预制盾构管片高性能混凝土的研究和应用_1

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1、预制盾构管片高性能混凝土的研究和应用摘要：结合北京地铁预制盾构管片施工，对配制管片高性能混凝土的原材料和配合比进行了优选。试验证明，必须重视对水泥的选择，重点是早期强度、碱含量以及与外加剂的适应性。同时，必须重视对外加剂的选择，使用改性三聚氰胺高效减水剂和聚羧酸系高效减水剂效果较好。另外，针对市场上石子级配较差的状况，采用“组合级配”方法有效保证了混凝土中集料的级配，提高了新拌混凝土的工作性，保证了管片混凝土的匀质性和耐久性。关键词：盾构管片；高性能混凝土；质量控制；三聚氰胺高效减水剂；聚羧酸高效减水剂0前言目前地铁施工中大量采

2、用预制盾构管片作为衬砌，管片混凝土必须使用高性能混凝土才能满足各种设计和施工要求。这些基本要求是：①抗压强度设计等级为C50，要求早强，即在蒸汽养护条件下满足12h一次模具周转。②水胶比不大于，混凝土坍落度小于70mm，易于浇注和振捣。③构件几何尺寸偏差要求高，几何尺寸偏差要求小于1mm。④构件外观质量要求高，基本上要求达到清水混凝土的标准，即要求棱角完整无磕碰、外观光亮、颜色均匀一致、表面致密气泡少。⑤由于采用振捣工艺，混凝土必须有良好的触变性，分层、离析和泌水小。⑥体积稳定性好，裂缝少。⑦耐久性要求高，在耐久性指标上明确提出

3、了100年耐久性的设计要求。对混凝土抗渗性要求也很高，有的还有耐腐蚀要求。⑧低碱集料反应性等。本文结合几年来生产管片的实际经验，就管片高性能混凝土原材料优选以及配合比设计进行了总结。1原材料优选水泥混凝土裂缝是影响结构耐久性的重要因素。当混凝土发生破坏时，常常归因于养护、集料、掺和料或者质量控制，却很少考虑水泥的影响。这可能是因为同一类型的水泥一旦通过了标准试验就认为它们是一样的。然而事实上，不同厂家生产的同一类型的水泥,在抵抗混凝土开裂的能力方面有很大的差异。因此，高性能混凝土必须重视对水泥的选择。配制不易开裂的管片混凝土应重

4、点考察以下几个方面：水泥早期强度好，并适合蒸汽养护，要求在低温蒸养条件下盾构管片10h脱模强度≥20MPa。根据经验,应选择强度等级不低于的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。为避免发生碱集料反应，水泥的碱含量应严格控制在%以下。从经济性和耐久性两方面考虑，应选择与高效减水剂适应性好的水泥。本文选择北京常用的三种普通硅酸盐水泥，强度等级为进行对比试验。其中混凝土脱模强度采用和实际生产一致的混凝土配合比进行，试验结果见表1。与外加剂的适应性试验采用聚羧酸系高效减水剂，试验结果见表2。通过表1和表2试验结果可以看出：三种水泥均属低碱含量水泥

5、，以丙的碱含量最低。混凝土脱模强度：丙最高，乙中等，甲最低。与外加剂适应性：在水泥净浆流动度基本相同的情况下考察外加剂掺量：甲>乙>丙，说明丙与高效减水剂的适应性最好。综合以上试验结果，丙最适合配制管片高性能混凝土。掺合料掺合料是高性能混凝土不可缺少的组分之一,常用的掺合料有磨细矿渣、粉煤灰、硅灰等。众多试验研究结果表明，磨细矿渣可以改善混凝土的和易性、提高混凝土的耐久性，尤其是耐腐蚀性可得到较大幅度的提高。但是，近年来的研究结果也显示，掺加磨细矿渣配制混凝土的体积稳定性越来越引起工程界的重视，磨细矿渣细度越大，混凝土工程早期开

6、裂的越多。如某管片厂采用大掺量磨细矿渣掺和料生产管片，在存放6个月以后，和不掺加磨细矿渣掺和料的管片相比，外弧面裂缝更宽和更深。大量研究高性能混凝土文献资料表明，单独使用优质粉煤灰或者把磨细矿渣和粉煤灰复合使用可减少混凝土收缩，提高体积稳定性[1]。本文根据经验使用Ⅰ级粉煤灰作掺合料取得较好效果。集料针对北京及周边地区砂子细度模数普遍在以下的特点，本文将改善混凝土集料级配的重点放在粗集料上。目前北京市售石子存在的最大问题是级配不合格，其中有生产不稳定的因素，也有生产和存储过程中大小石子分离的问题。本文提出了“组合级配”方法，适当

7、提高粗集料中细料含量，较好解决了细集料细度模数较低和粗集料级配较差的问题。表3为从某山碎石厂购买的5～20mm石子的实际筛分结果。从表3可以看出，该5～20mm石子中10mm以下粒径偏少，已经明显低于规范的范围。本文采用“组合级配”方法，既简单易行，也不提高成本，取得了较好效果。所谓“组合级配”就是碎石厂根据混凝土企业提供的集料粒径生产2种以上间断级配的石子，由混凝土企业自己混合成满足级配要求的连续级配石子。如盾构管片需要最大集料粒径为20mm石灰岩碎石，我们通过和碎石厂协商，由其提供5～10mm、10～20mm两种级配的石子，

8、在搅拌配料时按照25%的5～10mm碎石和75%的10～20mm碎石的比例混合，满足生产要求，检测结果见表4。半年来的应用结果表明，采用组合级配方法有如下优点：克服了北京市场5～20mm石子级配差的缺点，保证了级配稳定。大大减少了针片状含量，提高了石子质量。可以