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(hào)線、2 號(hào)線一期工程。

1 號(hào)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(hào)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(jí)劃分，可將烏魯木齊市地下部分環(huán)境作用等級(jí)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(hào))，烏建發(fā) [2014]291號(hào)“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(jí)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(jí)配方式：5～20mm、20～40mm 兩粒級(jí)，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(hào)為 1 的初步配合比水膠比（0.35）相同，即編號(hào)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(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行等級(jí)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(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行等級(jí)劃分：抗氯離子滲透（電通量法）為 Q－IV 級(jí)，抗氯離子滲透（RCM 法）為 RCM－II 級(jí)。

 

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(huì)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?？諝庵?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?；炷恋拿軐?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(píng)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(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行等級(jí)劃分：本次試驗(yàn)混凝土碳化性能為 T－IV 級(jí)（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(jí)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。