清水混凝土在北京地铁15号线工程中的应用实例

　　北京地铁15号线总体呈东西走向，西起海淀区西苑，东到顺义区潮白河河东地区。线路全长45.8千米，其中地下线约32千米，高架线约13.8千米；新建车站21座，新建车辆段和停车场各1座。整个方案分一期和二期，一期工程线路全长约38.3千米，从望京西站至顺义区河东站的一期工程率先开始建设，于2009年4月破土动工。

　　在地铁工程中，对混凝土质量要求非常严格，特别是地上部分，不仅仅是强度满足要求，而且要求外观质量好，颜色一致，无裂缝、气泡。在地铁工程中，地上部分主要是墩柱和箱梁，强度等级分别是C40F300和C50，北京住总商品混凝土中心主要供应C40F300的墩柱混凝土，针对以上要求，进行了相关试验工作。

　　原材料选择及配合比设计

　　清水混凝土，是指通过混凝土的本色和自身质感，以及精心设计施工的外观质量来实现美观效果的现浇混凝土，所以，在原材料选择过程中，不但要满足相关的规范要求，还要注意以下两点：（1）有利于提高混凝土硬化后的外观质量；（2）有利于改善混凝土拌和物的性能，便于施工，保证在施工过程中混凝土的工作性能。

　　1.选择原材料

　　外加剂：在清水混凝土中，外加剂对混凝土的外观质量影响很大。所以在选用外加剂时，要着重考虑外加剂与水泥及掺和料的适应性、保水性，能够有效控制混凝土的坍落度损失。所选用的外加剂不能产生较大的气泡，在混凝土中引入引气剂时，应该选用引入的气泡直径小且气泡稳定的引气剂。考虑到施工现场模板周转比较快，在标准状态下混凝土的凝结时间宜控制在11小时左右，不易过长。

　　由于施工时间为6～8月份，正值北京高温季节，平均温度达到35℃以上，所以，在选择外加剂时，外加剂的性能指标主要考察的是混凝土的抗压强度，经过 1小时、2小时混凝土的坍落度损失，保水性这3个方面，不同聚羧酸外加剂厂家的产品，对同一水泥的适应性不同。通过5种聚羧酸外加剂的试验对比，优选巴斯夫建材有限公司生产的聚羧酸及天津雍阳生产的引气剂，聚羧酸外加剂的减水率在26％左右，1小时混凝土坍落度无损失，引气剂的掺量在0.5%，掺入混凝土后含气量达到4％以上。

　　水泥：选用水泥时，要考虑到水泥本身的颜色、保水性，生产厂家的生产能力，能否保证连续供应，如果在整个工程还没有完毕的情况下更换水泥，会造成颜色不一致。硬化后的混凝土不得泛碱，以免影响混凝土的外观颜色，要选用低碱水泥。水泥选用冀东P·O42.5低碱水泥，碱含量0.44％，28天强度 52MPa，安定性合格。

　　集料：砂石的级配和粒形对混凝土的和易性影响比较大，应选用级配比较好的Ⅱ区中砂，石子选用级配良好的碎石。由于工程中钢筋比较密集，石子粒径控制在 5mm～20mm，同时需要严格控制砂石中的含泥量及泥块含量。

　　由于北京地区砂石料供应紧张，质量较好的天然砂资源非常紧张，即使找到了符合质量要求的天然砂，也不能保证连续供应。所以在砂的选择方面，我们选用经过水洗工艺的尾矿砂，该砂无风化，在生产过程中通过水洗，基本上无石粉残留，同时该砂颜色发青，与硬化后水泥的颜色非常接近，有利于提高混凝土的外观质量。该人工砂分为粗砂和细砂两个品种，粗砂的细度模数在3.5左右，细砂的细度模数在1.9左右，通过一定的比例级配，使得细度模数稳定在2.6左右，石粉含量3％，MB值0.8。石子选用三河机碎石，颜色泛青，5mm～20mm连续级配，针片状l.8％，含泥量0.1％。

　　矿物掺合料：在混凝土中掺入矿物掺合料，目的是为了减少水泥用量，从而降低混凝土的水化热，减小混凝土的收缩，增加混凝土的密实度。混凝土密实度的提高，有利于提高混凝土的耐久性。选用矿物掺合料，除了要考虑其常规性能指标以外，还要考虑其颜色及厂家的供应能力。在选定厂家以后，掺合料颜色要保持均匀稳定性，以免形成色差。

　　目前常用的矿物掺合料有粉煤灰和矿渣粉，粉煤灰选用I级粉煤灰，颜色泛青，有利于提高混凝土的外观质量，矿渣粉选用S95级矿粉。

　　2.配合比设计

　　在混凝土配合比设计时，首先要考虑的是强度和耐久性，同时要兼顾混凝土的和易性及浇筑时的坍落度。对配合比进行优化，保证良好的和易性、保水性，不离析泌水，坍落度损失小。

