地铁隧道管片蒸养混凝土耐久性试验研究.pdf

2 0 1 0 年 第 7期 (总 第 2 4 9 期 ) N u mb e r 7 i n 2 0 1 0 ( T o t a l No 2 4 9 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 混凝土制品 C0NCRET E P R0DUCTS d o i ： 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 0 0 7 0 3 9 地铁隧道管片蒸养混凝土耐久性试验研究 张勇 1 I 2 。周华新 1 1 ，崔巩 “ ，刘建忠 1 ,2 ( 1 江苏省建筑科学研究院，江苏 南京 2 1 0 0 0 8 ；2 江苏博特新材料有限公司， 江苏 南京 2 1 0 0 0 8 ) 摘要： 采用最紧密堆积理论进行地铁隧道管片混凝土配合比设计， 并对地铁隧道管片混凝土抗冻性能、 抗氯离子腐蚀及抗碳化性能等 耐久性能进行了试验研究。试验结果表明： 蒸汽养护过程虽然能加速混凝土的硬化 ， 但是会降低混凝土的抗碳化性能、 抗冻性能及抗氯离 子腐蚀能力； 掺入矿物掺合料对蒸养混凝土的抗氧离子侵蚀性能具有明显的改善作用， 矿碴与粉煤灰双掺时效果更为明显。 关键词： 隧道管片；蒸汽养护；混凝土；矿物掺合料；耐久性 中图分类号 ： T U5 2 8 0 6 4 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 7 一 O l 1 9 0 3 St udy on t h e dur a bi l it y pr ope r t i es o f s t e am- cu r ed c on cr et e f or s ubwa y t unne l s egme nt Z L G Yo n g 一， Z HO UHu a - x i n1 ,2 CUGo n g1 , 2 L I U J i a n - z ho n g ( 1 J i a n g s uI n s t i t u t e o f B u i l d i n g S c i e n c e C o ， L t d ， Na n j i n g2 1 0 0 0 8 ， C h i n a ； 2 J i a n g s uB o t e Ne wma t e ri a l s Co ， L t d ， Na n j i n g 2 1 0 0 0 8 ， Ch i n a ) Abs t r a c t ： I nt hi s p a pe r ， t h e t h e o r yo f t h em o s t c o mp a c t h a sb e e na p p l i e dt od e s i g nth emi xp r o p o i o no f t h eSt e a m c u r e dc o n c r e t e， a n dthed ur a b i l i t y( f r e e z i n g t h a wi n g ， c h l o ri d e i o n d i ff u s i o n ， c a r b o n a t i o n ， e t c ) o f S u b w a y T u n n e l C o n c r e t e S e g me n t wa s s y s t e ma t i c s t u d i e d T h e r e s u l t s s h o w that e a r l y a p pl i c a t i o n o f s t e a m c u r i n g c a n a c c e l e r a t e t h e f o r m ati o n o f e t t r i n g i t e an d t h e r a t e o f s ge n g t h d e v e l o p me n t ， b u t i t t e n d s t o r e d u c e t h e fre e z e t h a w i n g r e s i s t a n c e a n d c arb o n a t i o n r e s i s t a n c e a n d c h l o r i d e i o n d i ffu s i o n r e s i s t an c e M i n e r a l a d mi x t u r e s C an i mp r o v e th e c h l o r i d e p e rm e a b i l i t y r e s i s t a n c e ， t h e c h l o rid e p e r me a b i l i t y r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e c a n be i mp r o ve d g r e a t l y t h r o ug h a d d i n g fly a s h a n d fi n e s l a g d us t wi t l l r e a s o n a b l e p r o p o r t i o n K e y wo r d s ： tun n e l s e g me n t ； s t e a m c u r i n g ； c o n c r e t e ； mi n e r a l a d mi x t u r e s ； d u r a b i l i ty 0 引言 目前全国在建的地铁隧道大部分都采用盾构施工法施 工， 在地铁盾构隧道施工中， 管片是盾构法施工的结构衬砌主 体， 对整个地铁隧道的质量和使用寿命起着关键作用 1 。