干旱风沙地区高性能混凝土质量控制技术

肖颂新

(兰新铁路甘青有限公司，甘肃兰州 730000)

干旱风沙地区高性能混凝土质量控制技术

肖颂新

(兰新铁路甘青有限公司，甘肃兰州 730000)

以新建兰新铁路第二双线工程为例，选择高性能混凝土施工质量控制要素为对象，从材料和服役环境等方面确定影响高性能混凝土质量的主要因素及其对质量控制流程各环节的影响。在原材料质量控制方面提出了抑制碱—骨料反应技术，在混凝土配制方面提出了高浓度盐碱地区防腐混凝土和基于内养护的双块式无砟轨道道床板补偿收缩混凝土的配制技术，在施工工艺方面提出了节水养护技术，为干旱风沙地区混凝土施工提供参考。

干旱风沙地区 高性能混凝土 防腐混凝土 施工技术

1 工程概况

新建兰新铁路第二双线跨越甘肃、青海、新疆维吾尔三省区，正线全长1 775.8 km，其中甘青公司管段长1 066 km，多段线路处于大温差、大风沙、大蒸发、强日照的恶劣自然环境中，而且还存在盐渍土分布和原材料匮乏等诸多不利于混凝土工程的因素。目前，在高海拔地区以及高寒地区修建铁路可借鉴青藏铁路和哈大铁路客运专线的技术和经验，而对干旱风沙地区铁路高性能混凝土工程的质量控制尚缺少成熟的技术和经验。因此，本文以新建兰新铁路第二双线甘青段工程为背景，以混凝土结构达到设计使用寿命为目标，针对干旱风沙地区环境特征及其他客观因素，选择铁路高性能混凝土施工过程质量控制要素为对象，分析了干旱风沙地区混凝土质量的主要影响因素，从材料、配制、施工等方面提出了适用于干旱风沙地区铁路高性能混凝土质量控制关键技术，从管理方面提出了新建兰新铁路第二双线高性能混凝土质量控制标准化体系。

2 干旱风沙地区混凝土质量控制影响因素

针对新建兰新铁路混凝土服役环境特征，从材料、气候、地质三个方面确定高性能混凝土质量控制过程的主要不利因素及其对混凝土质量控制流程不同环节的影响，具体情况见图1。

3 干旱风沙地区混凝土质量控制关键技术

3.1 碱—骨料反应抑制技术

调研发现兰新铁路沿线大部分骨料具有不同程度的碱活性，若更换为非活性骨料将会导致高成本。依据《铁路混凝土工程施工质量验收标准》(TB10424)，当砂浆棒膨胀率≥0.10%，且＜0.20%时，应控制混凝土的碱含量;当砂浆棒膨胀率≥0.20%，且＜0.30%时，除应控制混凝土的碱含量外，还应采取抑制碱—骨料反应的技术措施，并需经过试验证明抑制有效。根据兰新铁路二线沿线原材料状况，采用胶凝材料多元化技术，利用掺合料复合后的“功能叠加”作用，抑制碱—骨料反应，具体抑制效果见图2。

3.2 混凝土配制技术

3.2.1 高浓度盐碱地区防腐混凝土配制技术

西北干旱风沙地区由于地质构造运动和气候特点，导致部分低海拔地区土壤中盐分累积，进而形成盐碱土，盐碱土中高浓度硫酸盐会降低水泥水化产物的稳定性，甚至导致混凝土剥落和溃散，氯盐会破坏钢筋钝化膜并导致其锈蚀。研究表明[1]，改善水泥基材料抵抗有害离子侵蚀能力的主要途径有降低水泥基材料内部Ca(OH)2和C3A的含量，减少水泥基材料受硫酸盐侵蚀的程度;改善水泥基材料的孔结构，提高密实性，阻止有害离子的侵入。基于此，确定防腐混凝土配制原则如下:①限制水泥熟料中的C3A含量不超过8%;②掺加高性能减水剂，对于盐类结晶破坏环境还须掺加引气剂，并保证混凝土含气量＞4.0%;③严格控制水胶比和胶凝材料用量，不同环境条件下混凝土的水胶比和胶凝材料用量控制列于表1;④掺加矿物掺合料，不同环境条件下掺合料的掺量范围列于表2。

图1 兰新铁路二线混凝土质量控制主要不利因素及其影响

图2 胶凝材料多元化技术对碱—骨料反应的抑制效果

3.2.2 基于内养护的双块式无砟道床板补偿收缩混凝土配制技术

新建兰新铁路第二双线轨道结构形式设计为CRTSⅠ型双块式无砟轨道。道床板为现浇板式结构，水平方向变形较大，且变形时受到内部钢筋、轨枕和底部支承层的多种约束，导致其开裂风险较高。目前，使用膨胀剂补偿混凝土收缩是抑制混凝土开裂常用技术措施[2]，然而，兰新二线自然环境严酷，道床板混凝土还存在浇筑过程中因暴露面迅速失水而产生较多塑性裂纹的问题。由于受“膨胀窗口”的限制，仅依靠膨胀剂无法有效抑制道床板混凝土塑性收缩裂纹的产生。针对上述情况，提出基于内养护的道床板补偿收缩混凝土的配制技术，利用内养护材料预蓄水分的长效缓释，补偿混凝土蒸发的水分，减少塑性收缩`，同时为膨胀剂水化补偿必要的水分，充分激发膨胀剂的效能。基于内养护的道床板补偿收缩混凝土与常规道床板混凝土的早期收缩对比结果见图3。

