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管片是盾构隧道的关键构件材料。我国大多数管片生产企业采用蒸汽养护来提高混凝土早期脱模强度,蒸汽养护会给管片混凝土的体积稳定性和耐久性能带来不良影响,而且蒸汽养护时耗能巨大。今后20年内地铁隧道工程对管片的需求将持续增长,从我国节能环保的长期战略角度,以及管片混凝土耐久性改善等问题来看,有必要开发免蒸汽养护管片高性能混凝土来替代原有的蒸汽养护管片混凝土。本文依托武汉市科技攻关项目和武汉地铁隧道工程,针对蒸养条件对混凝土性能造成的不良影响,深入分析影响混凝土早期强度的各关键因素,提出了免蒸养管片混凝土优化设计方法：采用本文开发的超早强型聚羧酸减水剂,提高管片混凝土12h脱模强度；掺加活性矿物掺合料,提高管片混凝土的体积稳定性和耐久性能。运用该设计方法制备的高性能、高耐久管片混凝土12h脱模强度达23.5Mpa,氯离子扩散系数分别为5.1×10-13m2／s、28d干缩值1.8×104,90d干缩值2.2×10-4,相对于蒸养管片混凝土,其体积稳定性和耐久性均有所提高,解决了蒸养管片混凝土体积稳定性和耐久性劣化以及生产能耗高的难题。系统研究了不同分子结构的聚羧酸和早强组分对水泥浆体流动度,凝结时间差影响,确定了超早强聚羧酸减水剂的复配方案,并配制出了适用于免蒸养条件的超早强型聚羧酸减水剂,其减水率达31.6%,初凝时间差为-75min,终凝时间差为-115 min,其分散性能良好,具有良好的早强促凝效果。通过水化热、XRD、SEM和孔结构等微观测试手段研究了免蒸养超早强聚羧酸对胶凝材料水化历程的影响,探明了超早强聚羧酸提高混凝土早期强度的机理；研究免蒸养管片高性能混凝土组成、结构及耐久性的关系,为免蒸养隧道管片混凝土的设计提供参考。本研究成果已成功应用于武汉市地铁隧道管片生产制备,生产处的管片尺寸误差小,表观外观圆滑平整,气泡少,无缺棱掉角现象,经现场拼装质量完全达到设计要求。本成果取得了显著的经济效益和社会效益。