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[摘要]C50P10预制盾构管片混凝土从原材料的优选，配合比的设计到满
足施工工艺要求，在工程使用中取得了良好的效果。通过试验、优化的配合
比总胶凝材料用量较低、水胶比和砂率较低，提高了新拌混凝土的工作性；
该配比生产的混凝土已在北京地铁施工中累计使用超过5000环，满足了工
程结构、外观等质量要求。
[关键词]盾构管片、管片混凝土、配合比调整、外加剂、养护
盾构管片是指盾构法施工中所使用的衬砌材料。由钢筋混凝土或钢材制成。工程对管片混凝土性能提出了较高的要求：①高强度,混凝土抗压强度为C50，抗渗强度P10；②适用于低温蒸养，有较高的早期强度；③管片外观平整光洁、颜色均匀一致，达到外观质量要求；④结构尺寸达标，满足拼装要求；⑤低碱含量、低氯离子含量；⑥满足工程要求的高耐久性、抗腐蚀性能。结合本人几年的生产实践，现就预制盾构管片混凝土的配制与应用进行总结。
管片混凝土原材料的优选
混凝土的性能是由材料的组成及其内部结构决定的。
1.水泥
水泥是混凝土生产的重要组成成分，它的活性高低、与外加剂适应程度及水胶比的高低决定着混凝土的强度、工作性能和耐久性。管片混凝土生产用水泥的选择从以下几方面考虑：①强度等级不低于P.O42.5级的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，②碱含量小于0.6%、不含氯化物，③各项性能指标满足相应的国家标准，④与外加剂有良好的适应性；经过试验,施工生产中从满足性能要求及经济方面的角度选用北京水泥厂“京都”牌P.O42.5水泥，它的主要性能、指标如下：
品种 抗折强度（mpa） 抗压强度（mpa） 标准稠度用水量(%) 凝结时间（min） 碱含量 氯化物含量 放射性
3d 28d 3d 28d 初凝 终凝
P.O 5.3 8.8 28.8 53.4 128 2：55 3：50 0.55 无 合格
2.砂石集料
由于管片混凝土要求坍落度较小(一般混凝土坍落度控制在50~60mm)，所需水泥量较大流动度的商品混凝土用量小，故管片混凝土用砂选用细度模数2.7—3.0的中砂，同时严格控制砂的含泥量和杂质含量符合国家规范要求，如含泥量和杂质过多会导致水泥浆与骨料的粘结力下降、提高用水量和水泥用量。经过试验我们选用京涛天易（河北易县）产天然中砂，以及新元矿业（北京门头沟）产碎石。
3.外加剂
通过与萘系减水剂的试验应用比较，管片混凝土采用液体聚羧酸系高效减水剂，相比奈系减水剂其具有掺量低、减水率高、坍落度损失小的优点，且不易返浆，与萘系减水剂相比有效地控制了气泡和浮浆现象。在该工程中选用了天津雍阳UNF-5AST型减水剂，其主要技术指标如下：
品种 减水率% 含气量 抗压28d% 碱含量 氯离子含量
UNF-5AST 27 2.5 142 0.4 无
4.掺合料
掺合料是高强高性能混凝土不可缺少的组分之一，生产中常用的掺合料有粉煤灰和矿粉。生产中我们选用S95级矿粉作为掺合料主要基于以下几点：①颜色与所用水泥颜色相近，配制出的混凝土色调均匀明亮美观，②改善混凝土的和易性、提高混凝土的耐久性，特别是耐腐蚀性可得到较大幅度的提高，③降低混凝土拌合物水化热、有利于混凝土后期强度增长，④具有较好的减水效用。主要指标值如下：
S95级 活性指标% 流动度% 烧失量 碱含量 放射性 比表面积
7d 28d
实测值 81 105 104 0.72 0.79 合格 406
DBJ/T01-64-2002 ≥75 ≥95 ≥90 ≤3.0 / / ≥350
配合比及工作性的检测
管片高性能混凝土配合比设计应注意的问题有：在较小的坍落度基础上混凝土有良好的工作性，便于浇筑振捣成型；防止新拌混凝土产生大量浮浆、气泡；
