清水混凝土在北京地鐵15號線工程中的應用實例

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北京地鐵15號線總體呈東西走向，西起海淀區(qū)西苑，東到順義區(qū)潮白河河東地區(qū)。線路全長45.8千米，其中地下線約32千米，高架線約13.8千米；新建車站21座，新建車輛段和停車場各1座。整個方案分一期和二期，一期工程線路全長約38.3千米，從望京西站至順義區(qū)河東站的一期工程率先開始建設(shè)，于2009年4月破土動工。

在地鐵工程中，對混凝土質(zhì)量要求非常嚴格，特別是地上部分，不僅僅是強度滿足要求，而且要求外觀質(zhì)量好，顏色一致，無裂縫、氣泡。在地鐵工程中，地上部分主要是墩柱和箱梁，強度等級分別是C40F300和C50，北京住總商品混凝土中心主要供應C40F300的墩柱混凝土，針對以上要求，進行了相關(guān)試驗工作。

原材料選擇及配合比設(shè)計

清水混凝土，是指通過混凝土的本色和自身質(zhì)感，以及精心設(shè)計施工的外觀質(zhì)量來實現(xiàn)美觀效果的現(xiàn)澆混凝土，所以，在原材料選擇過程中，不但要滿足相關(guān)的規(guī)范要求，還要注意以下兩點：有利于提高混凝土硬化后的外觀質(zhì)量；有利于改善混凝土拌和物的性能，便于施工，保證在施工過程中混凝土的工作性能。

1.選擇原材料

外加劑：在清水混凝土中，外加劑對混凝土的外觀質(zhì)量影響很大。所以在選用外加劑時，要著重考慮外加劑與水泥及摻和料的適應性、保水性，能夠有效控制混凝土的坍落度損失。所選用的外加劑不能產(chǎn)生較大的氣泡，在混凝土中引入引氣劑時，應該選用引入的氣泡直徑小且氣泡穩(wěn)定的引氣劑?？紤]到施工現(xiàn)場模板周轉(zhuǎn)比較快，在標準狀態(tài)下混凝土的凝結(jié)時間宜控制在11小時左右，不易過長。

由于施工時間為6～8月份，正值北京高溫季節(jié)，平均溫度達到35℃以上，所以，在選擇外加劑時，外加劑的性能指標主要考察的是混凝土的抗壓強度，經(jīng)過 1小時、2小時混凝土的坍落度損失，保水性這3個方面，不同聚羧酸外加劑廠家的產(chǎn)品，對同一水泥的適應性不同。通過5種聚羧酸外加劑的試驗對比，優(yōu)選巴斯夫建材有限公司生產(chǎn)的聚羧酸及天津雍陽生產(chǎn)的引氣劑，聚羧酸外加劑的減水率在26％左右，1小時混凝土坍落度無損失，引氣劑的摻量在0.5%，摻入混凝土后含氣量達到4％以上。

水泥：選用水泥時，要考慮到水泥本身的顏色、保水性，生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)能力，能否保證連續(xù)供應，如果在整個工程還沒有完畢的情況下更換水泥，會造成顏色不一致。硬化后的混凝土不得泛堿，以免影響混凝土的外觀顏色，要選用低堿水泥。水泥選用冀東P·O42.5低堿水泥，堿含量0.44％，28天強度 52MPa，安定性合格。

集料：砂石的級配和粒形對混凝土的和易性影響比較大，應選用級配比較好的Ⅱ區(qū)中砂，石子選用級配良好的碎石。由于工程中鋼筋比較密集，石子粒徑控制在 5mm～20mm，同時需要嚴格控制砂石中的含泥量及泥塊含量。

由于北京地區(qū)砂石料供應緊張，質(zhì)量較好的天然砂資源非常緊張，即使找到了符合質(zhì)量要求的天然砂，也不能保證連續(xù)供應。所以在砂的選擇方面，我們選用經(jīng)過水洗工藝的尾礦砂，該砂無風化，在生產(chǎn)過程中通過水洗，基本上無石粉殘留，同時該砂顏色發(fā)青，與硬化后水泥的顏色非常接近，有利于提高混凝土的外觀質(zhì)量。該人工砂分為粗砂和細砂兩個品種，粗砂的細度模數(shù)在3.5左右，細砂的細度模數(shù)在1.9左右，通過一定的比例級配，使得細度模數(shù)穩(wěn)定在2.6左右，石粉含量3％，MB值0.8。石子選用三河機碎石，顏色泛青，5mm～20mm連續(xù)級配，針片狀l.8％，含泥量0.1％。

礦物摻合料：在混凝土中摻入礦物摻合料，目的是為了減少水泥用量，從而降低混凝土的水化熱，減小混凝土的收縮，增加混凝土的密實度?；炷撩軐嵍鹊奶岣撸欣谔岣呋炷恋哪途眯?。選用礦物摻合料，除了要考慮其常規(guī)性能指標以外，還要考慮其顏色及廠家的供應能力。在選定廠家以后，摻合料顏色要保持均勻穩(wěn)定性，以免形成色差。

目前常用的礦物摻合料有粉煤灰和礦渣粉，粉煤灰選用I級粉煤灰，顏色泛青，有利于提高混凝土的外觀質(zhì)量，礦渣粉選用S95級礦粉。

2.配合比設(shè)計

在混凝土配合比設(shè)計時，首先要考慮的是強度和耐久性，同時要兼顧混凝土的和易性及澆筑時的坍落度。對配合比進行優(yōu)化，保證良好的和易性、保水性，不離析泌水，坍落度損失小。

