混凝土在轨道交通工程的应用

【摘要】基于南宁市轨道交通主体结构要求，针对轨道交通工程中高性能混凝土质量控制要求，通过原材料质量控制、机制砂混凝土配合比及耐久性能检测、高性能混凝土工程评价等介绍机制砂高性能混凝土在南宁轨道交通工程的应用情况。以南宁市轨道交通5号线新秀公园站C35P8混凝土为例，通过原材料、混凝土性能、制备、配合比、施工五个单方面的评价及相关检测表明：各项技术指标满足高性能混凝土设计、生产及工程评价类别的要求。

【关键词】高性能混凝土；管片；主体结构；附属工程

受环境保护、原材料价格上涨、河砂资源短缺和材料运输等因素影响[1]，南宁市混凝土企业已基本采用机制砂代替河砂生产高性能混凝土。与河砂不同的是，机制砂颗粒表明粗糙、棱角多、针片状颗粒含量高、石粉含量高，机制砂制备高性能混凝土易出现离析泌水、流动性差、坍落度损失大等一系列问题[2]。为改善机制砂混凝土性能，常用的做法是石粉含量较多的、细度模数较低的碎石机制砂与细度模数较高、含有圆颗粒较多的卵石机制砂混合搭配使用。南宁轨道交通5号线于2017年9月开始建设，2021年12月28日建成通车，是南宁首条采用全自动运行系统的地铁线路。其主体结构设计使用年限为100年，结构构件包括框架梁、柱、顶底板、各层楼板、墙、楼扶梯、电梯井等，与土直接接触结构均采用C35P8高性能混凝土。本文以南宁轨道交通5号线新秀公园站标记为HPC-A-C35P8-180（P8）-Q-Ⅲ(1500)混凝土为例，依据JGJ/T385-2016开展高性能混凝土全过程评价工作，针对机制砂高性能混凝土原材料、混凝土性能要求，总结机制砂高性能混凝土原材料选材、配合比试验、高性能混凝土评价要点。

1混凝土服役环境

新秀公园站是南宁轨道交通5号线一期工程从南道北的第7个站点，位于邕江低阶地亚区（I1），距离邕江不足1km，地层自上而下依次为填土层、黏性土层、圆砾层、古近系成岩的泥岩、粉砂岩地层和炭质泥岩，地下水主要为上层滞水、第四系松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水，其中松散岩类孔隙水层、第四系松散岩类孔隙水层地下水量丰富，属承压水，与邕江有水力联系。经对该站岩土层及地下水分析评价混凝土结构可知，该站地下水对混凝土结构具有微弱腐蚀性，地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性，土对混凝土结构具有微弱腐蚀性，对混凝土结构中的钢筋及钢结构具微腐蚀性。该站点采用了HPC-A-C35P8-180（P8）-Q-Ⅲ(1500)、HPC-A-C35-180-Q-Ⅲ(1500)、HPC-A-C50-180-Q-Ⅲ(1500)三个标记的高性能混凝土。其中顶板、底板、结构侧墙（壁柱、暗柱）、顶纵梁、低纵梁采用标记为HPC-A-C35P8-180（P8）-Q-Ⅲ(1500)的高性能混凝土，其技术要求见表1。

2选用原材料要求及检测

根据高性能混凝土技术要求，混凝土配制时应选用优质水泥、性能良好的矿粉、粉煤灰等矿物掺合料，并对混凝土中胶凝材料最高、最大用量做出要求。原材料要求如下：⑴水泥：选用强度不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，其碱含量不低于0.60%，C3A含量不超过8%，水泥比表面积不小于300m2/㎏，且不宜小于350m2/kg。⑵混凝土掺合料：粉煤灰不低于Ⅱ级要求，矿粉不低于S95级要求。粉煤灰、矿粉等矿物掺合料掺量一般控制在20%。⑶机制砂：细度模数2.3～3.2，Ⅱ区颗粒级配，粒径0.6mm累计筛余量41%～70%，粒径0.15mm累计筛余量不小于90%。⑷粗骨料：氯离子含量≤0.02%、含泥量≤0.5%，泥块含量≤0.25%、吸水率≤1%、针片状含量≤8%。⑸混凝土拌合物用水：氯离子含量＜500mg/L的饮用水。项目选用润丰P.O42.5水泥、田东电厂F类Ⅱ级粉煤灰、源盛S95级矿粉、武鸣（5～31.5）mm碎石，机制砂为扶绥碎石机制砂、钦州卵石机制砂按2:1比例混合配制的混合砂，其检测数据见表2。

