高性能砼施工技術(shù)淺析

張 龍

中鐵隧道集團(tuán)一處有限公司，重慶 401121

高性能砼與普通砼相比，其抗拉、抗彎、抗裂及耐磨、耐沖擊、耐疲勞、任性等性能都有顯著提高，滿足了安全性、實(shí)用性和耐久性的要求。從而要有嚴(yán)格的質(zhì)量要求。隧道襯砌要求砼有抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性、耐久性、安全性等性能。在施工過(guò)程中，特別是原材料要求極為嚴(yán)格，砼配制、攪拌、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)都極為重要。

1 原材料的基本要求

1.1 水泥

水泥是砼的主要膠凝材料，水泥的抗壓強(qiáng)度，抗折強(qiáng)度，安定性和凝結(jié)時(shí)間必須檢驗(yàn)合格。隧道高性能砼優(yōu)先使用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥的主要特性為早期強(qiáng)度及后期強(qiáng)度均高，水化熱較高，耐磨性、抗凍性均較高；但耐熱性、耐水性和抗腐蝕能力較差。普通硅酸鹽水泥是摻有少量活性材料的硅酸鹽水泥，特性和適用范圍，與硅酸鹽水泥基本相同，但早期強(qiáng)度和水化熱低于硅酸鹽水泥。

1.2 骨料

高性能砼的工作性、強(qiáng)度和耐久性對(duì)骨料更加敏感。骨料是砼重要組成部分，在水泥砼混合物中的體積和重量均占據(jù)了水泥砼的70%以上，占有絕大多數(shù)，其幾何特性、物理性能、化學(xué)成分等對(duì)砼早期的工作性能，硬化后的力學(xué)性能和耐久性能都存在不可忽視的影響。其影響因素有顆粒級(jí)配、含泥量、堿活性和有害物質(zhì)含量等。

1）合格的顆粒級(jí)配可以降低砼的空隙率，提高密實(shí)度，提高砼強(qiáng)度；

2）含泥量過(guò)大，不應(yīng)超過(guò)5%。超標(biāo)1%就會(huì)使砼強(qiáng)度降低3MPa～5MPa，同樣會(huì)降低含氣量，影響砼耐久性；

3）堿活性超標(biāo)，會(huì)造成砼中來(lái)自水泥、粉煤灰、減水劑中可溶性堿與骨料中某些組分之間發(fā)生堿集料反應(yīng)，使砼膨脹開(kāi)裂。經(jīng)堿集料反應(yīng)試驗(yàn)后，由砂配制的試件無(wú)裂縫，酥裂，膠體外溢等現(xiàn)象，在規(guī)定試驗(yàn)齡期的膨脹率應(yīng)小于0.01%；

4）有害物質(zhì)含量，會(huì)降低砼強(qiáng)度，硫酸鹽和硫化物產(chǎn)生體積膨脹，引起應(yīng)力，砼開(kāi)裂，從而耐久性降低。

細(xì)骨料不宜使用山砂，不得使用海砂，應(yīng)采用河砂；粗骨料必須使用多級(jí)配碎石，若使用卵石，必須是多個(gè)破碎面的卵碎石，且必須是多級(jí)配的。另外，經(jīng)研究表明適量石粉能改善砼拌合物和易性，減少砼膠凝材料用量，適量的粉塵還能起到填充料的作用，對(duì)于提高砼強(qiáng)度有利，同時(shí)還能改善砼抗?jié)B性能。但過(guò)高的石粉含量會(huì)引起砼收縮增大。≤鐵路砼與砌體工程施工及驗(yàn)收規(guī)范≥（TB10210-97）中規(guī)定：配置C30砼時(shí)，石粉（小于0.08mm顆粒）含量不能大于10%。但實(shí)際工程當(dāng)中人工砂石生產(chǎn)系統(tǒng)制造的遠(yuǎn)高于此標(biāo)準(zhǔn)， 經(jīng)有關(guān)方面研究石粉含量介于16%～21%之間時(shí)，砼性能較優(yōu)。

1.3 水

拌制砼用的水，應(yīng)采用純凈的水，不得采用含有影響水泥正常凝結(jié)和硬化的油類(lèi)、糖類(lèi)等有害雜質(zhì)的水。

1.4 外加劑

高性能砼主要就是摻加外加劑來(lái)改善砼工作性和耐久性。應(yīng)使用高性能優(yōu)良的外加劑。

首先，粉煤灰會(huì)對(duì)砼的工作性能有顯著改善。1）粉煤灰是由大小不等的球狀顆粒的玻璃體組成，表面光滑致密，在砼拌合物中能起到滾珠潤(rùn)滑作用；2）新拌砼中水泥顆粒易聚集成團(tuán)，粉煤灰的摻入會(huì)有效分散水泥顆粒，使砼拌合更加均勻；3）替代水泥減少水泥用量，減少水的用量，從而降低水灰比，減少泌水和離析；4）具有良好的保水性，有利于泵送施工。良好的工作性可大大改善砼外觀質(zhì)量，也保證了內(nèi)在質(zhì)量。

