磁悬浮高速列车工程清水混凝土的研制与应用

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1、高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集 “磁悬浮高速列车工程清水混凝土的研制与应用 朱黎民1 魏劫1 虞孝伟2徐昊1 ( 1 上海建工材料工程有限公司长桥搅拌站上海2 0 0 2 3 1 ；2 吴江公兴混凝土有限公司江苏2 1 5 2 2 1 ) 1 前言 磁悬浮列车被称为“零高度飞行器”，通过磁场的同极相斥作用力，列车被托起在轨道 上方，就像是“漂浮”在轨道上，列车在行驶过程中基本上消除了与轨道的直接摩擦，阻 力大大减少，因此实现了高速度。该工程为上海市“十五”规划中最重要的形象工程。 “磁悬浮高速列车”工程东起浦东国际机场，西至地铁二号线龙阳路车站，约3 0 公里 的运营线除了浦东国际

2、机场景观水池到机场站一段为地面线外，其余均为高架线路。列车 的设计时速为4 3 0 k m h ，行驶过程中停靠一个站，整段路程的运行时间控制在十分钟左右。 上海的许多标志性建筑，如南浦大桥、杨浦大桥、东方明珠电视塔等，都使用了清水 混凝土。清水混凝土以其古朴稳重、自然清纯的质感为建筑物增光添彩。“磁悬浮高速列车” 工程作为上海市的一号重点工程，不仅要求有一流的工程质量，而且也要求使用清水混凝 土。 清水混凝土在保证强度、工作性、耐久性等性能指标的同时还要求色泽的一致，因此 对混凝土的配制、生产、施工、养护以及防护等方面都要采取相应的措施来确保混凝土质 量。 2 清水混凝土评定标准 按照现行的

3、混凝土质量标准混凝土结构工程施工验收规程( G B 5 0 2 0 4 2 0 0 2 ) 对清水 混凝土没有明确的规定和要求，我们参考国内外相关的专业文献结合本次课题的具体情况， 制订按下列标准进行控制和验收： ( 1 ) 表面观感：杜绝出现蜂窝麻面，基本消除表面气泡，混凝土表面气孔直径介于0 5 0 8 m m 。 2 9 4 - 高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集 ( z ) 颜色必须均匀一致，固此必须对混凝土配制、生产、旌工、养护及防护等方面采取 相应的技术措施。 3 原材料技术指标及配合比确定 3 1 原材料 分析清水混凝土可能出现的质量缺陷，关键是原材料选择和混凝土配合比设

4、计是否科 学合理。 ( I ) 水泥含碱量控制，由于清水混凝土缺乏装饰面保护，受自然环境影响较大， 混凝土大部分的碱来自于水泥，含碱量的高低对于控制碱集料反应非常重要，固 此我们选用低碱E 04 2 5 京阳牌水泥，其碱含量低于0 4 2 ，颜色为清灰色调。 ( 2 ) 粉煤灰粉煤灰的颜色是一项重要指标，颜色反映含碳量的多少和细度，按国 外标准性质的A B C 8 1 8 4 为质量评定和生产控制的需要规定合格粉煤灰的颜色数 “ 据不大于7 优质灰。我选用电桥二级磨细灰。 ( 3 ) 矿粉比表面积大子3 5 0 m 2 k g ，活性指标2 8 d 大于9 8 ，有利于提高清水混凝土 密实性和

5、抗炭化性能，从而提高其耐久性。选用宝田$ 9 5 矿粉。 ( 4 ) 砂石骨料的选择细度模数为2 4 2 6 中砂，含泥量 1 0 墩身C 3 01 2 0 3 02 4 01 9 0 7 7 01 0 4 06 02 3 81 0 01 5 03 9 9 1 0 立柱C 3 01 0 0 2 02 4 01 9 0 7 7 01 0 4 06 02 0 41 0 01 2 03 9 O 1 0 盖梁C 4 01 2 0 1 03 l O1 8 5 7 1 51 0 4 05 02 8 71 0 01 2 04 6 1 1 2 柱子C 6 01 8 0 3 04 2 01 7 5 6 3 01