在预 制管片生产过程中为了加快模具周转， 混凝土养护一般都采用 蒸汽养护工艺， 以加速水泥水化反应和内部微结构形成， 促进 混凝土快速硬化， 从而实现缩短混凝土模板周转期 ， 提高制品 效率口 1 。 混凝土在蒸养过程中尤其是升温过程 ， 其内部的气相和液 相受热膨胀， 对混凝土内部结构产生应力作用， 同时水 、 气要发 生转移可能造成混凝土中定向孑 L 隙， 这些作用可能会降低管片 混凝土的力学性 能和耐久性能 。因此本文采用最紧密堆积理 论进行管片混凝土配合比设计， 并对管片蒸养混凝土的力学性 能、 抗碳化性能、 抗冻性能及抗氯离子侵蚀性能等耐久性进行 了系统研究。 1 试验原材料及 方法 1 1 原材料 水泥： P I I 5 2 5 R级水泥， 2 8 d 抗压强度 6 0 2 MP a ， 其化学组成 见表 1 。 砂： 河砂 ， 级配符合 I I 区要求 ， 细度模数为 2 4 。 粗骨料 ： 5 - 2 5 m m连续级配碎石。 粉煤灰： 需水量比为 9 6 ， 比表面积为 3 8 5 m2 k g 。 矿渣： 需水量比为 1 0 5 ， 比表面积为 4 4 8 9 m2 k g 。 减 水剂： 江苏博特新材料有限公司生产的普通型聚羧酸减水剂。 收稿 日期 ：2 0 1 0 - 0 3 - 0 5 表 1 P I I 5 2 5 R水泥化学组成 垒 ! ! ! ! 鱼 量 鱼 里 量至 鲨 望 6 3 O 2 2 9 7 1 6 9 O 3 _ 3 8 3 9 6 0 4 4 0 0 2 6 05 3 2 6 3 0 7 8 1 2试 验 方法 混凝土拌合物性能按 GB T 5 0 0 8 0 - -2 0 0 2 ( 普通混凝土拌合 物性能试验方法标准 进行 ； 力学性能按 G B J 8 l 一8 5 普通混凝 土力学性能试验方法 进行； 碳化试验和抗冻融试验分别参照 G B J 8 2 8 5 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法 中的 快速碳化和抗冻性能快冻试验方法； 氯离子扩散系数测试参照 德国i b a c t e s t 所采用的 R C M法， 采用非稳态氯离子扩散系数来 评价混凝土的抗渗性能。 1 3 试件的制备及蒸养制度 混凝土由强制式搅拌机拌合 ， 搅拌时间为 2 mi n ， 试件振动 成型的时间为 1 mi n 。由于预养时间、 升温速度、 恒温时间和温度、 降温速度对胶凝材料水化和混凝土性能的影响比较复杂， 蒸养 过程均采用统一的蒸养制度， 蒸养制度为： 2 O预养 4 0 h ， 升温 时间 2 0h ， 4 5恒温 4 0h ， 降温时间2 0h ， 温度降至2 5。蒸 养完毕立即脱模， 测量其抗压强度， 2 4 h及 2 8 d 抗压强度测试为 蒸养结束后拆模标养至相应龄期。标养混凝土试件按标准条件 养护至相应龄期。 2 管片混凝土配合 比设计 管片蒸养混凝土配合 比设计采用最紧密堆积理论设计方 11 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 O0 9 0 萎 8 O 7 0 融 荽 6 0 罂 5 O 40 2 芝 l 鞲 删1 蜓 鬻 0 0 5 O l 0 0 1 5 O 2 0 0 2 5 0 3 0 0 冻融循 环次数 图 5 标养与蒸 养混凝土相对质量的变化 抗冻性能要低于标准养护混凝土试件。 其原因可主要归结于在 蒸养过程中， 高温蒸汽养护会使混凝土内部产生膨胀应力、 高温 养护促进水化产物生成与扩散速度之间不协调出现水泥水化 产物富积与空缺、 气泡定向迁移等引起混凝土内部出现细微裂 缝， 混凝土的孔隙变大。因此在冻融循环过程中， 裂缝和孔隙中 的水结冰， 体积膨胀， 在混凝土裂缝和孔隙中产生劈裂作用力 ， 并在裂缝尖端和孔隙棱角处出现应力集中现力集 中开始出现 微裂缺口， 随着冻融循环次数增加， 混凝土的裂缝逐渐延伸， 数 量不断增加， 从而促进混凝土抗冻性能的劣化进程。 4结论 掺合料的掺量 ， 同时新拌混凝土含气量对蒸汽养护混凝土力学 性能影响较大， 含气量越大强度越低。 对于蒸养管片混凝土， 含 气量尽量控制在 2 ,- -4 。 ( 2 ) 蒸汽养护过程虽然能加速混凝土的硬化， 但是会降低 混凝土的抗碳化性能和抗冻性能， 会降低混凝土抵抗氯离子扩 散能力 ， 因此选用合理的蒸养过程至关重要。 ( 3 ) 无论蒸养混凝土还是标养混凝土， 矿物掺合料对混凝 土的抗氧离子扩散性能具有明显的改善作用 ， 将矿粉与粉煤灰 复合使用时效果更明显。 