機(jī)制砂高性能混凝土在南寧軌道交通工程的應(yīng)用

楊衛(wèi)軍 李錫松 楊成軍 張 建 黃冰宇 吳曉遠(yuǎn)

（廣西壯族自治區(qū)建筑工程檢測中心有限公司）

受環(huán)境保護(hù)、原材料價(jià)格上漲、河砂資源短缺和材料運(yùn)輸?shù)纫蛩赜绊慬1]，南寧市混凝土企業(yè)已基本采用機(jī)制砂代替河砂生產(chǎn)高性能混凝土。與河砂不同的是，機(jī)制砂顆粒表明粗糙、棱角多、針片狀顆粒含量高、石粉含量高，機(jī)制砂制備高性能混凝土易出現(xiàn)離析泌水、流動(dòng)性差、坍落度損失大等一系列問題[2]。為改善機(jī)制砂混凝土性能，常用的做法是石粉含量較多的、細(xì)度模數(shù)較低的碎石機(jī)制砂與細(xì)度模數(shù)較高、含有圓顆粒較多的卵石機(jī)制砂混合搭配使用。

南寧軌道交通5 號線于2017 年9 月開始建設(shè)，2021 年12 月28 日建成通車，是南寧首條采用全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的地鐵線路。其主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為100年，結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括框架梁、柱、頂?shù)装?、各層樓板、墻、樓扶梯、電梯井等，與土直接接觸結(jié)構(gòu)均采用C35P8 高性能混凝土。本文以南寧軌道交通5 號線新秀公園站標(biāo)記為HPC-A-C35P8-180（P8）-Q-Ⅲ(1500)混凝土為例，依據(jù)JGJ/T 385-2016 開展高性能混凝土全過程評價(jià)工作，針對機(jī)制砂高性能混凝土原材料、混凝土性能要求，總結(jié)機(jī)制砂高性能混凝土原材料選材、配合比試驗(yàn)、高性能混凝土評價(jià)要點(diǎn)。

1 混凝土服役環(huán)境

新秀公園站是南寧軌道交通5 號線一期工程從南道北的第7 個(gè)站點(diǎn)，位于邕江低階地亞區(qū)（I1），距離邕江不足1km，地層自上而下依次為填土層、黏性土層、圓礫層、古近系成巖的泥巖、粉砂巖地層和炭質(zhì)泥巖，地下水主要為上層滯水、第四系松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水，其中松散巖類孔隙水層、第四系松散巖類孔隙水層地下水量豐富，屬承壓水，與邕江有水力聯(lián)系。經(jīng)對該站巖土層及地下水分析評價(jià)混凝土結(jié)構(gòu)可知，該站地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具有微弱腐蝕性，地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性，土對混凝土結(jié)構(gòu)具有微弱腐蝕性，對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)具微腐蝕性。該站點(diǎn)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)三個(gè)標(biāo)記的高性能混凝土。其中頂板、底板、結(jié)構(gòu)側(cè)墻（壁柱、暗柱）、頂縱梁、低縱梁采用標(biāo)記為HPC-A-C35P8-180（P8）-Q-Ⅲ(1500)的高性能混凝土，其技術(shù)要求見表1。

表1 高性能混凝土設(shè)計(jì)要求

2 選用原材料要求及檢測

根據(jù)高性能混凝土技術(shù)要求，混凝土配制時(shí)應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)水泥、性能良好的礦粉、粉煤灰等礦物摻合料，并對混凝土中膠凝材料最高、最大用量做出要求。原材料要求如下：

⑴水泥：選用強(qiáng)度不低于42.5 的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，其堿含量不低于0.60%，C3A 含量不超過8%，水泥比表面積不小于300m2/㎏，且不宜小于350m2/kg。

⑵混凝土摻合料：粉煤灰不低于Ⅱ級要求，礦粉不低于S95 級要求。粉煤灰、礦粉等礦物摻合料摻量一般控制在20%。

⑶機(jī)制砂：細(xì)度模數(shù)2.3～3.2，Ⅱ區(qū)顆粒級配，粒徑0.6mm 累計(jì)篩余量41%～70%，粒徑0.15mm 累計(jì)篩余量不小于90%。