通过实践总结得出管片高性能混凝土配合比设计施工应满足以下条件：
1.优选原材，严格控制原材料质量，特别是水泥及外加剂的技术指标，
2.混凝土容重2400—2450，水胶比宜选取0.34—0.37，单掺矿粉掺量宜取15%—20%，砂率33%—35%，
3.外加剂宜选用性能优良、与水泥的适应性良好的聚羧酸系高效减水剂。
经过试验确定了如下配合比：
强度等级 C50 水胶比 0.35 砂率 34%
水泥 水 砂 石 掺合料 外加剂
350 145 632 1228 65 4.98
经过生产证明，在此配合比基础上生产的管片，在标准的养护条件下，早期强度增长显著，7天达到设计强度的90%以上，混凝土后期强度增长明显，一年四季均可满足日生产两番的要求，在满足各项指标要求的基础上降低成本、提高效率。
生产中严格控制了混凝土的砂率及水胶比，振捣密实保证了混凝土的抗渗性能符合设计要求。
振捣及养护
混凝土浇注过程采用分层附着振捣方式，整个浇注操作过程宜控制在8min以内，减少石子过于下沉而导致的分层离析，振捣时间严格控制，不过振；采用汽套法蒸养。管片起吊强度为20MPa(冬施25MPa)以上。
在常温时管片进行室外水池养护，使混凝土水化反应充分进行，以达到稳定提升强度的目的，水中养护的周期为7天。水池温度控制20±3℃，控制水温主要是缩小养护环境温度与管片混凝土温度的温差，以达到减少表面裂纹的目的。冬季整个车间温度控制在15℃以上，在室内停放5天，强度可达到设计强度75%以上，即可进入室外堆放区进行后期养护。
成型的管片混凝土的外观控制
为保证混凝土的外观质量满足规范要求，生产前必须充分考虑混凝土表面可能出现的质量缺陷以及产生的原因，生产中的各个环节必须严格把关，要保证搅拌设备的计量精度，严格执行混凝土配合比，保证各种原材料的厂家稳定性。因此在生产中杜绝了混凝土的蜂窝麻面、气泡、表面裂纹及色差等混凝土生产过程中的质量通病。
工程应用
在該配合比基础上生产的管片已大量用于北京地铁工程，北京地铁10#线一期工程11标段麦子店西路盾构始发井～三元桥站～亮马桥站区间及农展馆站到亮马桥站区间段使用管片总量4723环，其中冬期生产1533环；2007年1月全部安装完成。管片混凝土抗压抗渗强度均达到设计要求，管片的检漏试验、拉拔试验、三环拼接完全满足规范要求，管片外观平整光洁、颜色均匀一致，表面致密、气泡裂缝均好于规范要求，受到业主、施工单位、监理单位的一致好评。
结论
随着城市的发展和施工技术的进步，对混凝土的品质指标和经济指标提出了更高的要求，从而促使混凝土向高强、耐久、无需修饰等高性能方面发展。本公司生产中用此配合比生产的混凝土，相比试生产及生产初期单方节约成本约4.5元，冬期采用蘸养护剂养护的方法较普通工艺更是节约了大量的机械台班、人工、能耗、时间成本，工程的成功应用同时为今后在北方地区冬期生产管片提供了可靠经验，对地铁事业的发展有很大促进作用。
足施工工艺要求，在工程使用中取得了良好的效果。通过试验、优化的配合
比总胶凝材料用量较低、水胶比和砂率较低，提高了新拌混凝土的工作性；
该配比生产的混凝土已在北京地铁施工中累计使用超过5000环，满足了工
程结构、外观等质量要求。
[关键词]盾构管片、管片混凝土、配合比调整、外加剂、养护
盾构管片是指盾构法施工中所使用的衬砌材料。由钢筋混凝土或钢材制成。工程对管片混凝土性能提出了较高的要求：①高强度,混凝土抗压强度为C50，抗渗强度P10；②适用于低温蒸养，有较高的早期强度；③管片外观平整光洁、颜色均匀一致，达到外观质量要求；④结构尺寸达标，满足拼装要求；⑤低碱含量、低氯离子含量；⑥满足工程要求的高耐久性、抗腐蚀性能。结合本人几年的生产实践，现就预制盾构管片混凝土的配制与应用进行总结。