参考文献 ： 【 1 蔡亚亍 预制盾构管片的高性能混凝土研究f J 建筑技术， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 3 2 3 4 【 2 马保国， 徐立， 李明芳 ， 等 盾构隧道功能梯度混凝土管片生产技术 及性能 J J 施工技术， 2 0 0 8 ( 1 ) ： 1 0 6 1 0 8 3 】P A T E L H， B L A N D C ， P OO L E AT h e m i c r o s t mc t u r e o f c o n c r e t e c u r e d a t e l e v a t e d t e mp e r a t u r e s J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 5 ， 2 5 ( 3 ) ： 48 5 4 9 0 4 】K NU T 0， K j e l l s e n He a t c u ri n g a n d p o s t h e a t c u ri n g r e g i me s o f h i s h pe r f o r ma n c e c o n c r e t e： i n flu e nc e o n mi c m s t r u c t u r e a n d C- S- H c o mp o s i t i o n J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 6 ， 2 6 ( 2 ) ： 2 9 5 - 3 0 7 【 5 杨寒冰， 田世文， 杨思忠预制盾构管片高性能混凝土的研究和应用 水泥与混凝土制品， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 3 1 - 3 3 6 】 何智海， 刘运华 ， 刘江红蒸荞制度对粉煤灰混凝土强度的影响J 混 凝土 。 2 0 0 7 ( 1 2 ) ： 4 9 7 】HO D WS ， C H U A C W， T A M C T S t e a m c u r e d c o n c r e t e i n c o r p o r a t i n g m i n e r a l a d mi x t u r e s J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 3 ， 3 3 ： 5 9 5 - 6 0 1 【 8 】 鄢佳佳， 马保国， 等不同蒸养温度对水泥基材料干缩与孔结构的影 响 J 混凝土， 2 0 0 8 ( 3 ) ： 2 5 2 9 作者简介 单位地 址 ( 1 ) 基于混凝土配合比 最紧密堆积设计理论， 提高了 矿物 壁墨 皇 重 张勇( 1 9 7 4 一 ) ， 男 ， 工程师， 主要从事混凝土外加剂的科研 与应用工作。 江苏省南京市江宁区万安西路 5 9号 苏博特研究中心 ( 2 1 0 1 1 1 ) 0 2 5 - 5 2 7 0 5 91 2 上接 第 1 1 5页 3 结 论 性能优越， 成本较低廉， 具有广阔的应用前景。 ( 1 ) 人工砂生产预拌砂浆， 为兼顾砂浆的稠度、 保水性及强 度 、 抗冻性和各项耐久性指标 ， 必须配套研发相应的增稠保水 材料 。 ( 2 ) 将所开发研制的P I 型和 P I I 型增稠保水材料掺人人工 砂砂浆中使用， 随着其掺量的增加 ， 湿表观密度逐渐降低 ， 砂浆 保水性增大， 抗压强度有所降低 ， 但变化不大， 拉伸黏结强度大 幅度增加。 ( 3 ) 利用 P I 型和 P I I 型增稠保水材料， 可配制出满足国家 建工行业标准 J G T 2 3 0 - - - 2 0 0 7 ( 预拌砂浆 指标要求的各类普 通干混砂浆 ， 且所配制普通干混砂浆中粉煤灰对水泥取代率较 高， 显示出较高的绿色化水平。 ( 4 ) HS T增稠保水材料取材为当地普遍存在的原材料， 结 合减水、 增稠和调凝等作用的助剂， 通过干燥、 计量、 粉磨而成 ， 参 考文献 ： 1 】 J G J 9 8 2 0 o o 砌筑砂浆配合比设计规程【 s 】 2 】孙振平， 蒋正武， 王培铭 T J S 砌筑砂浆专用外加剂的研S U J 建筑技 术， 2 0 0 3 ( 1 2 ) ： 9 2 9 9 3 1 【 3 3 孙振平， 于龙， 陈柯柯， 等预拌砂浆增稠保水材料的研制及其应用 性能明 预拌砂浆， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 1 5 1 9 4 】 陈益兰， 纪涛， 丰霞， 等 砂浆保水增稠材料的研究及机理探讨 J 广 东建材， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 1 9 2 0 5 】 陈益兰 ， 纪涛， 林育土， 等 保水增稠材料的研究及对砂浆性能的影 响【 J 堠量 筑节能， 2 0 0 7 ， 3 5 ( 5 ) ： 3 4 3 6 作者简介： 谢慧东( 1 9 6 9 一 ) ， 男， 高级工程师。 单位地址： 山东济南高新区凤山路( 2 5 0 1 0 1 ) 联系电话 ： 0 5 3 1 8 8 8 1 0 2 7 8 1 21 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m