　　对混凝土外加剂的掺量及厂家的选择，通过试验确定。对外加剂的要求，需要注意两点，一是减水率高，与水泥的适应性好；二是混凝土坍落度保留值良好。由于混凝土有F300的冻融要求，在混凝土中要适当加入引气剂，引气剂的引入，对混凝土的强度有降低的趋势，所以在配合比设计中，要适当提高混凝土的强度富余系数，以弥补引气剂带来的强度损失。混凝土强度等级为C40F300，在配合比设计中，采用全计算法，确定w／c=0.37，sp=42％，单方用水量 170kg，调整水泥及掺合料的比例，根据混凝土的强度、和易性、坍落度损失等确定配合比。

　　在配合比确定后，当原材料进场时，应对配合比进行复验，需要验证的有以下几点：

　　一是外加剂与水泥及掺合料的适应性。由于样品与实际供应的产品质量可能存在一定的差异，所以外加剂进场的时候不能单单检测减水率，同时要查看试拌混凝土工作性及强度。

　　二是混凝土的坍落度保留值良好，这一点非常重要。由于在施工过程中，墩柱的施工速度比较慢，一车混凝土从出机到浇筑完毕，正常情况下需要1.5小时，所以要求混凝土的坍落度损失非常小。

　　三是混凝土的流动性良好。在地铁工程中，由于钢筋比较密集，所以要求混凝土有良好的流动性，若流动性不好，振捣不到位时，容易形成蜂窝麻面，混凝土出机扩展度在560mm～600mm比较适宜。

　　四是凝土出机时无明显气泡。混凝土中有大的气泡，在墩柱内不容易排出，引气剂所引入的气泡都非常小，气泡直径小于2.5mm，当有较大的气泡时，容易影响结构实体外观。

　　生产过程质量控制

　　为了确保混凝土质量稳定，我们采取了一系列质量保证措施。

　　①严格控制各种原材料的质量，与试验过程中原材料的质量保持一致，特别是粉煤灰和外加剂的质量，进行每车检测，防止质量发生波动。

　　②加强混凝土的搅拌工艺。由于混凝土中反应充分，混凝土的和易性反而不好，坍落度损失增大，搅拌时间过短则容易引起搅拌不均匀。通过实际生产及工程试验，确定合理的搅拌时间，不仅混凝土能够得到充分搅拌，而且混凝土坍落度保留良好。

　　③严格控制用水量和坍落度。在开盘之间，测试砂石含水量，操作工根据含水率严格控制用水量，未经试验室人员同意不得随意增加用水量，保证混凝土出机坍落度控制在230mm～240mm，扩展度560mm～600mm。

　　④在供应过程中，根据施工节奏合理安排车辆，做到不断车、不压车，保证混凝土的连续供应。

　　施工过程控制

　　①模板采用定制的表面平整、光滑、清洁的全钢大模板。

　　②采用油性脱模剂，脱模剂应薄而均匀，大面、小面及阴角均无漏刷。

　　③混凝土到达施工现场后，严禁往罐内加水。若在现场停滞时间过长，需退回搅拌站进行处理，严禁任何不合格的混凝土打入施工部位。

　　④加强混凝土的浇筑和振捣。对墩柱的浇筑，一次性连续浇筑的水平厚度不超过400mm，混凝土必须振捣到位，不得过振，同时也不得漏振，要快插慢拔。过振容易在模板表面形成水纹，影响外观质量，漏振则容易形成蜂窝麻面。

　　⑤为了保证混凝土后期强度的发展，同时防止裂缝的产生，需要加强养护工作。混凝土浇筑完毕，带模养护至少24小时后方可拆模，拆模完毕，立即用塑料薄膜包裹养护，不得只涂刷养护剂养护，养护龄期不少于14天。

　　⑥安排质检服务人员到施工现场，协调混凝土的正常供应，并在拆模后对每一根墩柱进行表面色差、光洁度、气泡量等表观质量评价。同时与施工方进行沟通，不断提高混凝土施工的控制水平。

　　工程应用情况

　　在地铁15号线工程C40F300墩柱混凝土工程中，通过采取上述一系列控制措施，混凝土各项性能技术指标均满足地铁工程要求。

　　①墩柱外观质量。在地铁15号线工程中，墩柱外观光滑，有光泽，基本无气泡，颜色一致，达到了清水混凝土的外观要求。

　　②拌合物性能。地铁15号线C40F300墩柱混凝土出机坍落度控制在230mm～240mm，含气量4.2％～4.7％，1小时混凝土坍落度无损失，2小时混凝土坍落度损失20mm，工作性能良好，满足施工要求。

　　③混凝土的强度。C40F300混凝土抗压强度平均值在55.4MPa，通过对原材料及生产过程的严格控制，生产水平达到优良。

作者:王玉鹏 赵荣明