膨脹劑在南昌紅谷隧道中的應(yīng)用

李社偉，李軍平，趙軍輝，李長(zhǎng)成

（1.中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司南昌市紅谷隧道工程施工項(xiàng)目經(jīng)理部中心試驗(yàn)室，江西 南昌 330209；2.北京市成城交大建材有限公司，北京 101105；3.中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院，北京 100024）

膨脹劑在南昌紅谷隧道中的應(yīng)用

李社偉1，李軍平2，趙軍輝2，李長(zhǎng)成3

（1.中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司南昌市紅谷隧道工程施工項(xiàng)目經(jīng)理部中心試驗(yàn)室，江西 南昌 330209；2.北京市成城交大建材有限公司，北京 101105；3.中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院，北京 100024）

紅谷隧道采用沉管法施工，沉管段為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，沉管段后澆帶混凝土為補(bǔ)償收縮混凝土。選用 CC-12 高性能膨脹劑配制限制膨脹率 ≥0.025% 的補(bǔ)償收縮混凝土，加強(qiáng)膨脹劑進(jìn)站抽查檢測(cè)，延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，分層澆筑、加強(qiáng)振搗養(yǎng)護(hù)，確保后澆帶混凝土密實(shí)，沉管段連接處建立有效膨脹，提高隧道整體防水效果。

膨脹劑；補(bǔ)償收縮混凝土；沉管法；后澆帶

1　工程概況

紅谷隧道位于南昌市跨江大橋南昌大橋、八一大橋之間，連接南昌市紅谷灘新區(qū)與東岸老城區(qū)，隧道全長(zhǎng)約2650m，工程按城市主干路、雙向六車道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)行車速度為 50km/h。紅谷隧道采用沉管法進(jìn)行施工，沉管段為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，全長(zhǎng) 1305m，共 12 節(jié)管段，其中的 9 節(jié)每節(jié)長(zhǎng)度約為 115m，剩余的 3 節(jié)每節(jié)長(zhǎng)度約為 90m。管節(jié)結(jié)構(gòu)橫斷面采用兩孔一廊道型式，尺寸為 30.0m（外寬）×8.3m（外高），頂板厚 1.10m、側(cè)墻厚 1.0m、底板厚 1.20m。兩側(cè)車道單孔尺寸為 12.4m（凈寬）×6.0m（凈高），中間廊道尺寸為 2.0m（凈寬）×5.7m（凈高）。

采用獨(dú)立大型分離式干塢，分 2 批次預(yù)制，每批預(yù)制 6節(jié)。沉管管段后澆帶混凝土采用膨脹混凝土，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C45。

2　技術(shù)方案

沉管隧道工程項(xiàng)目投資巨大，地質(zhì)條件復(fù)雜，同時(shí)工程對(duì)防水、抗?jié)B及其在不同侵蝕條件下的工程壽命也都有著極為苛刻的要求[1-2]。后澆帶作為隧道沉管管段之間的連接，是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其質(zhì)量好壞直接影響著隧道的工程質(zhì)量和服役壽命。

隧道的底板、側(cè)墻和頂板厚度高達(dá) 1.0～1.2m，屬于大體積混凝土，水化放熱集中，溫度應(yīng)力較大，開裂風(fēng)險(xiǎn)較高。因此，為保證后澆帶混凝土的抗裂性能，水中 7d 限制膨脹率設(shè)計(jì)取值≥0.025%。

膨脹劑是制備補(bǔ)償收縮混凝土的重要材料，為保證工程質(zhì)量，工程部抽選了國(guó)內(nèi) 4 家膨脹劑廠家，其膨脹劑的性能檢測(cè)結(jié)果見表 1。

由表 1 可知，北京 CC 與四川 VF 膨脹劑的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足國(guó)家規(guī)范要求，而山西 WJ 及河南 KP 膨脹劑的限制膨脹率比標(biāo)準(zhǔn)要求低。北京成城交大與四川路加四通膨脹劑樣品氧化鎂含量及總堿量均遠(yuǎn)小于國(guó)家規(guī)范要求[3]，北京成城交大膨脹劑樣品的 Cl-含量最小，僅為 0.02%。綜合考慮各項(xiàng)性能，本工程后澆帶混凝土膨脹材料選用北京 CC 膨脹劑。

3　補(bǔ)償收縮混凝土制備

3.1原材料要求

原材料質(zhì)量直接決定著混凝土質(zhì)量的優(yōu)劣，本工程原材料性能要求如下：

（1）水泥，采用強(qiáng)度等級(jí)不低于 42.5 級(jí)的普通硅酸鹽水泥，水泥質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB175－2007《通用硅酸鹽水泥》的規(guī)定，不得使用礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥。

（2）礦物摻合料：①粉煤灰，采用細(xì)度（45μm 方孔篩篩余）不大于 12%、燒失量不大于 5%、需水量比不大于 100% 的 II 級(jí)粉煤灰；②礦渣，采用符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18046－2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》有關(guān)規(guī)定的 S95 級(jí)礦渣粉。

（3）骨料：①細(xì)骨料，選用級(jí)配合理、質(zhì)地均勻堅(jiān)固、吸水率低、空隙率小的潔凈天然中粗河砂，細(xì)度模數(shù)為 2.6～3.0；②粗骨料，選用級(jí)配合理、粒形良好、質(zhì)地均勻堅(jiān)固、線膨脹系數(shù)小的潔凈碎石，碎石最大粒徑不宜大于20mm。

