導(dǎo)語：鈣鎂復(fù)合膨脹技術(shù)在交通工程的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：地下車站主體結(jié)構(gòu)混凝土開裂滲漏是城市軌道交通工程建設(shè)的頑疾，尤其是側(cè)墻結(jié)構(gòu)。采用環(huán)境模擬箱研究了實(shí)際溫度歷程下CaO與MgO膨脹組分對(duì)混凝土早期變形性能的影響。結(jié)果表明：復(fù)合摻入4%CaO與4%活性（110±10）sMgO可使混凝土溫升階段膨脹變形較基準(zhǔn)混凝土增大約82%，溫降階段收縮變形較基準(zhǔn)混凝土減小約17%。基于鈣鎂復(fù)合膨脹技術(shù)制備低收縮、高抗裂混凝土并用于無錫地鐵4號(hào)線某地下車站主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻施工，顯著降低了其收縮變形與開裂風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)施效果良好。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；收縮開裂；多元復(fù)合膨脹；溫降收縮；混凝土

城市軌道交通是大中型城市公共客運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)的骨干，現(xiàn)已成為城市現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。但是，從江蘇省乃至全國范圍內(nèi)已建和在建城市軌道交通工程調(diào)研結(jié)果來看，其地下車站主體結(jié)構(gòu)容易在施工階段就出現(xiàn)裂縫，由此帶來嚴(yán)重的滲漏問題。治理滲漏水問題耗時(shí)長、難度大，且對(duì)結(jié)構(gòu)的安全使用與服役壽命造成巨大威脅。如表1所示，對(duì)某城市軌道交通工程全線20余個(gè)地下車站的調(diào)研結(jié)果表明，滲漏主要為混凝土早期收縮開裂引起，側(cè)墻是滲漏的重災(zāi)區(qū)[1-2]。為解決上述問題，工程參建各方從施工工藝及混凝土材料角度采取了一系列措施。前者包括鋼筋配置優(yōu)化、冷卻水管布設(shè)、拆模時(shí)間延長、保溫保濕養(yǎng)護(hù)等[3]，后者除了常規(guī)的降低混凝土膠凝材料總量與水泥用量以減小收縮外，在抗裂功能材料研究與應(yīng)用方面取得了一些成果。這些抗裂功能材料包括氧化鈣-硫鋁酸鈣類混凝土膨脹劑、水泥水化放熱調(diào)控材料、減縮型聚羧酸減水劑等，可有效降低實(shí)體結(jié)構(gòu)混凝土溫升與溫降收縮、自收縮，從而顯著提高其抗裂性能[4-6]。但總結(jié)既有試驗(yàn)研究與工程實(shí)踐成果可以發(fā)現(xiàn)，夏季高溫季節(jié)（日均氣溫＞23℃）施工時(shí)，因城市軌道交通工程普遍采用商品混凝土，缺乏如加冰屑拌合等有效的降溫措施，混凝土入模溫度往往超過30℃，無錫地區(qū)7~8月份時(shí)甚至可以逼近40℃，而此前通常采用的鈣礬石與氧化鈣類膨脹劑存在水化反應(yīng)快，溫度敏感性強(qiáng)等缺點(diǎn)[7]，容易在夏季工況下結(jié)構(gòu)混凝土劇烈的溫升過程中快速消耗，從而使得補(bǔ)償溫降階段收縮及提高混凝土抗裂性的效果大打折扣。針對(duì)上述問題，本研究將具有延遲性膨脹特性的輕燒氧化鎂膨脹熟料[8-10]與氧化鈣膨脹熟料復(fù)合，測(cè)試二者在模擬實(shí)際溫度歷程下的補(bǔ)償收縮效果，并成功應(yīng)用于無錫地鐵某地下車站主體結(jié)構(gòu)，為類似工程高溫季節(jié)施工期裂縫控制提供了一條新的思路。

