高速铁路高性能混凝土原材料质量管理与控制技术.pdf

2 0 1 1年 第 2 期(总 第 2 5 6 期)Nu mb e r2 i n 2 0 11(To t a l No 2 5 6)混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 READY M I XED CONCRETE d o i：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 2 0 3 2 高速铁路高性能混凝土原材料质量管理与控制技术 王军 2，徐芬莲，刘 中心，陈景 ，梅群 ，王峰(1 中建商品混凝土有 限公司，湖北 武汉 4 3 0 0 7 4；2 武汉理工大学 硅酸盐材料工程教育部重点实验室，湖北 武汉 4 3 0 0 7 0)摘要：高速铁路对混凝土的质量要求高，在原材料选择上也更为严格。结合武广客运专线武汉站工程，针对高速铁路高性能混凝土用 原材料，提出较 为系统 的质量管理与控制技 术。关键词：高速铁路；高性能混凝土原材料；质量管理 与控制技术；武 广客运专线武汉站工程 中图分类 号：T U 5 2 8 0 1 文献标志码：A 文章编 号：1 0 0 2 3 5 5 0(2 0 1 1)0 2 0 1 0 5-0 3 Qu al i t y man age men t a nd c on t r ol t e ch nol og y of hi gh-per f or manc e c onc r e t e ma t e r i al s f or hi gh-s pee d r a i l wa y WANGJ an。一，XUF e n 一 1 J a n ，L I UZ h o n g-x in ，C H E NJ i n g ，ME I Q u n ，WANGF e n g (1 C h i n aC o n s t r u c t io nR e a d y Mix e dC o n c r e t e Co ，L t d ，Wu h a n4 3 0 0 7 4，C h i n a；2 Ke yLa b o r a t o r yf o rS i l i c a t eMa t e ria l sS c i e n c e a n dE n g i n e e rin go f Ed u c a t i o nM ini s t ry，W u h a nUn i v e r s it yo f Te c h n o l o g y，Wu h a n4 3 0 0 7 0，Chi n a)Ab s t r a c t：Hi 一 s p e e d r a i l wa y p r o j e c t o n t h e q u a l i ty o f c o n c r e t e ma d e h i g h d e ma n d s，t h e c h o i c e o f r a w ma t e ri a l s wa s mo r e s t r i n g e n t I n t h i s p a。p e r，p r o p o s e s y s t e ma t i c q u a l i ty ma n a g e me n t a n d c o n t r o l t e c h n o l o g y for h i 一 s p e e d r a i l wa y h i 曲一 p e r f o r ma n c e c o n c r e t e ma t e ri a l s wi t h Wu h a n s t a。