3混凝土配合比试验及检测

该标记混凝土配合比分别在混凝土生产企业试拌、试生产及第三方检测机构进行检测，其试验结果均满足高性能混凝土设计要求，结果见表3、表4。

4高性能混凝土评价

通过高性能混凝土评价确定设计、生产及使用的混凝土是否满足高性能混凝土的要求，成为高性能混凝土推广应用的最后一环。在高性能混凝土评价及推广应用方面，广西虽然不是首批高性能混凝土推广试点省市，但广西是首个开展高性能混凝土设计、生产、工程全过程评价的省份。值得一提的是，广西推广应用高性能混凝土由来已久。2014年南宁市城乡建设委员会《关于建设领域推广应用相关技术的通知》（南建质安[2014]14号），规定轨道交通工程必须使用预拌混凝土优质品。2017年，在JGJ/T385-2015实施后，南宁市城乡建设委员会《关于督促轨道交通3号线工程落实高性能混凝土应用的函》(南建管函(2016)14号)，规定轨道交通工程必须使用高性能混凝土，在《关于建设领域推广应用相关技术的通知》（南建规[2017]5号）中将高性能混凝土列入推广应用名录中。自2019年起，为组织车站主体、附属结构、区间等分项分部工程质量验收，南宁轨道交通集团有限责任公司组织开展高性能混凝土评价，具体评价工作由广西壮族自治区建筑工程质量检测中心（以下简称中心）负责，在全国首次采用JGJ/T385-2015开展高性能混凝土设计、生产、工程全过程评价，成功用于轨道交通3号线、4号线、5号线及2号线东延工程。为顺利开展评价工作，南宁轨道交通集团有限责任公司与中心为评价工作召开论证会，并明确了骨料及矿物掺合料放射性检测可采用同料源生产的送检报告，可收集生产企业出具的出厂氯离子含量报告，可采用现场施工、监理单位坍落度、扩展度报告进行混凝土拌合物性能进行评价。高性能混凝土评价按JGJ/T385要求，由原材料、配合比、制备、混凝土性能、施工5个方面评价指标组成。结合南宁市对高性能混凝土企业绿色生产水平，制备管理评价侧重于对企业的管理体系建设、实验室的建设和管理、技术人员的能力、生产装备、生产过程质量控制以及绿色生成等全方位的规范化生产能力评价。此外，制备管理要求中的绿色生产分项可采用当年度绿色生产考核结果，不再重复评价。原材料方面指标见前文第2点，均满足评价要求，其中水泥比表面积364m2/㎏，粉煤灰满足F类Ⅱ级的要求。配合比方面指标见前文第3点，均满足评价要求。混凝土性能方面，南宁市轨道交通5号线新秀公园站高性能混凝土的耐久性要求有抗碳化、抗渗性、电通量，工程选用28d电通量作为耐久性能评价指标，其他指标满足设计要求即可，标记为HPC-A-C35P8-180（P8）-Q-Ⅲ(1500)高性能混凝土电通量检测结果为1298，满足≤1500C的评价要求。抗渗性能满足P8要求，共取样送检了66组抗压试块，最低值47.0MPa，满足C35强度等级要求。施工方面评价，采用塑料薄膜覆盖保湿养护，浇筑、养护记录表明未发现明显裂缝，拆模后混凝土外观质量良好，无温度应力引起的明显裂缝。经评价该标记混凝土满足高性能混凝土原材料、配合比、制备、混凝土性能、施工等5个方面评价指标，以及满足设计、生产、工程评价3个评价类别的要求。

5高性能混凝土应用需要注意的问题

⑴为避免因混凝土自收缩而产生的裂纹，新秀公园站主体结构混凝土施工分为14段按顺序施工，各个施工工区错开混凝土浇筑时间，采用塑料薄膜进行覆盖养护不少于14天，养护期间每天浇水或喷淋洒水进行保湿养护，经现场检查未发现明显裂纹。分段施工及有效养护是控制混凝土裂缝的有效措施。⑵针对现代水泥比表面积高、混凝土水化放热快、易引起混凝土开裂的特征，新秀公园站高性能混凝土生产企业采用双掺矿粉、粉煤灰来降低混凝土水化热，其掺量达135㎏/m3，比例达33%。混凝土分层进行浇筑，非泵送混凝土最大摊铺厚度不大于400mm，泵送混凝土摊铺厚度不大于600mm，经精心施工及严格养护管理，现场检查未发现明显裂缝。

6结语

卵石机制砂、碎石机制砂混合配制的高性能混凝土，经配合比试验，混凝土电通量、抗渗、水溶性氯离子等性能均满足高性能混凝土设计及评价要求。按JGJ/T385-2015对机制砂高性能混凝土原材料、配合比、制备、混凝土性能、施工5个方面，及设计、生产、工程评价3个评价类别进行评价，新秀公园站主体结构用混凝土满足高性能混凝土评价要求。为保证高性能混凝土满足耐久性要求，应注意分段施工及控制混凝土水化放热量。确保混凝土无明显裂缝，是高性能混凝土长寿命的基础。

【参考文献】

[1]乔永平,卢凌寰,朱惠英,冯庆革.广西预拌混凝土用机制砂使用现状及问题分析[J].山西建筑,2015,41(27):121-122.

[2]秦明强,朱瑶宏,李进辉,占文,屠柳青.人工混合砂在轨道交通工程混凝土中的应用研究[J].铁道建筑,2011(09):77-79.

作者：杨卫军 李锡松 杨成军 张建 黄冰宇 吴晓远 单位：广西壮族自治区建筑工程检测中心有限公司