乌鲁木齐严酷地质环境下

王建新+张长江+朱炎宁

[摘要]本文以乌鲁木齐地铁高性能混凝土的配制及施工工艺为例，通过添加高性能抗腐蚀剂来改善混凝土性能，保证混凝土的耐久性，通过对配合比优化和施工工艺的改进，顺利完成该项目的混凝土浇筑。

[关键词]严酷地质；抗腐蚀性；施工难度；和易性；优化配合比；施工工艺

乌鲁木齐市政配套设施项目土建01标，作为乌鲁木齐地铁2号线一期工程中标段，首先由于该工程项目全部为地下线，且当地地质环境十分恶劣，对混凝土抗腐蚀性能要求较高；其次该项目施工难度大，混凝土浇筑现场在地下38m深处，混凝土通过垂直导管导人泵斗，对混凝土和易性要求较高。

1工程简介

乌鲁木齐地铁2号线分两期建设，一期工程共设置16个站台，南起天山区延安路西，北至开发区华山路。2号线一期工程也是乌鲁木齐南部一西北方向的主骨架线路，可以将乌鲁木齐城市中心区与城市总体规划中城市近期重点发展区域紧密衔接起来。并且由于2号线一期工程全长19.1km，全线采用地下敷设方式，结合当地恶劣的地质环境，所以该工程全部使用C45高性能混凝土共4898.5㎡，混凝土设计为抗渗等级P12，作业环境满足H2，L1。该工程混凝土浇筑现场在地下38m深的基坑当中，混凝土泵送至施工部位的施工难度较大。本文主要介绍了严酷地质环境下高性能混凝土配合比优化和施工工艺的改进。

2地质环境及应对方案

根据以往工程实践证明，在混凝土施工过程中和混凝土浇筑后期，由于变形、荷载和不均匀沉降导致混凝土产生裂缝。最终导致混凝土密实度降低，抗渗性能下降。而新疆乌鲁木齐地区大部分为盐碱地区，其中土壤当中氯盐、硫酸盐等酸性盐类引起的对钢筋腐蚀和混凝土的腐蚀破坏，是严重威胁钢筋混凝土结构耐久性的最主要、最普遍的原因，造成的直接损失或间接损失远远超出人们的想象。面对如此严酷的地质环境，决定在该工程项目所用混凝土中掺加防腐抗裂防水剂TB-CSA和膨胀剂（UEA）以及通过优化配合比来保证该工程质量。

2.1掺加TB-CSA防腐抗裂防水剂

该工程项目混凝土中掺加的TB-CSA防腐抗裂防水剂是一种新型混凝土防水剂，其物理性能为粉状、不燃、无毒、无氯、低碱，抗压强度比同配比混凝土提高11%左右；凝结时间同基准混凝土凝结时间一样，且对钢筋无锈蚀，提高混凝土密实度，能使混凝土的抗渗等级提高，另外由于它的膨胀作用，可以使混凝土内部的应力分布得到改善，防止裂缝，进而提升混凝土防腐抗裂性能。

在该工程项目混凝土中掺加防腐抗裂防水剂TB-CSA，主要作用机理由以下几点：①首先掺加TB-CSA防腐抗裂防水剂能够减少混凝土的塑形性收缩，对于硬化后的预拌混凝土，可产生约0.0025%的微膨胀效应，此膨胀效应可补偿或减少混凝土的体积收缩，使混凝土密实性进一步提高。浇筑之后的混凝土抗渗抗腐蚀性能增强。②其次TB-CSA防腐抗裂防水剂的膨胀源与水泥浆体中的ca（OH）2反应生成钙矾石，钙矾石是以结晶状和凝胶状存在于混凝土的空隙中，钙矾石的结晶生长和吸水膨胀构成混凝土的膨胀源，使混凝土在硬化过程中产生膨胀，再加上由于钢筋和邻位约束，又可在混凝土构件中建立约为0.2～0.7MPa预压应力，此预压应力大致可以补偿混凝土在硬化过程中产生温差和干缩的拉应力，有效补偿了混凝土收缩，减少因混凝土收缩产生的裂缝，增加混凝土密实度，进而提高混凝土抗渗防腐性能。

