浅谈地铁盾构管片生产过程中原材料质量控制的措施

质量控制与检测　广东建材２０１３年第１期　浅谈地铁盾构管片生产过程中　原材料质量控制的措施　黄伟俊　摘　要：钢筋混凝土管片是一种高品质高要求的水泥制品，产品用于地铁里衬隧道，故而对混凝土　质量有很高的要求，比如其抗渗性能要求要达到Ｐ１２，强度要达到Ｃ５０以上，对耐久性也有特别要求，　好的产品需要有好的原材料来制造。因此本文章主要回顾了地铁盾构管片生产过程中原材料质量控　制的措施。　关键词：地铁管片；生产；原材料；质量控制；措施　１前言　广州由地铁一号线开始至今，生产地铁里衬隧道管　片已有二十年左右的时间，在这二十年里一直对地铁里　衬隧道盾构管片的质量要求比较高。由于地铁里衬隧道　管片的使用埋在地下较深的地方，由于对质量有要求，　泥首选硅酸盐水泥，用量一般控制在３６０￣４５０ｋｇ／ｍ。　（２）水泥物理技术指标如下：　①强度：水泥强度等级按规定龄期的抗压强度来划　分，表１列出了管片常用水泥的各龄期强度的最小值。　表１各强度等级水泥的各龄期强度数值　从而产生对地铁管片生产过程中原材料质量控制的措　施也具较高的要求。　品种　强度　等级　抗压强度（ＭＰａ）　３ｄ　ｌ　２８ｄ　２３．０　Ｉ　５２．５　１７．０　Ｉ　４２．５　抗折强度（ＭＰａ）　３ｄ　ｌ　２８ｄ　４．０　ｌ　７．０　３．５　Ｉ　６．５　硅酸盐水泥　５２．５　普通水泥　４２．５　２钢筋混凝土管片原材料质量控制　钢筋混凝土管片是一种高品质高要求的水泥制品，　产品使用在地下很深的地方，故而对混凝土质量有很高　②细度：硅酸盐水泥比表面积大于３００ｍ　／ｋｇ。　③凝结时间：硅酸盐水泥初凝不得小于４５ｍｉｎ，终　要求，比如其抗渗性能要求要达到ＰＩ２，强度要达到Ｃ５０　凝不得迟于３９０分钟；普通硅酸盐水泥初凝不能小于　　以上，对耐久性也有特别要求，好的产品需要有好的原　４５ｍｉｎ，终凝不能大于６００分钟。材料来制造。因此，我们要从管片生产原材料质量抓起，　④安定性：水泥安定性测定方法可以用试饼法或雷　氏法。通常是用试饼法，就是把水泥净浆试饼沸煮后根　从而保证管片生产的质量。　２．１原材料的选择　普通的钢筋混凝土管片主要原材料为：水泥、集料、　钢筋、外加剂和水。　２．Ｉ．ｉ水泥　据外形变化来确定水泥安定性是否合格。　质量检验方法如下：　（１）主要检验标准有：　《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方　法》（ＧＢ／Ｔ　１３４６—２００１）　水泥是细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆　体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石　《水泥胶砂强度检验方法》（ＧＢ／Ｔ　１７６７１—１９９９）　《水泥比表面积测定方法（勃氏法）》（ＧＢ／Ｔ　８０７４—１９８７）　等散粒或纤维材料牢固胶结在一起的水硬性胶凝材料。　配制管片用混凝土宜采用强度等级不低于４２．５的　硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥。　《水泥细度检验方法（８０ｍ筛筛析法）》（ＧＢ　１３４５—２００５）　根据中华人民共和国国家标准ＧＢ１７５，水泥的技术　要求，主要有化学指标和物理指标两个方面：　（１）水泥化学指标规定：氧化镁含量≤５．０％，三氧化　硫≤４．０％，烧失量≤０．５％，氯离子≤０．０６％，碱含量≤　（２）检验批次：按同一生产厂家、同一等级、同一品　种、同一批号且连续进厂的水泥，散装不超过５００吨为　一批。取样时应随机从不少于３个车罐中各采取等量水　０．６％。在满足强度要求的前提下的水泥用量：使用的水　泥，经混拌均匀后，总量至少１２ｋｇ作为检验样。　