其次，粉煤灰提高高性能砼耐久性。1）火山灰效應(yīng)，粉煤灰取代部分水泥，不僅能降低砼有效含堿量，還能產(chǎn)生物理化學(xué)作用抑制堿-骨料反應(yīng)。粉煤灰中含有的酸性氧化物和水泥水化產(chǎn)生Ca(OH)2反應(yīng)，使骨料周?chē)膲A金屬離子及氫氧根離子減少。從而削弱堿-骨料反應(yīng)；2）提高砼的抗?jié)B性，粉煤灰顆粒分布水泥之間，增加砼密實(shí)性，減少水泥用量，降低了水化熱，從而即減少了砼本身的收縮和開(kāi)裂，又提高了砼的抗侵蝕能力；3）摻加粉煤灰可以提高砼本身抗氯離子滲透性，砼密實(shí)性明顯改善，電通量指標(biāo)明顯下降，防水砼要求粉煤灰慘量小于20%。

然而，粉煤灰砼應(yīng)用與隧道襯砌存在凝結(jié)時(shí)間慢和早期強(qiáng)度低的問(wèn)題。

另外，減水劑也是必不可少的。減水劑可以在保持一定強(qiáng)度的情況下，減少用水量。普通減水劑可以減少用水量5%～20%，增加砼密實(shí)性，提高砼強(qiáng)度和耐久性：使泌水率減少，有利于減少砼離析，改善砼工作性; 砼的引氣量和強(qiáng)度是影響砼抗凍性的主要因素，砼強(qiáng)度越高，抗凍性越好；水灰比越小抗凍性越好。

經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果表明，聚羧酸減水劑在分子結(jié)構(gòu)、減水率、泌水率、引氣量、塌落度保留值、凝結(jié)時(shí)間差、收縮率方面較優(yōu)。該減水劑的減水率大于20%。

2 砼配合比的設(shè)計(jì)

長(zhǎng)大隧道要求使用高性能砼，設(shè)計(jì)使用年限100年，還有抗?jié)B防凍等要求。施工中慘有粉煤灰和高效減水劑、防水劑等。配合比設(shè)計(jì)步驟。

2.1 水泥用量和水灰比

砼不允許出現(xiàn)裂縫，采用低水化熱水泥，水泥用量不超過(guò)500kg/m3。

2.2 粉煤灰慘量的確定

耐久性砼要求粉煤灰摻量大于20%，可高達(dá)60%。

2.3 砂率

采用較低砂率一方面可以降低用水量，同時(shí)增加骨料在砼中的比例，從而降低砼自身的電通量。另外，可以減少砼收縮。

2.4 減水劑選擇及用量

根據(jù)相容性試驗(yàn)，確定其用量。

2.5 水膠比和砂率的調(diào)整

水膠比以0.01或0.02為基準(zhǔn)調(diào)整砂率，以確定最佳配合比。

高性能砼要求除了強(qiáng)度要求外，砼耐久性應(yīng)采用水灰比和水泥用量，選用優(yōu)質(zhì)、顆粒級(jí)配良好的骨料，并根據(jù)環(huán)境要求選擇外加劑；拌合物和易性關(guān)系到質(zhì)量均勻、密實(shí)等性能及工作性，和易性包括流動(dòng)性、粘聚性及保水性；砼凝結(jié)時(shí)間與水泥的凝結(jié)時(shí)間有關(guān)，與水灰比有較大關(guān)系，根據(jù)一些試驗(yàn)，在相同溫度條件下，砼的初凝時(shí)間約比水泥標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)的初凝時(shí)間延長(zhǎng)一倍以上；在低溫澆筑砼時(shí)，砼拌合物必須具有一定的抗凍性能和早強(qiáng)性能。

3 施工過(guò)程的管理和后期養(yǎng)護(hù)

3.1 砼的配制與攪拌

在砼生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)注意控制原材料的計(jì)量偏差，砼拌合物應(yīng)采用自動(dòng)計(jì)量裝置，水泥。水摻合料、外加劑的稱(chēng)量誤差在±1%之間，骨料控制在±2%左右。對(duì)集料的含水率的檢測(cè)，每以工作班不少于3次，如有異常情況要重新檢驗(yàn)。按照實(shí)測(cè)含水率調(diào)整用水量、粗、洗、細(xì)骨料用量。砼攪拌時(shí)的水泥溫度：南方不宜高于60℃，北方不宜高于50℃，且不宜低于10℃。

在開(kāi)工之初，應(yīng)對(duì)所選用水泥、砂、碎石、摻合料、外加劑等原材料制作抗凍融循環(huán)、抗?jié)B性、抗氯離子滲透性、抗裂性、抗鋼筋銹蝕和抗堿-骨料反應(yīng)的耐久性試件各一組，進(jìn)行耐久性試驗(yàn)。