t i o n o f W u h an Gu a ng z h o u p a s s e ng e r d e d i c a t e d l i n e K e y wo r d s：h i g h s p e e d r a i l wa y；h i g h p e r f o rm a n c e c o n c r e t e ma t e ri a l s；q u a l i ty man a g e me n t an d c o n tr o l t e c hn o l o gy；Wu h a n s mt i o n o f Wu h a n Gu a ng z ho u p a s s e n g e r d e d i c a t e d l i n e 0 引言 白 1 9 6 4年 日本建成世界上第一条高速铁路一东海道新 干线后，法、德、西、意、韩等 国家和地 区纷 纷跟进，在世 界范 围 内兴起了修建高速铁路的浪潮，设计速度从 2 0 0 k m h提高到 3 5 0 k m h，列车运行速度实现 了历史性的跨越，社会 经济效益 显 著。高速化已成为当今世界铁路发展的共同趋势。2 0 0 3 年 l 0 月，中国第一条高速铁路_秦沈客运专线正式通车，标志着我国 开始迈向高速铁路时代。根据中长期规划，至 2 0 2 0年我国将 建 成 以“四纵 四横”为 干线、城 际和 区域线 路为辅 的 高速铁路 网，涉及 新建站房达 2 0 0座，武广客运专线 新建武汉 站工程 就 是其 中之一。1 工 程 概 况 武广客运专线武汉站工程作为我国四大客运专线枢纽之 一，位于湖北、湖南和广东境内，全长约 1 0 6 8 k m，投资总额 l 1 6 6 亿元，设计时速 3 5 0 k m h，试运行最高时速达到 3 9 4 2 k m h。该工程 在建筑结构设计 上采用 了国内首创上 部大型建筑 与下 部桥梁共同作用 的“桥建合一”的新颖设计理念。站房总建筑面 积为 3 3 2 万 m，建筑总高度 5 9 3 m。该工程混凝土耐久性要求 为 1 0 0年，工程施工质量必须达到结构安全、使用功能以及耐 久性能的设计要求，主体结构质量实现零缺陷，满足设计使用 年限内正常运营的需要，是我国目前里程最长、技术标准最高、投 资最大的铁路客运专线，是我国铁路建设史的一个里程碑。武广客运专线新建武汉站站房混凝土总用量共计 6 0 万 I T I ，收稿 日期：2 0 1 0 4)9 1 8 均要求使用高性能混凝土，且大部分为饰面清水混凝土，对混 凝土的质量要求高，原材料的选择必然更为严格。优质的原材 料是配制高性能混凝土的重要基础与保证，因此必须根据工程 性质、设计要求和施工现场条件，合理选择原材料的品种、质量 和用量。本文结合武广客运专线新建武汉站工程，针对高速铁路 高性能混凝土用原材料，提 出较为系统 的质量管理与控制技术，提出了配制高性能饰面清水混凝土的原材料性能指标。在高速铁 路大规模建设的现在，希望对类似项目能起到参考和借鉴作用。2 原材料质量管理与控制技术 铁路工程设计与施工 时，突 出工程结构使用年 限内正常运 营 的安全性 能，这要求工 程结 构具 有高的耐久性和安全性，而 原材料性能是决定混凝土质量的直接、重要因素之一。因此，原 材料严格按照铁路标准(铁建设 2 0 0 5 1 5 7号)铁路混凝土结构 耐久性设计暂行规定 或相关国家 行业标准进行控制，坚持做 到“先检测，后使用”的原则，杜绝质量不合格材料用于工程建设。为了确保用于工程建设的原材料合格，应充分考虑试验周期和可 能出现的原材料变化，尽早地开展原材料选定和混凝土配合 比 的设计工作。