對混凝土外加劑的摻量及廠家的選擇，通過試驗確定。對外加劑的要求，需要注意兩點，一是減水率高，與水泥的適應性好；二是混凝土坍落度保留值良好。由于混凝土有F300的凍融要求，在混凝土中要適當加入引氣劑，引氣劑的引入，對混凝土的強度有降低的趨勢，所以在配合比設(shè)計中，要適當提高混凝土的強度富余系數(shù)，以彌補引氣劑帶來的強度損失?；炷翉姸鹊燃墳镃40F300，在配合比設(shè)計中，采用全計算法，確定w／c=0.37，sp=42％，單方用水量 170kg，調(diào)整水泥及摻合料的比例，根據(jù)混凝土的強度、和易性、坍落度損失等確定配合比。

在配合比確定后，當原材料進場時，應對配合比進行復驗，需要驗證的有以下幾點：

一是外加劑與水泥及摻合料的適應性。由于樣品與實際供應的產(chǎn)品質(zhì)量可能存在一定的差異，所以外加劑進場的時候不能單單檢測減水率，同時要查看試拌混凝土工作性及強度。

二是混凝土的坍落度保留值良好，這一點非常重要。由于在施工過程中，墩柱的施工速度比較慢，一車混凝土從出機到澆筑完畢，正常情況下需要1.5小時，所以要求混凝土的坍落度損失非常小。

三是混凝土的流動性良好。在地鐵工程中，由于鋼筋比較密集，所以要求混凝土有良好的流動性，若流動性不好，振搗不到位時，容易形成蜂窩麻面，混凝土出機擴展度在560mm～600mm比較適宜。

四是凝土出機時無明顯氣泡?；炷林杏写蟮臍馀?，在墩柱內(nèi)不容易排出，引氣劑所引入的氣泡都非常小，氣泡直徑小于2.5mm，當有較大的氣泡時，容易影響結(jié)構(gòu)實體外觀。

生產(chǎn)過程質(zhì)量控制

為了確?；炷临|(zhì)量穩(wěn)定，我們采取了一系列質(zhì)量保證措施。

①嚴格控制各種原材料的質(zhì)量，與試驗過程中原材料的質(zhì)量保持一致，特別是粉煤灰和外加劑的質(zhì)量，進行每車檢測，防止質(zhì)量發(fā)生波動。

②加強混凝土的攪拌工藝。由于混凝土中反應充分，混凝土的和易性反而不好，坍落度損失增大，攪拌時間過短則容易引起攪拌不均勻。通過實際生產(chǎn)及工程試驗，確定合理的攪拌時間，不僅混凝土能夠得到充分攪拌，而且混凝土坍落度保留良好。

③嚴格控制用水量和坍落度。在開盤之間，測試砂石含水量，操作工根據(jù)含水率嚴格控制用水量，未經(jīng)試驗室人員同意不得隨意增加用水量，保證混凝土出機坍落度控制在230mm～240mm，擴展度560mm～600mm。

④在供應過程中，根據(jù)施工節(jié)奏合理安排車輛，做到不斷車、不壓車，保證混凝土的連續(xù)供應。

施工過程控制

①模板采用定制的表面平整、光滑、清潔的全鋼大模板。

②采用油性脫模劑，脫模劑應薄而均勻，大面、小面及陰角均無漏刷。

③混凝土到達施工現(xiàn)場后，嚴禁往罐內(nèi)加水。若在現(xiàn)場停滯時間過長，需退回攪拌站進行處理，嚴禁任何不合格的混凝土打入施工部位。

④加強混凝土的澆筑和振搗。對墩柱的澆筑，一次性連續(xù)澆筑的水平厚度不超過400mm，混凝土必須振搗到位，不得過振，同時也不得漏振，要快插慢拔。過振容易在模板表面形成水紋，影響外觀質(zhì)量，漏振則容易形成蜂窩麻面。

⑤為了保證混凝土后期強度的發(fā)展，同時防止裂縫的產(chǎn)生，需要加強養(yǎng)護工作?；炷翝仓戤叄瑤ｐB(yǎng)護至少24小時后方可拆模，拆模完畢，立即用塑料薄膜包裹養(yǎng)護，不得只涂刷養(yǎng)護劑養(yǎng)護，養(yǎng)護齡期不少于14天。

⑥安排質(zhì)檢服務(wù)人員到施工現(xiàn)場，協(xié)調(diào)混凝土的正常供應，并在拆模后對每一根墩柱進行表面色差、光潔度、氣泡量等表觀質(zhì)量評價。同時與施工方進行溝通，不斷提高混凝土施工的控制水平。

工程應用情況

在地鐵15號線工程C40F300墩柱混凝土工程中，通過采取上述一系列控制措施，混凝土各項性能技術(shù)指標均滿足地鐵工程要求。

①墩柱外觀質(zhì)量。在地鐵15號線工程中，墩柱外觀光滑，有光澤，基本無氣泡，顏色一致，達到了清水混凝土的外觀要求。

②拌合物性能。地鐵15號線C40F300墩柱混凝土出機坍落度控制在230mm～240mm，含氣量4.2％～4.7％，1小時混凝土坍落度無損失，2小時混凝土坍落度損失20mm，工作性能良好，滿足施工要求。

③混凝土的強度。C40F300混凝土抗壓強度平均值在55.4MPa，通過對原材料及生產(chǎn)過程的嚴格控制，生產(chǎn)水平達到優(yōu)良。

作者:王玉鵬 趙榮明