0 引言
烏魯木齊市城市軌道交通近期建設(shè)規(guī)劃(2012~2019年),城市軌道交通共規(guī)劃有 7 條線路,總長度 212.46 公里,本次建設(shè)規(guī)劃擬先期實(shí)施其中的 1 號線、2 號線一期工程。
1 號線:起點(diǎn)位于主城區(qū)南部的三屯碑、南郊客運(yùn)站,以地下線方式沿勝利路、解放路、新民路、南湖路、新醫(yī)路、北京路,跨鐵路線至城北新區(qū),終點(diǎn)止于烏魯木齊地窩鋪國際機(jī)場。全長約 27.06 公里,全部為地下線,2018 年底有望通車。
2 號線一期工程:是烏魯木齊市首期建設(shè)規(guī)劃被國家發(fā)展改革委批準(zhǔn)的 1 條軌道線網(wǎng)骨干線路,總投資 148.55 億元。共設(shè)車站 16 座,延安路站、邊防局站、大灣站、二道灣站、教育學(xué)院站、自治區(qū)政府站、南門站、立交橋站、碾子溝站、南昌小區(qū)站、農(nóng)業(yè)大學(xué)站、馬料地站、平川路站、站前街站、 高鐵站、華山路站。
根據(jù)烏魯木齊市相關(guān)地勘資料進(jìn)行歸納總結(jié)及 GB/T 50476-2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》對地下水質(zhì)及地下土質(zhì)中硫酸根離子濃度,鎂離子濃度,酸堿度、侵蝕性二氧化碳濃度等相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行環(huán)境作用等級劃分,可將烏魯木齊市地下部分環(huán)境作用等級劃分為 V-C~V-E。
1 原材料選取
根據(jù)《烏魯木齊市高性能混凝土相關(guān)技術(shù)要求》(烏建發(fā)[2014] 47 號),烏建發(fā) [2014]291號“關(guān)于高性能混凝土檢測有關(guān)事宜的通知”選用原材料:
1.1 水泥
天宇華鑫 P·O 42.5R 水泥,其檢測依據(jù) GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》,主要項(xiàng)目檢測數(shù)據(jù)見表 1 所示。
1.2 粉煤灰
紅雁池二電廠 F·II 級粉煤灰,檢測標(biāo)準(zhǔn)采用 GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》,主要項(xiàng)目檢測數(shù)據(jù)見表 2 所示。
1.3 骨料
細(xì)骨料:就近取材采用新疆本地生產(chǎn)的粗砂,檢測標(biāo)準(zhǔn) JGJ 52-2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》要求,主要項(xiàng)目檢測數(shù)據(jù)見表 3 所示。
粗骨料:采用新疆和源混凝土生產(chǎn)的卵石,級配方式:5~20mm、20~40mm 兩粒級,依照檢測標(biāo)準(zhǔn) JGJ 52-2006 《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》要求,主要項(xiàng)目檢測數(shù)據(jù)見表 4 所示。
1.4 外加劑
本次試配試驗(yàn)所用外加劑如下:
1.4.1 高性能減水劑
采用蘇博特聚羧酸高性能減水劑,檢測依據(jù) GB 8076-2008《混凝土外加劑》、GB/T 8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》以及 GB 50119-2013《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》,主要項(xiàng)目檢測數(shù)據(jù)見表 5 所示。
1.4.2 高性能抗腐蝕劑
為改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu),提高其耐久性為摻入,檢測依據(jù) JC/T 1011-2006《混凝土抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑》要求,主要項(xiàng)目檢測數(shù)據(jù)見表 6 所示。
1.5 試配用水
高性能混凝土配合比試驗(yàn)研究所用水為烏魯木齊地下水,水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)均符合 JGJ 63-2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》中的技術(shù)要求。
2 混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)及性能試驗(yàn)
2.1 混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)
目前,烏魯木齊市軌道交通工程均屬于地下結(jié)構(gòu),埋深達(dá) 6m 之多,在冰凍線之下,設(shè)計(jì)年限 100 年。