一４２一　广东建材２０１３年第１期　（３）检验项目：细度、凝结时间、安定性、标准稠度用　上述技术要求。　质量控制与检测　水量、强度等。在混凝土管片生产中，常用的水泥主要有　珠江水泥、联合水泥、嘉兴水泥等。　（２）细骨料：细骨料一般使用表面光圆、质地坚硬、级　配良好、洁净的ＩＩ区河砂，细度模数为２．３～３．０。　０．３１５ｍｍ筛孔的通过量不应少于１５％，０．１６ｍｍ筛孔的通　２．１．２集料　　高强混凝土要求集料具有良好的物理和力学性能。　过量不应少于５％。制造管片使用河砂常用技术指标如下：　随着混凝土强度的提高，集料强度要相应地提高，颗粒　形状也应尽可能接近球形或者立方体，并兼顾耐久性。　（１）粗集料：粗骨料在混凝土的组织结构中起骨架作　①细度模数：２．３～３．０。　②颗粒级配：　用，对混凝土的高强度起重要作用。在配合比设计中，混　凝土强度仅与水泥强度、水灰比和骨料颗粒形状有关，　而与骨料矿物成份等无关。而在管片用高强混凝土中，　由于水灰比减小，混凝土中水泥石强度显著提高，骨料　性能将对混凝土强度产生很大影响。　骨料弹性模量亦影响混凝土强度。因此，骨料的弹　性模量过大和过小都对提高混凝土强度不利，骨料的强　度和弹性模量应与骨料一砂浆界面粘结强度相匹配。所　以，在配制管片用混凝土时，应选用坚硬的粗骨料，其抗　压强度不应小于混凝土强度标准值的１．３倍。　粗骨料的粒径太小，对高强混凝土的强度亦有影　响，一般随粒径的增大，强度逐步下降。因此，对于管片　用混凝土的粗骨料最大粒径控制在２５ｍｍ以下。　粗骨料常用技术指标如下：　①碎石颗粒级配：　表２碎石颗粒级配　级配　公称直径　累计筛余按重量计（％）　情况　（ｍｍ）　筛孔尺寸（圆孔筛）（ｍｍ）　粒级　连续　５～２５　９５２．５０　ｌ　５．Ｏ０　ｌ１０．０Ｊ　１６．０　ｌ　２０．０　Ｉ　２５．０　３１．５　～１０ｏＪ９０～１０ｏＪ—Ｉ３０￣７０　Ｊ—１　０～５　Ｏ　②粗骨料的针片状颗粒含量也影响混凝土的强度，　其最大粒径不宜大于钢筋骨架最小间距的３／４。针片状　含量≤１５％；含泥量≤１．０％；泥块含量≤Ｏ．５％，压碎指　标≤１３％。　质量检验方法如下：　①主要检验标准：　《普通混凝土用碎石或卵石质量检验标准及检验方　法》（ＪＧＪ５２—２００６）　②检验批确定：按同产地同规格，以６００吨为一验　收批。　⑨检验项目：颗粒级配、含泥量、泥块含量、针片状　颗粒含量等。　在管片生产中，要求碎石质地坚硬，技术指标符合　表３　ＩＩ区砂的颗粒级配　ＩＩ区　５．ＯＯｍｍ　１０～０　２．５０ｍｍ　２５～Ｏ　１．２５ｍｍ　５Ｏ～ｌ０　０．６３ｍ　７０～４１　Ｏ．３ｌ５ｍ　９２～７Ｏ　０．１６０ｍ　ｌ００～９０　③含泥量≤１．５％。　④泥块含量≤１．０％。　主要检验标准：　①《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》　（ＪＧＪ５２—２００６）。　②检验批确定：按同产地同规格，以６００ｔ为一验收　批。　③检验项目：每验收批应至少检验颗粒级配、含泥　量、泥块含量等。　２．１．３钢筋　钢筋进场的每批重量不宜超过６０吨，对其质量的　复试检测频率应按进场的批次和产品的抽样方案确定。　检测单位必须是由业主指定或由承包商选择经业主确　认的第三方，检验后要出具权威性的测试报告。　对有焊接要求的作业应作可焊性试验，钢筋、焊条　和预埋件等的品种、规格必须符合设计要求和有关规范　的规定；钢筋焊接、焊接制品机械性能（拉力试件：屈服　强度、拉弯强度、延伸率；冷弯试件；可焊性试件）测试后　的结果必须符合现行钢筋焊接及验收规范的有关规定。　附每批钢筋的检验项目，取样方法和试验方法见表　４。　２．１．４减水剂　减水剂是制备高强度混凝土不可缺少的，因水泥的　表面积较大，在低水胶比情况下工作性好的拌合物而不　使用减水剂或超塑化剂是不可能的，高水泥含量增大了　——４３——　质量控制与检测　表４钢筋的检验项目。