2.2掺加膨胀剂（UEA）

其是一种新型混凝土外加剂，主要作用是通过与混凝土中的水泥、水水化反应来产生体积变大的结晶，从而引起混凝土体积膨胀，产生一定预应力，有助于控制混凝土收缩产生裂缝。在混凝土中掺加膨胀剂（UEA），在拌水后生成大量的膨胀性结晶水化物，使混凝土产生适度的膨胀效应，在钢筋和邻位的约束下，产生的膨胀能转为压应力，此压应力可抵消混凝土在早期硬化时产生的收缩拉应力，因此减少了混凝土当中的裂缝。提高了混凝土自身的密实性，以此来提升混凝土抗渗和防腐性能。

2.3优化配合比

在该工程混凝土生产中通过掺加一级粉煤灰，来提升混凝土的抗腐蚀能力。主要作用机理是：加入的一级粉煤灰使混凝土的密实度大大提高，减少混凝土中的孔隙数量，提高混凝土的抗渗性能，使硫酸盐渗透性降至最低限度；对此进行如下对比试验。

由以上两种对比可知，在混凝土中加入一定量的一级粉煤灰首先提高混凝土可泵性，其次对混凝土抗腐蚀性能有一定幅度的提高，增强混凝土耐久性，满足混凝土设计强度值。有助于该工程项目的混凝土后期技术要求。

3施工工艺及应对方案

该工程项目混凝土浇筑现场在地下38m深处，为防止混凝土因超高落差而发生离析，针对该施工难点采取以下措施。

3.1原材料选用

为了使浇筑现场混凝土有较好的工作性能，在混凝土生产时选用颗粒级配均匀的粗骨料和优质的水洗砂，在选用水洗砂时物理指标应达到以下标准：含泥≤2.0%、泥块含量≤0.5%、Ⅱ区中砂，在掺合料选用时应选取Ⅱ级以上的优质粉煤灰以及S95级矿粉。来使混凝土达到较好的工作性能。

3.2泵管的架设

由于该工程项目混凝土浇筑现场场地狭小，施工电泵在地下38m深的基坑当中，首先架设垂直导管将混凝土导入施工电泵斗内，再通过150m的水平导管将混凝土泵送至浇筑现场。顺利解决了混凝土从运输车到浇筑现场的泵送难点。

3.3提供现场技术指导

为防止混凝土在卸料过程中因自由倾落高度过大，由于粗骨料在重力作用下克服黏着力后的下落动能大，下落速度较砂浆快，因而可能形成混凝土离析。经过现场观察，向施工方提出以下几点要求：①在架设垂直导管时，垂直导管之间应布置适当数量的弯管，因施工场地限制，无法架设弯管，最终采取垂直导管以一定倾斜度架设的措施，减小混凝土下落速度，防止混凝土离析。②为防止混凝土从导管导入泵斗内，出现离析，导致堵泵。在导管出料口处放置一块约0.4㎡的木板，使混凝土经过木板均匀流人泵斗内，解决了因混凝土下落速度过快发生混凝土离析而导致堵泵的施工难点。

4结语

混凝土质量保证工作是从方案设计开始，到原材料进场、配合比设计、试配验证、混凝土生产、运输、泵送，直至浇筑、养护的一个系统工程，需要各方人员的整体联动，各环节缺一不可。为保证该工程项目顺利竣工，技术人员主要从原材料的选择、配合比参数的合理确定等方面进行了研究。通过掺入一级粉煤灰和高性能化学外加剂的技术途径来配制该工程项目所用混凝土，既可改善混凝土的性能，又能降低生产成本，有利于高性能混凝土的推广应用。