm,且地下水资源丰富。为确保地铁建成后的运营安全,混凝土防水设计9要求大部分为一级,不允许出现混凝土结构渗漏和表面湿渍,对混凝土结构抗裂防渗提出了严格的要求。本次工程应用对比研究选择了在同一商混站、同一天施工、尺寸相近的苏州轨道交通 7 号线部分车站负 2 层侧墙,对比
12、空白、氧化镁膨胀剂、氧化镁膨胀剂复掺水化热调节剂对混凝土水化温升历程、内部应变情况以及混凝土抗裂防渗效果。2试验2.1原材料水泥:水化热、限制膨胀率测试采用基准水泥,混凝土采用 P O42.5 水泥,宜兴天山;粉煤灰:F 类域级,苏州华望;细骨料:水化热测试采用中级砂,限制膨胀率测试采用标准砂,混凝土采用天然砂,域区中砂,细度模数 2.67,含泥量 1.1%,安徽长江;粗骨料:5耀25 mm 连续级配碎石,浙江湖州,含泥量 0.8%;减水剂:JB-2 型高效聚羧酸减水剂,苏州金源;水:自来水;氧化镁膨胀剂(M-MgO):中速型,符合 CBMF 192017 混凝土用氧化镁膨胀剂 的技术要求,活
13、性值 135 s,武汉三源特种建材有限责任公司,其主要化学成分如表 1 所示;水化热调节剂(TJJ):为多羟基聚糖化合物,微溶于水,在水泥浆碱性环境下可溶解,吸附在水泥颗粒表面,减缓水泥早期水化反应速率,降低水泥早期水化热。表 1M-MgO 的主要化学成分%2.2试验方法水化热参照 JC/T 26082021 混凝土水化温升抑制剂进行测试,环境温度为 20 益,水灰比为0.4;限制膨胀率参照GB/T 234392017 混凝土膨胀剂 和 CBMF 192017 进行测试,环境温度为 20 益,砂浆限制膨胀率水灰比为 0.4,混凝土限制膨胀率配合比按试配配合比,拆模后分别在 40、60 益水中养
14、护,测试不同龄期试件的长度变化。混凝土试配:坍落度、凝结时间参照 GB/T 500802016 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 进行测试。2.3混凝土配合比设计根据 T/CECS 5402018 混凝土用氧化镁膨胀剂应用技术规程,结合夏热季节施工条件,设计地铁车站侧墙补偿收缩混凝土的 28 d 限制膨胀率逸0.030%、28 d 减 7 d 限制膨胀率差值逸0.010%,确定氧化镁膨胀剂掺量为 30 kg/m3,约占胶凝材料质量的 8%,水化热调节剂掺量为 4 kg/m3,约占胶凝材料质量的 1%。根据现有研究10,矿粉会增加混凝土的收缩,因此掺合料只使用粉煤灰。经多次试配,混凝土配合比和性
15、能分别如表 2、表 3 所示。表 2地铁车站侧墙 C35P8 混凝土配合比kg/m3表 3地铁车站侧墙 C35P8 混凝土主要性能MgOCaOFe2O3Al2O3SiO2Loss90.301.610.810.101.335.21编号水泥 粉煤灰砂碎石水减水剂 M-MgOTJJ空白30010574010301675.9800M-MgO3007574010301675.98300M-MgO+TJJ3007174010301675.98304编号初凝时间/h坍落度/mm抗压强度/MPa40益水中混凝土限制膨胀率/%出机1 h7 d28 d7 d28 d空白6.020019531.543.90.002
16、0.003M-MgO5.519519031.743.30.0250.038M-MgO+TJJ12.019019028.842.90.0290.043辜振睿,等:夏热季节地铁车站侧墙混凝土裂缝控制技术132晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂由表 3 可知,单掺氧化镁膨胀剂、氧化镁膨胀剂复掺水化热调节剂,均满足混凝土出机坍落度 180200 mm,1 h 坍落度损失臆20 mm 的要求,且混凝土抗压强度和限制膨胀率符合设计要求。需要注意的是,由于水化热调节剂延缓了混凝土早期水化,所以氧化镁膨胀剂复掺水化热调节剂的混凝土初凝时间较空白延迟了 6
17、h,且 7 d 抗压强度略低于空白组,但几乎不影响 28 d 抗压强度。3技术原理与具体措施为保证氧化镁膨胀剂、水化热调节剂在夏热季节侧墙混凝土起到有效的抗裂防渗作用,进行了以下技术原理探究:(1)解析氧化镁膨胀剂在不同养护温度下的膨胀特性,确定其“快速膨胀期”;(2)氧化镁膨胀剂复掺水化热调节剂,研究复掺对膨胀特性和水泥水化热的影响;(3)结合已部分完工的、结构尺寸类似的苏州轨道交通 8 号线地铁车站侧墙的混凝土温度、应变监测数据规律,确定“快速收缩期”,分析其与氧化镁膨胀剂的“快速膨胀期”的匹配情况。根据技术原理研究结果,结合氧化镁膨胀剂水化反应对湿度的要求,以及现场侧墙混凝土水化温升历程
18、,提出适宜的施工和养护措施。3.1氧化镁膨胀剂复掺水化热调节剂的反应特性氧化镁膨胀剂、水化热调节剂复掺,理论上可起到兼具补偿收缩、延缓早期水化的双重效果。考虑到不同外加剂复掺,相互间存在正、反向的影响。因此,通过对关键指标限制膨胀率、水泥水化热进行试验验证,为工程应用提供掺考。试验结果如图 1、图 2 所示。由图 1 可知,单掺氧化镁膨胀剂的砂浆在 40、60 益水中养护下,80%的膨胀能分别在 014 d、07 d 发挥。在 40、60益水中养护下,砂浆复掺氧化镁膨胀剂和水化热调节剂后,膨胀能分别提高了约 20%、30%,养护温度越高,提高越明显。根据曹丰泽等对氧化镁膨胀剂水化机理研究6-7
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