滨海地区城市轨道交通工程混凝土耐久性对策

李进辉，秦明强，焦运攀，刘 松

(1.中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，湖北武汉 430040;2.长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室，湖北武汉 430040)

宁波市轨道交通工程处于滨海地区，设计使用寿命为100年，混凝土建设和使用环境较为恶劣，主要表现在:①腐蚀介质浓度较高。工程沿线地下水矿化程度较高，Cl-含量大(大多为500～2 000mg/L，部分标段接近5 000mg/L)，SO2-4含量21～382 mg/L，对混凝土有一定的腐蚀性。②碳化腐蚀严重。工程主体结构受碳化环境影响明显，在未来运营期间CO2含量将随车流和客流量增大而增加，加剧对混凝土结构的碳化作用。③工程所处位置地质条件较差，地下水位高。④宁波地处重酸雨区，对高架区间混凝土结构存在酸腐蚀隐患。以上建设和服役环境条件对混凝土耐久性提出了较高的要求［1-2］。本文针对城市轨道交通工程混凝土耐久性要求高的特点，考虑工程使用环境的侵蚀特性，结合设计要求和当地原材料情况，在专题研究的基础上提出混凝土耐久性技术要求和保证原则，为工程混凝土的施工提供技术指导和支持，并为类似工程的施工提供参考和借鉴。

1 混凝土耐久性保证原则

1)混凝土结构耐久性设计

采用整体论方法，综合考虑设计、施工、使用、管理、维修等要求和措施，遵循“以防为主”的方针，重点在于预先设防并兼顾经济性，确定采用高性能混凝土作为本工程的基本耐久性措施，并研究确定高性能混凝土的耐久性技术指标。

2)因地制宜地提出原材料控制指标

结合相关标准规范、工程相关文件要求，参考宁波轨道交通工程调研和试验结果，因地制宜地提出本工程的混凝土原材料控制指标要求。

3)以整体论原则配制高性能混凝土

本工程混凝土配合比设计遵循整体论，以满足耐久性指标为基本原则，对主体工程的不同结构形式、强度等级和环境腐蚀等级、施工方法分别进行设计。

4)严格控制混凝土施工质量

针对本工程不同的结构特点及腐蚀环境，为保证混凝土结构的耐久性，对混凝土的施工各环节提出严格控制要求。

5)混凝土结构耐久性后评估

针对混凝土结构所处不同的环境，随机取出一定试块进行现场暴露，以现场暴露试块数据为基础，采用寿命预测模型预测在氯盐、碳化或硫酸盐侵蚀环境下的使用寿命，为工程后期维护提供基础数据。

2 混凝土耐久性对策

2.1 提出混凝土耐久性技术指标

通过设计文件及环境调研，结合设计使用寿命，提出了抗氯离子渗透性指标和抗裂性能要求［3］，见表1及表2。

2.2 优选混凝土用原材料

2.2.1 胶凝材料

1)水泥应采用符合现行国家标准《通用硅酸盐水泥》(GB 175)强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥或Ⅱ型硅酸盐水泥;C3A含量控制在6% ～10%;碱含量(按Na2O当量计)低于0.6%。

表1 混凝土电通量和氯离子扩散系数要求

表2 混凝土抗裂性能要求

2)矿粉主要控制活性指数、比表面积，选用S95级矿粉，比表面积为400～450m2/kg。

3)粉煤灰必须来自燃煤工艺先进的电厂，应选用Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰，其烧失量宜＜5.0%，需水量比应＜105%;配制C50及以上等级混凝土时，需水量比应＜100%，烧失量不宜＞5%。粉煤灰应组分均匀、各项性能指标稳定，不得使用高钙灰。

2.2.2 集料

1)不得采用可能发生碱集料反应(AAR)的活性集料。

2)混凝土中初始氯离子含量对寿命影响较大，故不得使用海砂;水溶性氯化物(折合氯离子含量)应不超过骨料重量的0.02%。

2.2.3 外加剂

1)宜采用聚羧酸类高性能减水剂，减水率应不低于25%，含固量应＞20%，混凝土1 h坍落度损失小于初始值的10%，泌水率比≤60%，28 d收缩率比≤105%。C50预制混凝土衬砌管片使用的减水剂减水率不宜低于25%，含固量应＞20%，28 d收缩率比≤100%。

2)减水剂中氯离子含量(按折合含固量计)≤0.6%，总碱量(按折合含固量计)≤15%。

2.3 采用高性能混凝土

2.3.1 混凝土配合比设计原则

混凝土配合比设计以耐久性为核心，抗裂性与抗渗性并重，兼顾混凝土力学性能、工作性能等各项性能。混凝土配合比设计应根据不同结构部位、不同环境作用等级、不同设计要求和不同施工方法分别进行设计，通过对新拌混凝土工作性能、硬化混凝土力学性能以及耐久性指标的测定，确定以耐久性为目标的最终配合比。

2.3.2 高性能混凝土配制方案

采用普通硅酸盐水泥或Ⅱ型硅酸盐水泥、大掺量矿物掺合料(优质粉煤灰和磨细矿渣复掺)和性能优良的聚羧酸外加剂，选取适中的水胶比、尽量降低胶材用量和水泥用量，配制出抗渗性好、体积稳定性高和抗裂性能优良的混凝土。各等级高性能混凝土配制技术方案如表3所示。