參照 JGJ 55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》并結(jié)合混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),兼以低水膠比、低單方用水量等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),混凝土配合比設(shè)計(jì)以滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的情況下,堅(jiān)持工作性、力學(xué)性能及耐久性設(shè)計(jì)的統(tǒng)一,兼顧安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理性。采用假定質(zhì)量法計(jì)算單位體積混凝土各項(xiàng)材料用量。粗細(xì)骨料處于干燥狀態(tài),以計(jì)算配合比的基礎(chǔ)上分別上下增減 0.05 的水膠比、上下增減 1% 的砂率,并保持用水量不變下從保證混凝土力學(xué)性能角度設(shè)計(jì)三個(gè)不同的配合比,高性能抗腐蝕劑采用外摻法(摻3.5%),5~20mm 與 20~40mm 卵石采用 1:1 的比例摻入,聚羧酸高性能減水劑采用推薦摻量 2.0% 計(jì),具體結(jié)果如表 7 所示。
2.2 混凝土拌合物性能
混凝土拌合物性能采用 GB/ T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行檢測,試配以混凝土出機(jī)工作性,經(jīng)時(shí)坍落度損失以及單方實(shí)際用水量為控制重點(diǎn)。其中,根據(jù)軌道交通用混凝土特點(diǎn),坍落度控制范圍為180~220mm,具體試驗(yàn)結(jié)果見表 8 所示。
根據(jù)上文中聚羧酸減水劑含固量 15.51% 的比例換算可知,本次試驗(yàn)中實(shí)際用水量加上聚羧酸減水劑中的含水量與設(shè)計(jì)用水量相等,即試驗(yàn)中設(shè)計(jì)用水全部用于提供混凝土工作性;出機(jī)坍落度以軌道交通設(shè)計(jì)坍落度范圍 180~220mm進(jìn)行設(shè)計(jì),經(jīng)過試驗(yàn)室靜置放置 2 小時(shí),其坍落度經(jīng)時(shí)損失約 30mm 左右,狀態(tài)良好;實(shí)測混凝土拌合物表觀密度與理論表觀密度設(shè)計(jì)值 2400kg/m3 偏差在 ±2%,符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,無須對配合比中每項(xiàng)材料用量的校正。
2.3 混凝土力學(xué)性能
根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo) C30 中的三個(gè)配合比的水膠比,7d、28d抗壓強(qiáng)度值繪制膠水比與強(qiáng)度發(fā)展曲線,具體見圖 1 所示。
由圖 1 兩直線公式(y=38.2,y=8.581x+14.04)聯(lián)立得本配合比設(shè)計(jì)下達(dá)到配制強(qiáng)度時(shí)的膠水比值,經(jīng)計(jì)算得膠水比為 2.82,則水膠比為 0.35,與 C30 配合比中編號為 1 的初步配合比水膠比(0.35)相同,即編號為 1 的配合比符合混凝土配合比設(shè)計(jì)要求,無需修正。
2.4 混凝土耐久性能
依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以及軌道交通工程設(shè)計(jì)要求,高性能混凝土包含了抗?jié)B性能、抗凍性能、碳化性能、抗硫酸鹽侵蝕性能等耐久性能。根據(jù)新疆地質(zhì)水質(zhì)特性,本文就根據(jù) GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》對混凝土電通量、氯離子遷移系數(shù)、抗水滲透性能、抗硫酸鹽侵蝕等混凝土耐久性試驗(yàn)研究,以 JGJ/T 193-2009《混凝土耐久性檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行等級劃分,具體結(jié)果如下所示:
2.4.1 抗?jié)B性能
水泥混凝土抗?jié)B性是指抵抗水、油等液體在壓力作用下滲透的性能?;炷恋目?jié)B性主要與混凝土的密實(shí)度和孔隙率及孔隙結(jié)構(gòu)等因素有關(guān),通?;炷撩軐?shí)性越高,空隙率越低,孔隙小且分布均勻,混凝土抗?jié)B能力越強(qiáng)。本文對上述三個(gè)配合比均進(jìn)行了混凝土電通量、氯離子遷移系數(shù)(RCM 法)及抗水滲透性能進(jìn)行了測定,具體試驗(yàn)結(jié)果見表 9 所示。
依據(jù) JGJ/T 193-2009《混凝土耐久性檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行等級劃分:抗氯離子滲透(電通量法)為 Q-IV 級,抗氯離子滲透(RCM 法)為 RCM-II 級。
2.4.2 抗硫酸鹽侵蝕性能