（4）減水劑，采用聚羧酸系高性能減水劑，其減水率應(yīng)不小于 25%。

表1　膨脹劑性能檢測(cè)結(jié)果

3.2混凝土配合比

綜合考慮補(bǔ)償收縮混凝土強(qiáng)度、限制膨脹率、抗?jié)B性、泵送施工要求的坍落度、大體積混凝土分層澆筑裂縫控制、水下環(huán)境耐久性要求與浮運(yùn)施工的容重等控制要求，本工程確定的混凝土配合比見表 2，混凝土抗壓強(qiáng)度、限制膨脹率測(cè)試結(jié)果見表 3。

表2　混凝土編號(hào)及配合比 kg/m3

表3　硬化混凝土性能

由表 3 測(cè)試結(jié)果可以看出，北京 CC 高性能混凝土膨脹劑制備的 C45 補(bǔ)償收縮混凝土，完全滿足沉管后澆帶混凝土性能要求。

4　沉管后澆帶混凝土施工

后澆帶混凝土為大體積混凝土，如何控制混凝土溫升是進(jìn)一步提高后澆帶混凝土結(jié)構(gòu)抗裂防滲效果的有效手段。骨料是拌制混凝土的最大宗材料，每方混凝土中骨料約占總重量的 75% 以上。因此，降低骨料溫度是控制混凝土入模溫度的好方法。本工程所用粗細(xì)骨料均存放在骨料大棚中，避免陽(yáng)光直射，圖 2 是后澆帶施工時(shí)混凝土測(cè)得的入模溫度。

此外，安排人員對(duì)混凝土坍落度進(jìn)行定期檢測(cè)。底板、頂板混凝土厚度在 110～120mm，分二層澆筑完成。側(cè)墻高度為 8.40m，分四層澆筑，減少模板側(cè)壓力，防止發(fā)生脹模。施工時(shí)控制新舊混凝土澆筑時(shí)間差，不得出現(xiàn)施工冷縫。加強(qiáng)振搗，因單層澆筑厚度較厚，振搗時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)，以表面混凝土不再明顯下沉為準(zhǔn)。圖 3～4 為混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑。

圖2　混凝土出機(jī)溫度測(cè)定

圖3　后澆帶混凝土外觀

圖4　沉管施工場(chǎng)景

為保證后澆帶混凝土符合設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)膨脹劑和混凝土的限制膨脹檢測(cè)工作。其中，膨脹劑進(jìn)廠后安排人員定期抽查，采用 GB 23439－2009《混凝土膨脹劑》給出的啤酒瓶法對(duì)進(jìn)廠膨脹劑進(jìn)行快速定性判定，見圖 7。

圖7　啤酒瓶法快速檢測(cè)膨脹劑

圖8　混凝土膨脹性能現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

混凝土的限制膨脹率采用中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院開發(fā)的水泥基材料變形現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方法[4]，見圖 8。前 14d，保持混凝土表面的毛巾始終處于濕潤(rùn)狀態(tài)，14d 之后移除混凝土表面的毛巾，使試件處于濕度為 (60±5)% 的干燥狀態(tài)，整個(gè)過程保持在 20℃ 的環(huán)境中。

5　結(jié)語(yǔ)

紅谷隧道目前已完成北塢四個(gè)管節(jié)施工，南塢完成三個(gè)管節(jié)施工，后澆帶混凝土澆筑外觀質(zhì)量良好，混凝土裂縫得到較好控制。CC-12 高性能膨脹劑配制的補(bǔ)償收縮混凝土質(zhì)量穩(wěn)定，施工性能優(yōu)越，抗裂性能、耐久性能良好。

[1] 鐘輝虹，李樹光，劉學(xué)山，等．沉管隧道研究綜述[J]．市政技術(shù)，2007, 25(6)：490-494.

[2] 易寧，歐陽(yáng)東，寧博．港珠澳大橋沉管隧道早期應(yīng)力參數(shù)化分析與裂縫控制[J]．混凝土，2012,2：130-133+137.

[3] GB/T 23439-2009，混凝土膨脹劑[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[4] 趙順增．圖解說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)補(bǔ)償收縮混凝土限制膨脹率的方法和儀器[J]．膨脹劑與膨脹混凝土，2012,3：28-30.

［通訊地址］江西省南昌市南昌縣東新鄉(xiāng)大洲村中鐵隧道集團(tuán)南昌市紅谷隧道工程中心試驗(yàn)室（523518）

Application of expansive agent in Nanchang Red Velley

Li Shewei1, Li Junping2,Zhao Junhui2,Li Changcheng3
(1. China Railway Tunnel Group Co., Ltd. Nanchang two Red Valley Tunnel Construction Project Management Department Central Laboratory, Nanchang 330209; 2.Beijing Chengcheng JiaoDa building materials; 3.China Building Materials Acadmy, Beijing 100024)

Immersed tube method is adopted for construction of Red valley tunnel. Immersed tube is reinforced concrete structure, and post-pouring joint uses shrinkage compensating concrete. CC-12 expansive agent is selected to make shrinkage compensating concrete with restrained expansion rate ≥0.025%. Casual inspection on expansive agent at fixed period, prolonging mixing time, placement layer by layer, and strengthening vibration and curing, thus the concrete density is secured. Efficient expansion is established in immersed tube junction, so that the waterproof effect is improved.

expansive agent; shrinkage compensating concrete; immersed tube method; post-pouring joint

李社偉（1972－），男，工程師。