表1 不同环境下混凝土的水胶比和胶凝材料用量要求

表2 不同环境下混凝土中矿物掺合料掺量范围 %

图3 不同配制技术道床板混凝土早收缩情况

3.3 混凝土节水无间断养护技术

养护是混凝土设计性能得以实现的重要环节，它不仅直接影响混凝土强度的发展，而且影响着混凝土的耐久性能，特别是影响着表层混凝土的质量;科学合理地确定以温度、湿度和时间为要素的养护工艺是保证混凝土结构使用寿命的关键之一[3-6]。兰新二线沿线水资源匮乏，部分区段采用传统洒水养护工艺困难;同时大风干旱和大温差等环境因素易导致因拆模、养护工艺转换间隙而暴露的混凝土开裂，因此，亟需一种与其环境特征相适应的养护技术。针对上述需求，提出了一种利用含保水材料无纺物进行节水无间断养护的新技术，其作用机制为:浇筑前采用水溶性胶将无纺物粘贴至模板成型面，浇注后混凝土中富裕的水分在无纺织物内储存并将粘结层的水性胶溶解，脱模时无纺物与模板分离并附着在混凝土表面，利用预蓄的水分为混凝土提供养护。该养护技术具有节水、保湿、保温、表面增强和无间断等多重功效，能够满足干旱风沙地区铁路混凝土养护的需要。

3.3.1 保湿效果

比较分析了采用节水无间断养护和传统养护的墩身实体混凝土保湿效果，具体结果见图4。

图4 墩身混凝土表层(30 cm)相对湿度测量结果

从图4可看出，在第Ⅰ阶段(养护工艺实施阶段0～14 d)，采取两种工艺混凝土相对湿度测试结果差异不明显，节水无间断养护技术能够实现传统养护的功效;在第Ⅱ阶段(14～65 d)由于无纺物排出了混凝土表面富裕的水分，在一定程度上降低了表层混凝土的水胶比，提高了混凝土致密性，与传统养护相比，采取节水无间断养护的混凝土相对湿度降低幅度较小;在第Ⅲ阶段(65 d后)，采取两种养护工艺的混凝土内部相对湿度趋近。

3.3.2 外观质量

图5(a)为采用节水无间断养护的墩身脱模时无纺物与模板分离并与墩身混凝土密贴的情况，图5(b)和5(c)分别为采用节水无间断养护和传统养护的混凝土外观情况。从中可以看出，采用节水无间断养护的混凝土表面颜色均匀，无气泡、水纹和砂线等质量通病，外观质量明显优于采用传统养护的混凝土。

图5 采用节水无间断养护与传统养护工艺混凝土外观对比

4 兰新铁路二线混凝土质量控制

目前，混凝土工程管理的标准化和信息化已成为趋势和必然。为确保兰新铁路二线混凝土结构在严酷服役环境下的使用寿命，须建立与其工程特征相适应的标准化管理体系，具体包括管理制度标准化、人员配备标准化、现场管理标准化、过程控制标准化等四个方面。其中管理制度标准化内涵为在科学分析恶劣自然条件下高性能混凝土工程面临的技术难点和要点的基础上，依据现有标准、规范，构建清晰、职责分明、重点突出的兰新铁路高性能混凝土施工管理制度和体系，从而做到关键技术明确，实施有规范、操作有程序、过程有控制、结果有考核;人员配备标准化内涵为根据兰新铁路高性能混凝土工程技术特点对混凝土质量控制进行归口管理，配备具有相应技能、能力、知识的人员，建立培训和考核机制，提高人员的素质和工作效率;现场管理标准化内涵为依据即有施工管理制度和体系，具体化和定量化混凝土质量控制现场管理的工作内容，提炼、升华管理要素，进而形成混凝土质量控制现场管理工作标准;过程控制标准化内涵为将管理制度标准化、人员配备标准化、现场管理标准化贯穿混凝土工程质量控制过程，建立量化考核机制，对执行程度进行考核。兰新铁路二线混凝土质量控制管理基本内容见表3。

5 结语

1)兰新铁路二线严酷的环境对混凝土质量控制技术提出了特殊要求，合理应用碱活性骨料降低成本、有效降低大风干旱环境下混凝土开裂风险、确保高腐蚀环境混凝土结构使用寿命和实现在水资源匮乏条件下的节水养护是混凝土工程面临的重大难题。

2)通过胶凝材料多元化技术，有效抑制了混凝土碱—骨料反应;通过控制水泥中C3A含量、水胶比、掺活性矿物掺合料和适当引气等综合技术措施，提高了混凝土抗腐蚀性能。

3)采用节水无间断养护技术能够实现混凝土自浇筑起点的无间歇养护，有效避免工艺流转过程养护的中断和混凝土暴露，在节约了水资源的同时显著改善混凝土外观质量。基于内养护的补偿收缩混凝土配制技术在补偿长期干缩的同时，有效降低混凝土塑性阶段开裂的风险，适用于制备大风干旱地区长线板式结构高性能混凝土。

表3 兰新铁路二线混凝土质量控制管理基本内容

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[6]张勇，杨富民，谢永江，等.郑西铁路客运专线高性能混凝土配制试验研究[J].铁道建筑，2007(12):103-106.

TU528.31

A

1003-1995(2012)06-0139-04

2012-03-05;

2012-03-20

铁道部科技研究开发计划项目(2010G019-A)

肖颂新(1970— )，男，湖南益阳人，高级工程师。

(责任审编 王 红)