水泥混凝土硫酸鹽侵蝕破壞是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程,其實(shí)質(zhì)是外界侵蝕介質(zhì)中的 SO42- 通過孔隙進(jìn)入混凝土內(nèi)部與水泥水化反應(yīng)生成的 Ca(OH)2 和水化鋁酸鹽等反應(yīng)生成膨脹性產(chǎn)物而產(chǎn)生膨脹內(nèi)應(yīng)力,當(dāng)膨脹內(nèi)應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí),就會使混凝土產(chǎn)生裂縫并進(jìn)一步惡化,最終導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)失去初始能力。根據(jù)結(jié)晶產(chǎn)物和破壞形式的不同,可將硫酸鹽侵蝕破壞分為以下類型:鈣礬石膨脹破壞、石膏型膨脹破壞、Mg2+ 和 SO42-復(fù)合侵蝕等。
本研究采用 GB/T 50082-2009《普通混凝土的長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中以浸泡→風(fēng)干→(80±5)℃ 烘干→冷卻為一個(gè)循環(huán)(24 小時(shí))的試驗(yàn)流程進(jìn)行試驗(yàn),具體試驗(yàn)結(jié)果見表 10。
2.4.3 碳化性能
混凝土的碳化是混凝土所受到的一種化學(xué)腐蝕。空氣中 CO2 氣滲透到混凝土內(nèi),與其堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽和水,使混凝土堿度降低的過程稱為混凝土碳化,又稱作中性化。同時(shí),隨著水的蒸發(fā),混凝土內(nèi)部空隙也隨之增加,導(dǎo)致了混凝土的收縮及碳化的進(jìn)一步深入。有研究表明:選擇合適的水泥品種,優(yōu)化配合比,適量的外加劑,高質(zhì)量的原材料,科學(xué)的攪拌和運(yùn)輸,及時(shí)的養(yǎng)護(hù),確保混凝土的密實(shí)性;涂層保護(hù)等措施能有效的緩解混凝土碳化反應(yīng)的發(fā)展。
本研究采用 GB/T 50082-2009《普通混凝土的長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中以二氧化碳濃度保持在(20±3)%、相對濕度控制在 (70±5)%、溫度控制在 (20±2)℃進(jìn)行碳化,最后測定各個(gè)齡期下的碳化深度值評價(jià)混凝土抗碳化能力,具體試驗(yàn)結(jié)果見表 11 所示。
依據(jù) JGJ/T 193-2009《混凝土耐久性檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行等級劃分:本次試驗(yàn)混凝土碳化性能為 T-IV 級(以 28d 齡期計(jì))。
2.4.4 早期抗裂性能
混凝土早期裂縫產(chǎn)生原因主要有混凝土塑性收縮及沉降收縮導(dǎo)致。本研究就配合比設(shè)計(jì)下對混凝土塑性收縮下導(dǎo)致混凝土早期開裂進(jìn)行試驗(yàn)。沿用 GB/T 50082-2009《普通混凝土的長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中以 800mm×600mm×100mm 的薄板型模具,模具內(nèi)設(shè)有 7 根裂縫誘導(dǎo)器,以溫度為 (20±2)℃、相對濕度 (60±5)%,試件表面中心處風(fēng)速不小于 5m/s 的參數(shù)進(jìn)行控制,(24±5)h 測度裂縫。
3 結(jié)論
(1)本研究就烏魯木齊地質(zhì)水質(zhì)勘探資料結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行環(huán)境作用等級進(jìn)行劃分,對應(yīng)設(shè)計(jì)混凝土配合比。
(2)本研究立足低水膠比、低單方用水量、摻入優(yōu)質(zhì)礦物外加劑、采用聚羧酸系高性能減水劑等角度進(jìn)行高性能混凝土配合比設(shè)計(jì),以工作性-力學(xué)性能-耐久性能的主線進(jìn)行試驗(yàn)開展,最終以滿足施工要求、力學(xué)性能合格、長期及耐久性能優(yōu)異的配合比作為理論配合比。
(3)綜合高性能混凝土工作性、力學(xué)性能、耐久性能及經(jīng)濟(jì)性能可得出水膠比 0.35、砂率 39%、單方水用量138kg、粉煤灰摻量36%、抗腐蝕劑 3.5% 等設(shè)計(jì)指標(biāo)下能得到較好的高性能化。
(4)鑒于本地原材料所限,本研究采用單摻粉煤灰的形式設(shè)計(jì)高性能配合比及試驗(yàn)研究,針對某些施工部位混凝土(如大體積混凝土),需進(jìn)一步尋求可行性論證。
(5)耐久性以 GB/T 50082-2009《普通混凝土的長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》為試驗(yàn)依據(jù),未根據(jù)地質(zhì)水質(zhì)具體各離子濃度進(jìn)行對應(yīng)試驗(yàn)研究及關(guān)聯(lián)因子的建立。