本文主要采取 以下技术措施 与管理 手段加 强对 高 速铁路高性能混凝土原材料质量的控制(以下表 1 6中未列出 的各种原材料相应的其他检测项 目，严格按照铁建设 2 0 0 5 1 5 7 号或相关 国家 行业标 准进 行控制)。2 1 胶 凝材料 虽 然胶凝材 料(包 括水泥、粉煤 灰、矿粉等)在混凝 土中用 量仅 占2 0 左右，但却是混凝土性能的重要保证。胶凝材料的 1 05 品质和供应 的稳定性是控制高性能混凝土质量 的关键。(1)水泥：水泥是胶凝材料中的核心组分，其性能直接影 响 昆 凝土的质量，选用质量波动小、安定 l生 好、碱含量低、与混凝土减水 剂适应l生 好的水泥。不可过分强调水泥早期强度，应重点控制水泥 碱含量，水泥的碱含量高容易引起混凝土的开裂。因此，要选择 质量和供应比较稳定可靠的大型水泥公司生产的低碱水泥。结 合武汉地 区的市场情况 以及 各个厂家 的产 品技术指标 检测情况，筛选出 3个厂家的水泥，经市场、保供、技术服务等 方面的综合分析，选用江西某水泥厂的P O 4 2 5级低碱水泥，并且将该 厂位于武汉江边 的一处 2 0 0 0 t 中转库专 门用于本工 程的水泥存放，以便于质量控制以及保供。水泥的技术性能指标 控制标准如表 1。表 1 水泥性能指标控制标准 本 丁程 中水泥在使用 前，坚 持检查厂 家的 自检报告，如 厂合格 证、3 d的强度 报告、各种矿物成 分含量 的报告，通 常还 应有化学分析的检验报告，手续齐全后才允许入场。水泥人场后 即进行抽样检查，对标 准稠度用水量、凝结时间、安定性、细度、强度等性 能进行常规 检验，检验合格后才 进行充罐储存，严禁“先用后检”或“边用边检”的原材料管理方式。高速铁路站房混凝土属于大体积混凝土工程，混凝土内部 胶凝材料水 化反应所放 的热量易 导致混凝土结构 的内外温 差过大。因此，在一定的水胶比下，选择低水化热的水泥是从 内 因上解决 大体积混凝土的温控裂缝 问题的主要途径之一。本工 程严格检测 了所选水泥的水化热，确保混凝土的水化温升在允 许范围内，不影响工程质量。国家及行业相关标 准对水泥的出厂温度并 无具体要 求，但 是使用高温水泥，对混凝 土的性能会造成诸多 的不利影响，如：坍落度损失快、容易产生温度裂缝等，所以在夏季高温时，本T 程严格控制水泥的入罐温度不得超过 6 5，杜绝使用高温水泥。在水泥降温等待的过程中，很容易出现混凝土生产时水泥供量 不足的情况，因此采用 大型的水泥中转库对水泥进行预期散热，既能避免使用新批次高温水泥，又能够做到水泥的及时抽样检 验，并确保水泥 的供应。同时，为保证水泥 的供应和质量稳定，不 定期 到水 泥生产厂家查 验，确保使用材料 是 由指定 厂家、指定 产地配送。(2)粉煤灰：粉煤灰是混凝土中常用的掺合料之一，优质的 粉煤灰可以起到减水、致密和匀质作用，促进 初期水泥水化的解 絮作用，改善拌合物的流变性质、初始结构以及硬化后 的多种性 能，尤其对泵送 混凝 土，能起到 良好的润滑作用。其火山灰 反应 放热量远小于水泥水化放热量，代替部分水泥，可 以减小混凝土 因水化热引起的温升 对防止混凝土产生温度裂缝十分有利。粉煤灰的主要技术指标有：细度、烧失量、需水量比等，应 选用色浅、需水量小、烧失量低的优质 l、I I 级粉煤灰，其技术指 标控制标准见表 2。(3)矿粉：在混凝土中使用部分矿粉代替水泥，不仅能降低 混凝 土早 期 的水化热，改善 混凝土 的工作性能，而且还可 以提 高混凝 土后期 的力学 性能和耐 久性，因此，高速铁路高性 能混 凝土 中可掺用一定量 的磨细矿粉，其技术指标 控制标准见表 3。】