⑷粗骨料：氯離子含量≤0.02%、含泥量≤0.5%，泥塊含量≤0.25%、吸水率≤1%、針片狀含量≤8%。

⑸混凝土拌合物用水：氯離子含量＜500mg/L 的飲用水。

項(xiàng)目選用潤豐P.O42.5 水泥、田東電廠F 類Ⅱ級粉煤灰、源盛S95 級礦粉、武鳴（5～31.5）mm 碎石，機(jī)制砂為扶綏碎石機(jī)制砂、欽州卵石機(jī)制砂按2:1 比例混合配制的混合砂，其檢測數(shù)據(jù)見表2。

表2 機(jī)制砂檢測結(jié)果

3 混凝土配合比試驗(yàn)及檢測

該標(biāo)記混凝土配合比分別在混凝土生產(chǎn)企業(yè)試拌、試生產(chǎn)及第三方檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測，其試驗(yàn)結(jié)果均滿足高性能混凝土設(shè)計(jì)要求，結(jié)果見表3、表4。

表3 配合比

表4 機(jī)制砂檢測結(jié)果

4 高性能混凝土評價(jià)

通過高性能混凝土評價(jià)確定設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及使用的混凝土是否滿足高性能混凝土的要求，成為高性能混凝土推廣應(yīng)用的最后一環(huán)。在高性能混凝土評價(jià)及推廣應(yīng)用方面，廣西雖然不是首批高性能混凝土推廣試點(diǎn)省市，但廣西是首個(gè)開展高性能混凝土設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、工程全過程評價(jià)的省份。值得一提的是，廣西推廣應(yīng)用高性能混凝土由來已久。2014 年南寧市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)發(fā)布《關(guān)于建設(shè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用相關(guān)技術(shù)的通知》（南建質(zhì)安[2014] 14 號），規(guī)定軌道交通工程必須使用預(yù)拌混凝土優(yōu)質(zhì)品。2017 年，在JGJ/T 385-2015 實(shí)施后，南寧市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)發(fā)布《關(guān)于督促軌道交通3 號線工程落實(shí)高性能混凝土應(yīng)用的函》(南建管函(2016) 14 號)，規(guī)定軌道交通工程必須使用高性能混凝土，在《關(guān)于建設(shè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用相關(guān)技術(shù)的通知》（南建規(guī)[2017] 5號）中將高性能混凝土列入推廣應(yīng)用名錄中。

自2019 年起，為組織車站主體、附屬結(jié)構(gòu)、區(qū)間等分項(xiàng)分部工程質(zhì)量驗(yàn)收，南寧軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司組織開展高性能混凝土評價(jià)，具體評價(jià)工作由廣西壯族自治區(qū)建筑工程質(zhì)量檢測中心（以下簡稱中心）負(fù)責(zé)，在全國首次采用JGJ/T 385-2015 開展高性能混凝土設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、工程全過程評價(jià)，成功用于軌道交通3 號線、4號線、5 號線及2 號線東延工程。為順利開展評價(jià)工作，南寧軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司與中心為評價(jià)工作召開論證會(huì)，并明確了骨料及礦物摻合料放射性檢測可采用同料源生產(chǎn)的送檢報(bào)告，可收集生產(chǎn)企業(yè)出具的出廠氯離子含量報(bào)告，可采用現(xiàn)場施工、監(jiān)理單位坍落度、擴(kuò)展度報(bào)告進(jìn)行混凝土拌合物性能進(jìn)行評價(jià)。