1鈣鎂復(fù)合膨脹補(bǔ)償收縮技術(shù)作用效果試驗(yàn)研究

利用膨脹組分在水化過程中產(chǎn)生體積膨脹來補(bǔ)償水泥基材料的收縮變形，是抑制其早期開裂的有效措施之一。不同種類膨脹劑水化膨脹特性不同，工程實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)實(shí)體結(jié)構(gòu)混凝土水化、溫度與變形情況進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)與調(diào)控，以使膨脹劑的膨脹效能與之匹配，有效降低混凝土的收縮拉應(yīng)力與開裂風(fēng)險(xiǎn)。1.1試驗(yàn)原材料與混凝土配合比。陸安群等[11]的研究表明，生料煅燒制度對(duì)MgO膨脹劑的晶體結(jié)構(gòu)和膨脹性能具有顯著影響，LIHua等[12]進(jìn)一步研究了不同活性MgO對(duì)一定溫度歷程下混凝土收縮變形的補(bǔ)償效果。結(jié)合上述研究成果，本工程采用有效成分含量＞90%、950℃菱鎂礦煅燒、活性（110±10）s的MgO作為中后期膨脹組分。水泥：常州盤固P•O42.5水泥，表觀密度3.09g/cm3，主要性能見表2；粉煤灰：蘇州順達(dá)F類Ⅱ級(jí)粉煤灰，主要性能見表3；砂：河砂，細(xì)度模數(shù)2.70；石：5~20mm連續(xù)級(jí)配石灰石碎石；減水劑：江蘇蘇博特新材料股份有限公司產(chǎn)PCA-I聚羧酸高性能減水劑，減水率約22%；膨脹劑：江蘇蘇博特新材料股份有限公司提供，將CaO膨脹劑（有效成分含量＞85%、1250℃生料煅燒）與上述MgO膨脹劑按不同比例復(fù)合。地下車站主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻混凝土的配合比如表4所示，在基準(zhǔn)配合比的基礎(chǔ)上，摻加占膠凝材料總質(zhì)量8%的膨脹劑，并調(diào)整其中CaO與MgO膨脹組分比例，分別為8%CaO、6%CaO+2%MgO、4%CaO+4%MgO、2%CaO+6%MgO和8%MgO，測(cè)試混凝土在變溫條件下的體積變形。1.2試驗(yàn)儀器與方案。采用江蘇蘇博特新材料股份有限公司產(chǎn)SBT-CDM（Ⅰ）型混凝土溫度-應(yīng)變無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集混凝土自澆筑成型后的溫度與應(yīng)變歷程；將符合GB/T3408.1—2008《大壩監(jiān)測(cè)儀器應(yīng)變計(jì)第1部分：差動(dòng)電阻式應(yīng)變計(jì)》要求的混凝土應(yīng)變計(jì)預(yù)埋入混凝土試件，連續(xù)監(jiān)測(cè)體積變形；環(huán)境模擬試驗(yàn)箱，可調(diào)節(jié)箱內(nèi)環(huán)境溫度，進(jìn)而影響混凝土試件溫度，模擬實(shí)體結(jié)構(gòu)混凝土溫度歷程；Φ120mm×400mm圓柱體PVC管，用作混凝土澆筑與體積變形測(cè)試的模具。圖1是夏季施工時(shí)，0.7m厚地鐵車站側(cè)墻結(jié)構(gòu)混凝土中心溫度歷程典型監(jiān)測(cè)結(jié)果。由圖1可見，混凝土入模溫度36℃，澆筑后約1.1d時(shí)達(dá)到溫峰，溫升約32℃；隨后開始溫降階段，至8d時(shí)基本降至氣溫，平均降溫速率超過5.5℃/d。1.3試驗(yàn)結(jié)果與分析?；谏鲜鰷囟葰v程，研究摻不同組成比例CaO與MgO膨脹組分混凝土試件的體積變形，結(jié)果如圖2、圖3所示。由圖2、圖3可見，溫升階段混凝土試件體積均表現(xiàn)為膨脹，基準(zhǔn)、8%CaO、6%CaO+2%MgO、4%CaO+4%MgO、2%CaO+6%MgO和8%MgO各組的膨脹峰值分別約284με、589με、574με、516με、438με和355με，可知CaO水化反應(yīng)速率快、膨脹能大，其摻量越多，溫升階段混凝土膨脹越大；溫降階段各組混凝土試件均開始收縮直至溫降結(jié)束，這一階段的上述各組試件最大收縮變形分別約-347με、-358με、-347με、-289με、-280με和-255με，可見MgO具有延遲膨脹特性，其摻量越多，溫降階段混凝土收縮越小，但MgO摻量超過4%后，補(bǔ)償收縮效果增加不明顯，且試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，MgO摻量較高會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)明顯下降。因此，綜合考慮變形與強(qiáng)度，復(fù)合摻入4%CaO+4%（110±10）s活性MgO可使混凝土溫升階段膨脹變形較基準(zhǔn)混凝土增大約82%，溫降階段收縮變形較基準(zhǔn)混凝土減小約17%，效果最佳。

2低收縮、高抗裂混凝土配合比設(shè)計(jì)及其主要性能

采用上述鈣鎂復(fù)合膨脹技術(shù)設(shè)計(jì)低收縮、高抗裂地下車站主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻混凝土配合比，各原材料種類及其用量如表4中補(bǔ)償收縮組所示，其中膨脹劑中CaO與MgO的質(zhì)量比為1∶1。設(shè)計(jì)要求混凝土坍落度為（180±20）mm、28d抗壓強(qiáng)度≥35.0MPa，28d碳化深度≤5.0mm、56d電通量≤2000C。混凝土的工作性能參照GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試；抗壓強(qiáng)度參照GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試；20℃自生體積變形（以混凝土終凝為測(cè)試零點(diǎn)）參照GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的非接觸法進(jìn)行測(cè)試；耐久性參照GB/T50082—2009進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表5所示。由表5可見，制備的低收縮、高抗裂混凝土滿足設(shè)計(jì)與施工要求，采用鈣鎂復(fù)合膨脹技術(shù)，混凝土20℃時(shí)的自生體積變形在56d齡期內(nèi)始終為正值。