06 表 2粉煤灰 性能指标控制标准 表 3矿粉性能指标控制标准 对于粉煤灰 和矿粉，当材料进 场时，除 了按批次地进 行见 证检测外，每车都 必须 自检，只有需 水量 比、细度、烧 失量的技 术指标检测合格后才能人罐。2-2 集料 集料是混凝土中所占比例最高的材料，其质量的好坏对混 凝土拌合物T作性能及硬化后混凝土的各项性能都会产生重 要 的影 响。选择集料时，尽量选用非活性(碱一 硅酸反应砂浆棒 膨胀率 0 1 0)的集料，避免发生碱一 集料反应，如果 采用 活性 集料，必须严格控制混凝土中的碱含量，混凝土根据所处的具 体环境条件差异，其碱含量不得超过 3 0 3 5 k g m。当集料的 碱一 硅 酸反应砂浆棒膨 胀率在 0 2 0 0 3 0 时，混凝 土 中应掺 加具有明显抑制效能的矿物掺合料和外加剂，并经试验验证抑 制有效l 2 _。粒形 良好、坚固清洁、级配合理的优质集料能形成孔隙率 低的密实集料骨架，可以很好地起到骨架增强作用和体积稳定 作用。在相 同工作性能要求 的条件下，粒形 良好、级配合理的集 料，可以减少填隙胶浆的用量。由于单位立方米混凝土胶凝材料 用量减 少，从而减少 了混凝 土 中水泥 水化产生 的热量，起到控 制混凝 土温度变化 的作用，并且有效 地保证混凝土 的匀 质性、力学性能、体积稳定性和耐久性等。本工程粗集料选用级配合理、粒型良好、质地均匀坚固、线 膨胀系数小的洁净碎石。细集料选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、孑 L 隙率小、细度适中的洁净天然中粗河砂。其技术指 标控制标准见表 4、5。由于集料对混凝土质量影响显著，并且不同批次的集料质 量波动较大。为了更好地控制原材料质量，本工程针对集料的质 量管理技术措施提 出了 3个“必须”。表 4粗集料性能指标控 制标 准 表 5细集料性能指标控制标 准 检验项 目 2 0 0 5 1 1 5 7号要求 质量控制标准 C3 O C3 O C4 5 C5 O 9 5 ml T l 的颗粒含量)，根 据含石量相应调整 混凝 土配 合比。若要求供应商将河砂通 过 9 5 mi D _ 的震动筛，实施较为 困 难，因此结合实际情况，要求供应商将河砂过 2 0 1T II Y I 的震动筛。(2)质检员必须严格遵 守以下制度。贯彻源头把关制度。具体来讲，对于河砂 和船石(或 山石)，技术科应 经常派质检 员 去装运码头(或采石场)进行初步控制，每船材料到达码头后，质检人员去码头进行材料的入场前 目测及取样检验，并要求供 应商对碎石必须清洗干净方可进 场。此项工作一是可以提 高对 原材料初步质量控制，二是确认原材料供应的紧张程度；实 行技术科 与材料科联合验 收质量制 度，客观填写“合格 供应商 评定表”；原材料进场验 收，当班质检员必须严格把好质量关，坚决执行对不合格材料进行退场处理。(3)材料进场前必须检验。集料进场前每车必须先 目测，目测 不合格拒绝入场。目测合格入场后，还要进行抽样检验，主要检验 粗集料的级配、含泥量、泥块含量、压碎指标和针片状或者细集料 的级配、含泥量、泥块含量、轻物质含量和云母含量，任何一项指标 不符合生产控制标准都不允许进场，只有检测合格后才能使用。如果说原材料的进场质量控制是从源头上保障混凝土的 质量，那么材料进场后的科学管理则是从细节上保障混凝土的 质量。本工程采取 了以下管理措施：(1)集料堆放 仓设 置雨 棚，避免 室外 环境(主要是空 气相对 湿度、气温等)对集 料含水率、温度 造成较 大波动，这样有 利于 混凝土质量 控制。(2)对集料的堆放严格要求。