6、 0 0 06 01 3 0 0 国1 2 02 0 57 6 2 1 5 附注：标的外加剂为上海拓浦建材实业公司生产的F T H - 2 C 型高效减水剂。 该配合比为通过优选确定的试验配合比，供工程中应用。 4 清水混凝土质量控制要点及措施 4 1 色差控制 控制清水混凝土的色差必须对混凝土都按相同的原材料和相同的配合比配制，并不断 对产品的色差进行检测。 4 2 和易性控制 清水混凝土要求新拌制的混凝土必须具有良好工作性和粘聚性，不允许有分层离析， 不泌水，要对出厂的每车混凝土的坍落度、保水性和粘聚性进行检测或观测。配制优质的 清水混凝土还要做到如下几点： ( 1 ) 、选择的外加剂必须

7、与水泥有良好的适应性； ( 2 ) 、提高混凝土的和易性，增加混凝土的光洁度，墩身、柱子、盖梁等重要部位宣掺 a n - - 级粉煤灰或细度在4 0 0 c m 。“ g “ 一5 0 0 c m 2 g 的$ 9 5 以上矿粉； ( 3 ) 、控制混凝土的最大坍落度和最小振动指数来保证混凝土拌和物的抗离析泌水能 力。 4 3 碱集料反应研究 要注意混凝土的碱集料反应。碱集料反应( A l k a l iA g g r e g a t eR e a c t i o n ) 是指混凝 土中由于碱离子过高( 主要由水泥带入) ，容易和集料中的活性二氧化硅反应，生成具有强 烈吸水膨胀能力的硅凝胶体，

8、由于膨胀应力导致混凝土整体结构功能发生破坏。碱集料反 2 9 6 高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集 应被称为混凝土的“癌症”，一旦发生将使混凝土产生毁灭性的破坏，因此一定要杜绝该反 应的发生。在混凝土中掺加掺和料来部分取代水泥，既能减少混凝土中胶凝材料的总碱量， 降低水化热，又可以减少水泥用量，节约混凝土成本。因此我们首先考虑用矿粉和粉煤灰 双掺法来部分取代水泥。再从发生碱集料反应的另外一个因素一活性二氧化硅角度出发， 我们还可以选用活性二氧化硅含量较低的集料( 如花岗岩骨料和河砂) 配制混凝土以降低碱 集料反应发生的概率。经过我们的测定分析，我们发现湖州新开元石矿的优质花岗岩和江

9、西富池的河砂的活性二氧化硅含量很低，可以用来配制用于“磁悬浮高速列车”工程的混 凝土。 4 4 混凝土裂缝控制 混凝土的开裂不可避免，但裂缝的存在不仅影响了工程的美观，严重的还可能造成混 凝土结构的致命缺陷。预防裂缝的具体措施如下： ( 1 ) 导致混凝土收缩开裂的原因有泌水开裂、水化热开裂、干缩开裂等。泌水开裂是由 于混凝土原材料的重量比不同，使混凝土分层，形成塑性收缩，最后导致开裂。因此必须 控制好混凝土的坍落度，以防止离析现象的出现。我们在试验中还发现，将混凝土的泌水 量控制在0 3 a m 3 c m 2 ，就可解决泌水开裂问题，根据施工实践，现场坍落度宜控制在7 0 l O O m

10、m 为好。 ( 2 ) 针对水化热开裂，只要对混凝土进行良好的养护，确保混凝土内外温差不要太大， 就可解决水化热开裂的问题。 ( 3 ) 据文献表明：在混凝土中使用花岗岩质碎石可以在一定程度地降低混凝土的干缩 值。选用湖州新开元的花岗岩质碎石与一般石灰岩质碎石作混凝土收缩对比试验。根据试 验结果，我们发现采用花岗岩质碎石可减低收缩率2 0 - - - 3 0 ( 见图1 ) ； 8 0 6 0 鋈4 0 2 0 O 图1 碎石品种与收缩 1 4 2 12 8 天 2 9 7 高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集 撩 馨 圈2 水灰比与收缩 ( 4 ) 选用收缩小、放热小的水泥( 经过检验

11、，我们发现京阳水泥有限公司生产的普通硅 盐水泥能满足需要) 。 ( 5 ) 适当降低水灰比能够降低混凝土的干缩开裂( 见图2 ) 。 4 5 耐久性研究 混凝土的耐久性主要集中在抗渗和抗冻融性能上。试验表明，我们的混凝土的抗渗值 都超过了P I O ，远远满足工程设计的要求。混凝土的冻融破坏是指未水化的液态水存在于 混凝土的毛细管中，当外界温度降至冰点以下时，液态水因变成冰而体积膨胀并导致混凝 土结构的破坏。在保证混凝土坍落度的前提下，适当增加了减水剂的用量，并相应减少了 水的用量，使混凝土中的水分最大可能地水化，从而减少了混凝土发生冻融破坏的可能性。 5 工程应用 在混凝土的生产和施工中，我

