免蒸养混凝土在地铁管片中的应用

林丽玲

（厦门智欣建材集团有限公司，福建 厦门 361000）

1 概述

目前，大部分地铁盾构管片采用蒸汽养护的方式提高混凝土早期强度，使模具的周转效率得到提高。蒸汽养护是将盾构管片放在充满饱和蒸汽或蒸汽与空气混合物的养护坑（或窑）内，在温度60℃以内、湿度大于90%的养护环境中加速混凝土的水化反应，使管片混凝土在较短时间内达到脱模起吊强度。一般盾构管片浇筑后在生产流水线上静停1～2h，进入蒸汽养护窑，升温2h、恒温2h、降温2h后管片强度需＞15MPa。蒸汽养护虽能提高盾构管片混凝土早期强度，但也存在有害气体排放和资源浪费等问题。盾构管片不采取蒸养措施，管片混凝土凝结时间长，模具周转率较低，极大地影响生产效率。因此，我司经过比对试验，选择凝结时间短、水化较快的水泥和标准型高性能减水剂，并优化配合比，使管片混凝土在养护窑里闷热，利用混凝土的水化热提高养护温度和拆模起吊强度，即免蒸养混凝土。免蒸养混凝土在外界气温＞15℃时，生产线上的管片混凝土10h拆模，起吊强度均＞15MPa，且混凝土拌合物性能、力学性能、耐久性能满足设计要求。

2 管片混凝土配合比原材料检验数据

2.1 试验

试验采用春驰P·O42.5、闽福P·O42.5R、红狮P·O42.5R、闽福 P·O52.5水泥，检验数据如表1。

所检项目检验结果均符合GB 175技术要求和管片原材料技术指标要求。

2.2 粉煤灰

采用漳州后石电厂生产的F类I级粉煤灰、F类II级粉煤灰性能指标如下：F类I级细度9.3%，需水量94%，烧失量1.54%；F类II级细度15.6%，需水量99%，烧失量2.35%。

所检项目检验结果均符合GB 1596技术要求及管片原材料技术指标要求。

2.3 矿渣粉

采用三钢集团（龙海）矿微粉有限公司生产的S95级磨细矿渣粉，密度2.92g/cm3，比表面积417m2/kg，7d活性指数78%，28d活性指数98%，流动度比98%，含水率0.1%，SO31.06%，碱含量0.58%，烧失量0.64%，氯离子0.004%。所检项目检验结果符合GB/T 18046-2008技术要求和设计要求。

表2 配合比验证

表3 优化比对验证配合比

2.4 外加剂

采用西卡（中国）有限公司生产的标准型聚羧酸系高性能减水剂A样品和B样品，掺量0.8%。A样品初凝凝结时间差为-50min、B样品初凝凝结时间差为-70min。其它项目检验结果符合GB 8076技术要求及管片原材料技术指标要求。

2.5 粗骨料

采用福建智欣双惠矿业有限公司生产的5～10mm和10～20mm反击破石子，检验数据如下：含泥量0.4%，泥块含量0.1%，针片状5.0%，压碎指标4.5%。其它检验项目检验结果符合JGJ 52技术要求和管片原材料技术指标要求。

2.6 细骨料

采用福建东石新型材料有限公司生产的河砂，细度模数2.7，表观密度2 650kg/m3，云母含量0.0%，含泥量0.8%，泥块含量0.2%，硫化物及硫酸盐含量0.16%，有机物含量合格，氯离子含量0.000 3%，轻物质含量0.5%。检验项目检验结果符合JGJ 52技术要求和管片原材料技术指标要求。

2.7 水

拌合用水全部采用饮用水。

3 管片混凝土配合比设计要求

钢筋混凝土衬砌管片要求混凝土强度等级达到C55，抗渗等级达到 P12，设计坍落度为（50±20）mm，最大水胶比为0.36，胶凝材料总量应控制在360～480kg/m3，氯离子含量≤0.06%，碱含量≤3.0 kg/m3，SO3含量≤4%，电通量≤1 000C（56d龄期），氯离子扩散系数≤3×10-12cm2/s（RCM法，56d龄期），快速碳化深度≤1cm，抗裂等级≥L-V。

4 管片配合比设计、性能比对试验

试验室试配强度为64.9MPa，设计抗渗等级为P14。根据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ/ 55-2011、《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476、《铁路混凝土结构耐久性设计规范》TB 10005，计算C55P12管片配合比，试验室根据各原材料性能进行验证，分析得出：水胶比0.33，砂率33%，粉煤灰、矿粉各掺10%的配合比性能最佳。不同水泥验证情况如表2。

经过比对试验，春驰P·O42.5、红狮P·O42.5R蒸养6h后，达不到起吊强度要求，闽福P·O42.5R、闽福P·O52.5蒸养6h后，达到起吊强度要求，其它强度、拌合物性能和耐久性均达到要求。通过优选C3A含量≥8.0%、凝结时间较短的水泥，能促进混凝土的水化及缩短混凝土凝结时间。考虑到管片配合比成本，选用试验编号2的闽福P·O42.5R配合比进行优化。优化比对如表3。

经过对比试验，试验编号8的闽福P·O42.5R配合比使用I级的粉煤灰和易性、强度、耐久性均优于II级粉煤灰；使用西卡减水剂B样品配制的混凝土，混凝土初凝时间、抗压强度、耐久性均优于西卡减水剂A样品。

5 免蒸养混凝土生产验证

考虑II级粉煤灰烧失量、需水量质量波动较大，我公司使用编号8的闽福P·O42.5R、I级粉煤灰、西卡减水剂B样进行生产验证，验证如表4。

表4 生产配合比验证

通过生产验证，选择水泥C3A＞8.0%、3d抗压强度＞30.0MPa、标准型减水剂、优质的掺合料，优化配合比后能够极大地缩短混凝土的初凝时间，提高混凝土早期强度。在大气平均温度15℃以上，管片混凝土在窑里利用特殊减水剂激发水泥水化热产生蒸养的养护条件下，10h混凝土强度可达15MPa以上。用优选后的原材料通过养护窑系统，编号8的闽福P·O42.5R、I级粉煤灰、西卡减水剂B样配制的管片混凝土，采用免蒸养措施，管片试件10h可达到最小拆模、起吊强度≥15MPa。该配合比节约能源损耗、降低生产成本，实现绿色生产，属于绿色高性能混凝土。

6 工程应用效果

采用免蒸养的管片混凝土，不仅降低生产成本、节约能源损耗，还可避免管片混凝土蒸养后拆模、起吊时因温差而产生温度裂缝。免蒸养高性能混凝土已成功应用于厦门市轨道交通1号线、2号线、4号线等工程，主要应用于地铁盾构管片。

7 结语

选择高C3A的水泥、标准型减水剂配制的混凝土，在大气平均温度15℃以上时，管片混凝土在窑里利用减水剂激发水泥加速水化，水化热产生闷热效果，10h混凝土强度可达15MPa以上，符合吸盘起吊强度要求，无需采用蒸汽养护。节约能源、降低成本，实现绿色生产，还可提高管片模具的使用效率。