粗集料分粒径堆放(包括 5 1 0 mm、1 0 2 0 mm、5 1 6 mm、1 6 3 1 5 m m 四种)，细集料根据结 构部位不 同分仓堆放。这样，为技术人员根据需要进行混凝土质 量 控制提供 了便利 的条件。同时，注意更加合理 的堆放模式，也 是 保证 材料质量稳定必不可少 的条件。本项 目集料 实行 分批堆 放，是由于投产初期，集料品种少，不同批次集料分仓堆放，使 用仓与进货仓(待检仓)分开，保证混凝土生产原材料质量稳 定；后来随着工程进度 的推进，集料规格 品种增多，材料不再具 有独立分仓堆放条件，但我们依然沿用 以前的模式，将料仓进 行分侧堆放(沿着料仓的两侧进行堆放)一侧用于生产，一侧用 于堆放新进材料(待检材料)。混凝土生产前，当班质检员使用 指定 已检验 的原材料，这样就避免 了生产 中由于使 用到新批次 材料，而引起?昆 凝土质量 的波动。(3)放置于称料仓中的集料，可能会由于天气或其他原因，导 致其含水率与料仓中的集料含水率有所不同，这就会影响混凝 土质量的稳定性。因此，生产前应该尽量使集料称料仓空仓，以 保证集料含水率的稳定性，从而保证混凝土拌合物质量的稳定性。2 3减 水 剂 减水剂是混凝土的核心动力组分，现代混凝土高强度、高性 能 的实现很大程度上就是通过减水剂得 以实现 的。高性 能减水 剂能有效减少用水量，控制坍落度，降低水胶比，在混凝土中通 过引气产生均匀、稳定的细小气泡，可以提高混凝土的抗冻性、工作性和匀质性，降低泌水率，改善集料底部浆体泌水和沉陷等。减水剂的质量 波动对混凝土的性能，尤其是和易性影响非常大，因此，对减水剂 的质量控制格外重视，每次必须取样检验。目前，在国内混凝土领域中，常用的减 水剂是萘 系高效减水 剂与聚羧酸系高性能减水剂，两者的显著区别是聚羧酸减水剂具 有非常广阔的品种系列，不同合成技术得到的聚羧酸减水剂产品，由于高分子主链结构、侧链 连接官能团的不 同具有 的性能差别 巨大，在复配过程 中加入 的添加剂也同样会让聚羧酸性能发生 明显的改变，对混凝土强度、T作性能都有非常显著的影响。本 工程 采用的是聚羧酸系高性能减水剂，通过对多种减水剂进行 大量 试验的 比对，选择 与胶凝 材料 适应性好、引气适量、减水率 较高、保坍性能好、增强效果好、质量稳定、经济性能好 等综合性 能较佳的聚羧酸系高性能减水剂。其技术指标控制范围见表 6。下转第 1 2 4页 l O7 现场增加测温项 目，防止温差裂纹的 出现。4 4 冬季施工热源要求 在严 冬及寒流 阶段 蓄热法 已不 能满足冬季混 凝土施工 的 质量要求，应另外增设 锅炉、暖气等热源置于暖棚 内，保 证混凝 土在未达到临界强度时不受冻，暖气的布设应进行热工计算。4 5 冬李施 工混凝土试验管理措施(1)冬季混凝土施工外加剂技术指标应符合相应的标准，并有产品合格证。通过试验确定外加剂的掺量，并应满足相关 规范要求，如表 3所示。表 3 CS A抗裂剂掺量表 混凝土浇筑部位 C S A掺量 底板、顶板 侧墙 后浇带填 充性混凝土 7 8 1 O 1 1 l 2 注：后浇带填充性混凝 土。(2)冬季施工混凝土试件为混凝土拆模和确定养护期提供 依据。在制作试件时应按 混凝土结构 _ 程施工及验收规范 中 有关规定执行。试件组数应比常温多 3 组，并与施工部位同条件 养护。一组用于检验混凝土受冻前的强度，确定养护期限，或用 于检验拆模强度；一组用于检验?昆 凝土同条件养护 2 8 d再转入 标养 2 8 d的强度值；一组用于检验混凝土结构实体的强度。(3)同条件 养护试件应放 置在混凝 土浇筑处，采用 与混 凝 土相同的保温措施。同条件养护试件应做出醒目的标识，以免被 搬动或破坏。