取样方法和试验方法　广东建材２０１３年第１期　③控制粗集料的粒径大小（５￣２５ｍｍ）。　（５）防止钢筋锈蚀。钢筋锈蚀的原因主要是混凝土中　序号　检验项目　取样数量　１　化学成分　２　拉伸　３　４　５　取样方法　任选两根钢筋切取　任选两根钢筋切取　试验方法　拉伸　冷弯　横截面积　肉眼　１　２　２　逐支　逐支　氯离子含量高，以及钢筋与外界环境接触所致。在防止　钢筋锈蚀方面，混凝土配合比设计选用不含氯离子的减　水剂。　冷弯　尺寸　表面　６　重量偏差　不少于１Ｏ支　长度不小于６０ｍ　长度逐支测量　２．３混凝土拌合物质量控制　混凝土拌合物的质量主要指能满足拌合物的搅拌、　混凝土的成本，且与高水化热相关的问题变得更加突　出。对于振动成型的管片混凝土产生水泥砂浆与石子的　运输、浇筑、捣实及表面处理等生产工序，易于施工操　离析现象就更为严重。因此，化学外加剂主要增加工作　性、减少用水量以及减少水泥用量；但是必须注意通过　试验来确定外加剂与水泥的适应性。　２．１．５水　般选择干净的无污染的生活饮用水，水中应不含　有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质及油脂、糖类、　游离酸类、碱、盐、有机物或其他有害物。　２．２混凝土配合比设计　管片生产首先要考虑混凝土的配合比的设计，合理　的混凝土配合比设计是提高管片强度、抗渗性能和耐久　性的保证。因为地铁隧道是永久性建筑物，必须确保其　安全运行。故而混凝土设计是关键。　管片混凝土配合比及其耐久性设计主要考虑以下　几个方面：　（１）限制水灰比、水泥用量，采用高性能外加剂、掺合　料以保证强度、抗渗性、耐久性要求。我们把控制最大水　灰比作为保证混凝土耐久性的主要措施。对于强度等级　为Ｃ５０，有抗渗要求的混凝土，可以通过控制水灰比来　达到要求。　（２）混凝土的抗地下水（抗硫酸盐）腐蚀性能。　①选用有抗硫酸盐腐蚀的水泥品种。　②选用硬度较高、结晶细密以及压碎指标高的花岗　岩碎石。　③选用碱含量低的减水剂。　（３）混凝土的抗冻性能。由于广州处于华南地区，特　别是广州地带，气温较高，无须考虑抗冻性。　（４）混凝土的碱一集料反应。华南地区的集料碱活性　很低，不容易发生碱一集料反应，不致产生膨胀破坏裂　缝。因此，我们基本不需考虑这个问题，而且我们在选用　材料方面已做到：　①选用活性很低的深层花岗岩及河砂。　②选用碱含量低的水泥。　一４４一　作，达到质量均匀、不泌水、不离析，以获得良好的浇筑　质量，从而保证混凝土的强度、耐久性。　拌合物的质量检验主要是对混凝土坍落度检验，在　生产过程中，宜对混凝土的一些性能指标进行检验，如　含气量、凝结时间等，以改善管片的生产条件，提高管片　生产产量。　（１）稠度检验。用混凝土稠度表示拌合物的流动性，　而坍落度作为管片混凝土流动性的指标。稠度是拌合物　最重要的质量指标。　混凝土拌合物应具有良好的和易性，和易性是指拌　合物易于施工操作，并使成型后的混凝土密实均匀，主　要包括流动性、粘聚性和保水性三个方面的含义。流动　性是指混凝土拌合物在自重或施工机械振捣作用下，能　产生流动，并均匀密实地充满钢模内。粘聚性是指拌合　物在施工过程中其组成材料之间有一定粘聚力，不至产　生泌水现象，在检验混凝土拌合物稠度的同时，应检验　混凝土拌合物的粘聚性和保水性。　（２）含气量检验。混凝土拌合物在其检测过程中，有　可能混入一定量的气泡，影响混凝土的密实性，含气量　也是混凝土拌合物的一项质量指标。混凝土含气量应随　机地从一盘或一车中取样，并应在卸料量的１／４采取，　取样频率可根据管片的外观质量情况而定。　（３）凝结时间检验。混凝土拌合物的凝结时间，将直　接影响到管片的工序时间即管片收水时间，也是制约管　片生产量的重要因素，也是衡量管片用外加剂优劣程度　的一个检验指标。混凝土拌合物是在（２０±２）℃准养护　进行养护的。●