12、们认真对待，严格控制，根据工程的具体条件制定混凝 土质量管理规定，其内容包括如下几方面： ( 1 ) 原材料质量及要求与控制规定 建立严格的原材料进料制度，其中胶凝材料存放在专用备仓，在早期强度检测合格后 方可应用，骨料进料也建立了“目测记录一检验一进料使用”的质量把关程序，外加剂的检 测在国家标准要求的基础上增加了检测批次以杜绝不合格原材料在磁悬浮工程中的使用。 ( 2 ) 混凝土配合比优化设计与调整 。 自2 0 0 0 年底以来，我们先后进行了半年多的混凝土试配工作，通过小试一比较一调整一 优化一中试一确定配合比等一系列步骤，使应用于磁悬浮工程的混凝土级配达到尽可能的优 化。 ( 3 )

13、 计量与搅拌的管理制度 通过适当延长混凝土搅拌时间( 尤其是C 4 0 与C 6 0 混凝土) ，以达到改善混凝土和易性 的目的，同时严格混凝土计量误差，尤其对水泥、粉煤灰和矿粉的计量要求，采取了高于 国家标准的要求，以确保磁悬浮清水混凝土的质量。 2 9 8 - 高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集 ( 4 ) 运输、浇筑及养护的要求与措施 混凝土运输要求在一个小时内必须到达施工现场，在每次施工时除现场调度外，还另 外派出试验室质量监管员，以及时控制混凝土的现场质量，混凝土出厂要做到每车检测坍 落度；混凝土浇捣时必须严格按规范要求分层浇注，每层浇注厚度不能过厚，以确保气体 排出，要避免

14、过振以防止混凝土离析：混凝土成型采用特制钢模板，拆模后采用塑料薄膜 包裹养护。 ( 5 ) 混凝土质量的抽样检验与评定 通过“磁悬浮高速列车”工程混凝土的应用，我们对该工程不同部位、标号，按数理 统计方法进行混凝土强度统计，评定结果见表3 。 表3 磁悬浮工程混凝土强度评定结果 f 。m ( M P a ) 序强度等混凝土量 号 工程部位 级( 寸)m f c 。S f c - n结果 2 0 0 1 7 1 9 1垫层C 2 06 4 9 5 2 0 0 2 8 9 1 6 52 8 03 1 2 合格 2 0 0 1 7 5 ，一 合格 2灌桩C 2 52 3 0 1 6 5 2 0 0

15、2 7 2 9 5 3 93 5 92 6 3 2 0 0 l 7 1 8 合格 3承台、墩身、立柱C 3 05 8 8 9 1 2 0 0 2 8 2 0 8 2 03 8 62 2 5 2 0 0 1 7 9 一合格 4盖粱C 4 06 7 1 5 2 0 0 2 8 17 1 3 84 9 32 7 4 2 0 0 l l O 6 合格 5柱子C 5 06 0 6 6 5 2 0 0 2 8 17 9 77 3 32 7 备注：( 1 ) f 。r 一水中养护n 一试件组数，m f 。广强度平均值：s 。一强度平均值， ( 2 ) 水下混凝土提高一个强度等级评定； ( 3 ) 按混凝土强

16、度检验评定标准G B J l 0 7 - 8 7 规定评定全部合格。 6 结论 ( 1 ) 严把原材料选择质量关，特别是水泥与外加剂适应性试验必须符合要求，可适当掺 加粉煤灰和矿粉。 ( 2 ) 确保清水混凝土的效果，施工前混凝土质量检查十分必要，要了解影响清水混凝土 质量的因素，并采取相应的技术和质量措施来确保混凝土拌和物的最佳工作性及允许范围。 ( 3 ) 清水混凝土自身必须具有良好的易密性和排气能力，并有足够的抗离析泌水能力。 ( 4 ) 混凝土入模浇筑、振捣养护、拆模及环境温度都会影响清水混凝土质量，要有相对 2 9 9 高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集 应的质量管理体系来确保混凝土质量。 摘要：通过对“磁悬浮高速列车”工程清水混凝土的配制与应用，进一步探讨影响清水混 凝土外观的因素以及对混凝土质量控制的重要性，从而达到建筑物外饰面为混凝土本色。