4 6 温度急剧降低混凝土养护的冬季施工应急措施 4 6 1 原 因分析(1)保温材料未按要求覆盖，覆盖不严密或覆盖物滑落。(2)保温措施不 当。上接第 1 0 7页(3)寒流突袭，室外气温急剧下降。4 6 2 预防措施(1)保温材料必须覆盖严密，覆盖后，必须仔细检查。(2)保温措施按计划执行，改变计划必须经验算，检验其可 行性。(3)结构混凝土浇筑前，做好天气预报的收集工作，并制定 可行的预防措施或避开寒流施工。4 6 3 处理措施 在混凝土上方覆盖塑料薄膜 和厚 草垫，严格按照要求覆盖 严密。综述，虽然国内各城市地铁混凝土结构均不同程度出现裂 纹，同时也成为混凝土构件的通病，只要采取科学合理的预防 和养护措施和调整混凝土的浇筑方案，就能够防止冬季施工过程 中大体积浇筑时混凝土裂缝的产生，从而提高混凝土的耐久性。参考文献：【l l高强钢筋与高，性能混凝土推厂应用新技术、新工艺及常见缺陷处理 方法实用手册【M _ 京：中国建筑出版社 2 鲍鹏，李丽，崔奕 天津地铁车站地下连续墙冬期施工技术 J 1 建筑技 术，2 0 0 5(1 2)3 李长城浅谈混凝土结构耐久性及高性能混凝土的应用 J】中小企业 管理与科技(下旬T U)，2 0 1 0(4)4】舒阳，杜宇平，王学明，等 高性能钢筋混凝土结构的耐久性研究【s】工程力学，2 o o 8(增T U)作者简介 单位地 址 联系电话 赵颖(1 9 7 1 一)，女，高级工程师，主要从事建筑管理工作。沈阳币沈河区青年大街2 0 1 号(科学宫)5 u室 沈阳职业 技术学院管理学院(1 1 0 0 1 4)1 3 4 7 8 2 3 3 47 7 表 6 减水剂性能指标控制范围 减水剂的检验指标多，检验周期长，因此每批减水剂进场 后都是先放在备用罐中，然后进行抽样，对样品的减水率、含固 量、含气量、坍落度保留值、抗压强度比、压力泌水率比等多项 技术指标 进行检测，只有抽样 检验合格后 才能使用，特别要 注 意减水剂和水泥的适应性，如果发现出现异常波动时，立即停 止使用并通知减水剂厂家对产品进行调整或处理，保证减水剂 质量稳定。2 4 拌 合 水 混凝土拌合用水中，不得含有影响混凝土正常凝结与硬化 的有害杂质，凡是能饮用的自来水和清洁的天然水，都能用来 拌制混凝土。污水、p H值 4的酸性水、含硫酸盐(按 s 0，计)超 过 1 的水均不得使用。根据 T Z 2 1 O 一2 o 0 5 铁路混凝土工程施 工技术指南，本工程使用符合国家标准的生活饮用水。控制经验，形成了较为完善的高速铁路高性能混凝土原材料质 量管理与控制技术，在各个环节上层层把关，取得 良好的实施 效果，为高性能混凝土在武广客运专线武汉站工程 中的成功应 用提供了重要的基础保障，对类似工程的高性能混凝土原材料 的质量管理和控制具有一定的参考意义。参考文献：【1 1顿小红从世界高速铁路发展看我国高速铁路建设【J J 现代商贸工 业，2 0 0 7(6)：2 2 2 3 2 铁建 设 2 0 0 5 1 1 5 7号，铁 路 混凝土 结构 耐久性设 计暂 行规定【s】北 京：中国铁道出版社，2 0 o 5 3 1郭延辉，郭京育 聚羧酸系高性能减水剂研究与工程应用【M】_ E 京：机械工业出版社，2 0 0 7 3 结束语 作 者 简介 武广客运专线武汉站丁程对混凝土质量提出了高要求，在 原材料选择上也更为严 格。本文总结 了该项 目中原材料 的质量 1 24 单位地址 联系电话 王军(1 9 7 2 一)，男，高级工程师，主要从事预拌混凝土的研 究应用与质量管理工作。湖北武汉东湖高新区华光大道 1 8 号高科大厦 1 3 楼(4 3 0 0 7 4)l 3 3 6 7 2 5 5 8 6 8