砼拌合物應(yīng)拌合均勻，顏色一致，不得有離析和泌水現(xiàn)象。強(qiáng)制式攪拌機(jī)1000最短攪拌時(shí)間至少2min。砼拌合物應(yīng)隨時(shí)進(jìn)行塌落度、含氣量、泌水率、入模溫度等進(jìn)行檢測(cè)。

3.2 砼運(yùn)輸

砼的運(yùn)輸能力應(yīng)該滿足施工需要，使?jié)仓ぷ鞑婚g斷，保持均勻性，不出現(xiàn)分層離析現(xiàn)象。否則，要對(duì)砼拌合物進(jìn)行二次快速攪拌。嚴(yán)禁在運(yùn)輸過(guò)程中向砼拌合物加水。

3.3 砼澆筑

對(duì)大方量砼澆筑，應(yīng)事先制定澆筑方案。砼入模前，應(yīng)采用試驗(yàn)設(shè)備測(cè)定砼的溫度、坍落度、含氣量、泌水率、坍落度損失率等工作性能。只有拌合物性能符合設(shè)計(jì)或配合比要求的砼方可入模澆筑。入模溫度一般控制在5℃～25℃之間。砼澆筑時(shí)的自由傾落高度不應(yīng)大于2m；當(dāng)大于2m時(shí)，應(yīng)采用滑槽，串筒，漏斗等器具輔助輸送砼，保證砼不出現(xiàn)分層離析現(xiàn)象。砼澆筑過(guò)程當(dāng)中應(yīng)采用分層連續(xù)推移的方式進(jìn)行，間歇時(shí)間不得大于90min，不得隨意留置施工縫。新澆筑砼溫度與鄰接的已硬化砼溫度不得大于15℃。砼攪拌、運(yùn)輸及澆筑的全部時(shí)間不應(yīng)超過(guò)砼的初凝時(shí)間。同一施工段的砼應(yīng)連續(xù)澆筑，并在底層砼初凝之前將上一層砼澆筑完畢，上下層應(yīng)不少于1.5m。

3.4 砼振搗

可采用插入式振搗棒，附著式平板振搗器，表面平板振搗器等振搗設(shè)備。振搗時(shí)應(yīng)避免碰撞模板，鋼筋。采用插入式振搗器振搗砼時(shí)，每一振搗時(shí)間應(yīng)以砼表面呈現(xiàn)浮漿且均勻平整、不再出現(xiàn)大量的氣泡和不再有顯著沉降為準(zhǔn)。一般不會(huì)超過(guò)30s，避免過(guò)振。若需要變換振搗位置時(shí)，應(yīng)首先豎向緩慢將振搗器拔出，然后將振搗器移至新位置，不的將振搗器放在拌合物中平拖。

3.5 砼的養(yǎng)護(hù)

砼澆筑成型后水泥硬化還需要一定數(shù)量的水分，一般砼澆筑完后，天然空氣相對(duì)濕度較低砼中水分容易蒸發(fā)，應(yīng)盡快灑水養(yǎng)護(hù)，抗?jié)B要求的砼贏不少于14d。當(dāng)氣溫低于5℃時(shí)， 不得灑水，應(yīng)覆蓋保溫。在任意時(shí)間內(nèi)，砼養(yǎng)護(hù)水的溫度要小于砼表面溫度，之間溫差不得大于15℃。砼養(yǎng)護(hù)期間應(yīng)采取保溫措施，防止砼表面溫度受環(huán)境因素影響而發(fā)生劇烈變化。養(yǎng)護(hù)期間砼的內(nèi)部與表層、表層和環(huán)境之間的溫差不宜大于20℃。砼養(yǎng)護(hù)期間應(yīng)對(duì)有代表性的砼結(jié)構(gòu)進(jìn)行溫度控制，采取同條件養(yǎng)護(hù)記錄。防止砼受溫、濕度的侵蝕，使水泥水化作用順利進(jìn)行，砼達(dá)到預(yù)期的強(qiáng)度和抗裂能力。

上述就是高性能砼的生產(chǎn)過(guò)程，原材料和外加劑起著重要作用，直接決定砼的高性能，生產(chǎn)過(guò)程和后期養(yǎng)護(hù)質(zhì)量檢測(cè)都是影響高性能砼的因素，但是，高性能砼才剛剛興起，許多方面不夠成熟，特別是外加劑還 需要進(jìn)一步研究。

[1]楊理準(zhǔn)，武吉中，余軍.公路施工手冊(cè)基本作業(yè)[S].北京，1992.

[2]劉艷青.鐵路客運(yùn)專(zhuān)線隧道主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與施工關(guān)鍵技術(shù).鐵科院（北京）工程咨詢(xún)有限公司.

[3]TB10003.鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范.

[4]TB10210-97.鐵路砼與砌體工程施工及驗(yàn)收規(guī)范.