3工程應(yīng)用與監(jiān)測(cè)

無錫地鐵4號(hào)線某車站主體結(jié)構(gòu)采用研制的低收縮、高抗裂混凝土進(jìn)行澆筑，監(jiān)測(cè)了0.7m厚側(cè)墻混凝土中心溫度、應(yīng)變歷程，并與同期采用基準(zhǔn)混凝土澆筑的相同結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖4、圖5所示。由圖4、圖5可見，入模溫度相近約36℃的情況下，采用低收縮、高抗裂混凝土與基準(zhǔn)混凝土澆筑的側(cè)墻結(jié)構(gòu)溫度歷程近似，溫峰均為68℃左右，且溫峰之后約1.5d時(shí)，二者拆模后采取厚毛氈覆蓋保溫的措施均顯著減小了混凝土溫降速率，有利于其徐變性能發(fā)揮與抗裂性能的提高。分析側(cè)墻結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，在相近的溫度歷程下，相較于基準(zhǔn)混凝土，采用低收縮、高抗裂混凝土澆筑時(shí)，側(cè)墻結(jié)構(gòu)溫升階段膨脹變形增大了約1.3倍，在變形受到較強(qiáng)外約束（如下部先澆筑底板）的情況下可有效儲(chǔ)備膨脹預(yù)壓應(yīng)力；更為重要的是，側(cè)墻結(jié)構(gòu)溫降階段收縮變形大幅減小，16d齡期時(shí)降低率約35%，此時(shí)混凝土強(qiáng)度與彈性模量較高，因此顯著降低了收縮引起的拉應(yīng)力與開裂風(fēng)險(xiǎn)，提高了結(jié)構(gòu)混凝土的抗裂性能。拆模后對(duì)于側(cè)墻混凝土裂縫的觀測(cè)、統(tǒng)計(jì)情況也證實(shí)了上述監(jiān)測(cè)結(jié)果，在分段長度16~25m的情況下，夏季高溫季節(jié)采用低收縮、高抗裂混凝土澆筑的區(qū)段，施工期收縮裂縫數(shù)量較同期采用基準(zhǔn)混凝土的平均降低率超過90%，可以做到少裂甚至部分區(qū)段不裂，實(shí)施效果得到工程參建各方的認(rèn)可。

4結(jié)論

（1）利用環(huán)境模擬箱試驗(yàn)研究了實(shí)際變溫溫度歷程下，不同比例CaO與MgO膨脹組分復(fù)合摻入對(duì)城市軌道交通工程地下車站主體結(jié)構(gòu)混凝土早期變形影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，CaO水化反應(yīng)快、膨脹能大，用量越高，混凝土溫升階段膨脹越大；MgO具有延遲膨脹特性，用量越高，混凝土溫降階段收縮越小。綜合考慮變形與強(qiáng)度，復(fù)合摻入4%CaO+4%（110±10）s活性MgO可使混凝土溫升階段膨脹變形較基準(zhǔn)混凝土增大約82%，溫降階段收縮變形較基準(zhǔn)混凝土減小約17%，效果最佳。（2）采用鈣鎂復(fù)合膨脹技術(shù)設(shè)計(jì)了低收縮、高抗裂城市軌道交通工程地下車站主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻混凝土配合比，其工作性能、力學(xué)性能與耐久性能均滿足設(shè)計(jì)與施工要求。增加測(cè)試的混凝土56d齡期內(nèi)的自生體積變形始終為正值，顯著提高了混凝土的抗裂性能。（3）將低收縮、高抗裂混凝土用于澆筑無錫地鐵4號(hào)線某地下車站主體側(cè)墻結(jié)構(gòu)，并與基準(zhǔn)混凝土的實(shí)施效果進(jìn)行對(duì)比監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，采用該低收縮、高抗裂混凝土后，在相近的溫度歷程下，側(cè)墻結(jié)構(gòu)溫升階段膨脹變形增大了約1.3倍，溫降階段收縮變形降低約35%，顯著降低了高彈模時(shí)收縮引起的拉應(yīng)力與開裂風(fēng)險(xiǎn)，提高了結(jié)構(gòu)混凝土的抗裂性能。拆模后對(duì)于側(cè)墻混凝土裂縫的觀測(cè)結(jié)果證實(shí)了這一點(diǎn)，可為后續(xù)同類工程實(shí)施提供了重要借鑒與參考。

作者:陳松潔 單位:無錫地鐵集團(tuán)有限公司建設(shè)分公司