高性能混凝土評價(jià)按JGJ/T 385 要求，由原材料、配合比、制備、混凝土性能、施工5 個(gè)方面評價(jià)指標(biāo)組成。結(jié)合南寧市對高性能混凝土企業(yè)綠色生產(chǎn)水平，制備管理評價(jià)側(cè)重于對企業(yè)的管理體系建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和管理、技術(shù)人員的能力、生產(chǎn)裝備、生產(chǎn)過程質(zhì)量控制以及綠色生成等全方位的規(guī)范化生產(chǎn)能力評價(jià)。此外，制備管理要求中的綠色生產(chǎn)分項(xiàng)可采用當(dāng)年度綠色生產(chǎn)考核結(jié)果，不再重復(fù)評價(jià)。

原材料方面指標(biāo)見前文第2 點(diǎn)，均滿足評價(jià)要求，其中水泥比表面積364m2/㎏，粉煤灰滿足F 類Ⅱ級的要求。配合比方面指標(biāo)見前文第3 點(diǎn)，均滿足評價(jià)要求?；炷列阅芊矫?，南寧市軌道交通5 號線新秀公園站高性能混凝土的耐久性要求有抗碳化、抗?jié)B性、電通量，工程選用28d 電通量作為耐久性能評價(jià)指標(biāo)，其他指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求即可，標(biāo)記為HPC-A-C35P8-180（P8）-Q-Ⅲ(1500)高性能混凝土電通量檢測結(jié)果為1298，滿足≤1500C 的評價(jià)要求。抗?jié)B性能滿足P8 要求，共取樣送檢了66 組抗壓試塊，最低值47.0MPa，滿足C35 強(qiáng)度等級要求。施工方面評價(jià)，采用塑料薄膜覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)，澆筑、養(yǎng)護(hù)記錄表明未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫，拆模后混凝土外觀質(zhì)量良好，無溫度應(yīng)力引起的明顯裂縫。

經(jīng)評價(jià)該標(biāo)記混凝土滿足高性能混凝土原材料、配合比、制備、混凝土性能、施工等5 個(gè)方面評價(jià)指標(biāo)，以及滿足設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、工程評價(jià)3 個(gè)評價(jià)類別的要求。

5 高性能混凝土應(yīng)用需要注意的問題

⑴為避免因混凝土自收縮而產(chǎn)生的裂紋，新秀公園站主體結(jié)構(gòu)混凝土施工分為14 段按順序施工，各個(gè)施工工區(qū)錯(cuò)開混凝土澆筑時(shí)間，采用塑料薄膜進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)不少于14 天，養(yǎng)護(hù)期間每天澆水或噴淋灑水進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，經(jīng)現(xiàn)場檢查未發(fā)現(xiàn)明顯裂紋。分段施工及有效養(yǎng)護(hù)是控制混凝土裂縫的有效措施。

⑵針對現(xiàn)代水泥比表面積高、混凝土水化放熱快、易引起混凝土開裂的特征，新秀公園站高性能混凝土生產(chǎn)企業(yè)采用雙摻礦粉、粉煤灰來降低混凝土水化熱，其摻量達(dá)135㎏/m3，比例達(dá)33%。混凝土分層進(jìn)行澆筑，非泵送混凝土最大攤鋪厚度不大于400mm，泵送混凝土攤鋪厚度不大于600mm，經(jīng)精心施工及嚴(yán)格養(yǎng)護(hù)管理，現(xiàn)場檢查未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫。

6 結(jié)語

卵石機(jī)制砂、碎石機(jī)制砂混合配制的高性能混凝土，經(jīng)配合比試驗(yàn)，混凝土電通量、抗?jié)B、水溶性氯離子等性能均滿足高性能混凝土設(shè)計(jì)及評價(jià)要求。按JGJ/T 385-2015 對機(jī)制砂高性能混凝土原材料、配合比、制備、混凝土性能、施工5 個(gè)方面，及設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、工程評價(jià)3 個(gè)評價(jià)類別進(jìn)行評價(jià)，新秀公園站主體結(jié)構(gòu)用混凝土滿足高性能混凝土評價(jià)要求。為保證高性能混凝土滿足耐久性要求，應(yīng)注意分段施工及控制混凝土水化放熱量。確保混凝土無明顯裂縫，是高性能混凝土長壽命的基礎(chǔ)。