表3 高性能混凝土配制方案

2.3.3 抗裂性要求

宜通过限制混凝土早期强度的发展有效控制早期热开裂。要求24 h抗压强度≤12 MPa，对抗裂要求较高的构件，不宜＞10mPa;对于有预应力张拉的构件，此要求可适当放宽。C50预制混凝土衬砌管片不做此项要求。

2.4 严格控制混凝土施工质量

混凝土施工质量是保证混凝土结构耐久性的关键，包括混凝土搅拌、运输、浇筑、振捣、拆模与养护、施工缝与后浇带、预制管片施工、夏季施工直至混凝土质量检验，均应严格控制，在轨道交通工程混凝土施工中，应着重注意以下几个方面。

2.4.1 预制混凝土衬砌管片施工

1)预制混凝土衬砌管片坍落度冬季宜控制在30～50mm，夏季宜控制在50～70mm。

2)预制混凝土衬砌管片蒸汽养护制度应通过试验确定，升温速度不宜超过15℃/h，降温速度不宜超过20℃/h;恒温最高温度不宜超过60℃。蒸养过程中应定时进行测温并记录。采用蒸养房蒸养时，应在各区间(静养、升温、恒温和降温)用门帘隔开。

3)预制混凝土衬砌管片脱模时强度应＞15mPa，且混凝土温度与环境温度之差应＜20℃。

4)预制混凝土衬砌管片拆模降温后宜置于水池中养护14 d以上;出水后应采用覆盖保湿养护，整个养护过程时间不得＜14 d。

5)预制混凝土衬砌管片脱模强度、出厂强度、28 d评定强度、抗水压渗透和抗氯离子渗透试验试件应在浇筑地点随机取样。脱模强度、出厂强度宜根据同条件养护的标准尺寸试件的混凝土强度确定;28 d评定强度试件随预制混凝土衬砌管片同条件蒸养后转入标养至28 d。

2.4.2 施工缝与后浇带的施工

1)明挖车站、通道、风道等结构混凝土应设施工缝分段浇筑，底板分段长度不宜超过24 m，侧墙和顶板分段长度应符合设计要求。宜采用分段跳槽或设后浇带的方法施工。

2)底板上连续浇筑墙体结构时，水平施工缝宜设置在距墙底≥1 m的位置。

3)施工缝表面要凿毛，剔除浮石、浮浆和杂物等，清理干净，用水冲刷后，在表面铺上厚度为20～25mm的与混凝土同配合比的砂浆或涂刷环氧树脂类的界面剂，然后继续浇筑混凝土。

4)后浇带混凝土采用微膨胀混凝土或者增设构造加强筋，采用微膨胀混凝土时应蓄水养护≥14 d。

2.4.3 大体积混凝土施工

1)大体积混凝土宜事先通过温度、应力计算，分析确定混凝土的浇筑温度、合理工序和养护方法，预测施工过程中温度与应力的发展，并提出合理的温控标准和温控措施。

2)明挖车站宜采用复合墙体系，围护结构与主体结构侧墙分离设置，中间设置柔性防水隔离层，避免侧墙结构混凝土硬化过程中受到地下连续墙约束而出现开裂，保证结构防水抗渗效果。

3)应优化施工方案，如分块、分段施工缝位置、浇筑顺序和后浇带的设置，以尽量减少新浇混凝土硬化收缩过程中的约束拉应力［4-5］。

2.4.4 混凝土养护

1)对墙体和柱体结构，拆模前可在适当时间松动模板，向模板内淋水养护，直至拆模。拆模后，可采用涂刷养护剂或覆盖喷水方法养护。

2)明挖车站、通道、风道的底板、中楼板和顶板混凝土浇筑完毕抹面后，应立即严密覆盖，终凝后潮湿养护，宜采用蓄水养护，蓄水厚度不宜＜200mm。底模拆除后，应保持混凝土表面湿润，避免上下表面有较大的湿度和温度差。

3)明挖车站、通道、风道的侧墙，拆模时间不宜＜3 d。拆模后应进行湿养护，湿养时间不应＜14 d。

3 结语

遵循混凝土耐久性保证原则，优选混凝土用原材料，采用高性能混凝土，在施工全过程及各环节中严格控制混凝土质量，并开展混凝土耐久性后评估来验证混凝土的耐久性，上述耐久性综合对策为宁波轨道交通工程混凝土的耐久性提供了有利的保障。根据目前工程的施工情况，原材料控制质量较好，混凝土各项指标满足设计要求;混凝土施工性能稳定，施工后混凝土结构外观质量无明显缺陷，力学性能及耐久性能良好;大体积混凝土也未出现有害裂缝。

［1］张利俊，刘超，张成满，等.北京地铁工程混凝土早期裂缝控制［J］.商品混凝土，2006(6):25-30.

［2］吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土［M］.北京:中国铁道出版社，1999.

［3］中华人民共和国住房与城乡建设部.GB/T 50476—2008 混凝土结构耐久性设计规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2008.

［4］中华人民共和国交通运输部.TTS 202-1—2010 水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程［S］.北京:人民交通出版社，2010.

［5］占文，秦明强，李进辉，等.某地铁车站大体积混凝土结构温度裂缝控制技术［J］.铁道建筑，2011(7):57-58.