管片混凝土原材料的优选
混凝土的性能是由材料的组成及其内部结构决定的。
1.水泥
水泥是混凝土生产的重要组成成分，它的活性高低、与外加剂适应程度及水胶比的高低决定着混凝土的强度、工作性能和耐久性。管片混凝土生产用水泥的选择从以下几方面考虑：①强度等级不低于P.O42.5级的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，②碱含量小于0.6%、不含氯化物，③各项性能指标满足相应的国家标准，④与外加剂有良好的适应性；经过试验,施工生产中从满足性能要求及经济方面的角度选用北京水泥厂“京都”牌P.O42.5水泥，它的主要性能、指标如下：
品种 抗折强度（mpa） 抗压强度（mpa） 标准稠度用水量(%) 凝结时间（min） 碱含量 氯化物含量 放射性
3d 28d 3d 28d 初凝 终凝
P.O 5.3 8.8 28.8 53.4 128 2：55 3：50 0.55 无 合格
2.砂石集料
由于管片混凝土要求坍落度较小(一般混凝土坍落度控制在50~60mm)，所需水泥量较大流动度的商品混凝土用量小，故管片混凝土用砂选用细度模数2.7—3.0的中砂，同时严格控制砂的含泥量和杂质含量符合国家规范要求，如含泥量和杂质过多会导致水泥浆与骨料的粘结力下降、提高用水量和水泥用量。经过试验我们选用京涛天易（河北易县）产天然中砂，以及新元矿业（北京门头沟）产碎石。
3.外加剂
通过与萘系减水剂的试验应用比较，管片混凝土采用液体聚羧酸系高效减水剂，相比奈系减水剂其具有掺量低、减水率高、坍落度损失小的优点，且不易返浆，与萘系减水剂相比有效地控制了气泡和浮浆现象。在该工程中选用了天津雍阳UNF-5AST型减水剂，其主要技术指标如下：
品种 减水率% 含气量 抗压28d% 碱含量 氯离子含量
UNF-5AST 27 2.5 142 0.4 无
4.掺合料
掺合料是高强高性能混凝土不可缺少的组分之一，生产中常用的掺合料有粉煤灰和矿粉。生产中我们选用S95级矿粉作为掺合料主要基于以下几点：①颜色与所用水泥颜色相近，配制出的混凝土色调均匀明亮美观，②改善混凝土的和易性、提高混凝土的耐久性，特别是耐腐蚀性可得到较大幅度的提高，③降低混凝土拌合物水化热、有利于混凝土后期强度增长，④具有较好的减水效用。主要指标值如下：
S95级 活性指标% 流动度% 烧失量 碱含量 放射性 比表面积
7d 28d
实测值 81 105 104 0.72 0.79 合格 406
DBJ/T01-64-2002 ≥75 ≥95 ≥90 ≤3.0 / / ≥350
配合比及工作性的检测
管片高性能混凝土配合比设计应注意的问题有：在较小的坍落度基础上混凝土有良好的工作性，便于浇筑振捣成型；防止新拌混凝土产生大量浮浆、气泡；
通过实践总结得出管片高性能混凝土配合比设计施工应满足以下条件：
1.优选原材，严格控制原材料质量，特别是水泥及外加剂的技术指标，
2.混凝土容重2400—2450，水胶比宜选取0.34—0.37，单掺矿粉掺量宜取15%—20%，砂率33%—35%，
3.外加剂宜选用性能优良、与水泥的适应性良好的聚羧酸系高效减水剂。
经过试验确定了如下配合比：
强度等级 C50 水胶比 0.35 砂率 34%
水泥 水 砂 石 掺合料 外加剂
350 145 632 1228 65 4.98
经过生产证明，在此配合比基础上生产的管片，在标准的养护条件下，早期强度增长显著，7天达到设计强度的90%以上，混凝土后期强度增长明显，一年四季均可满足日生产两番的要求，在满足各项指标要求的基础上降低成本、提高效率。
生产中严格控制了混凝土的砂率及水胶比，振捣密实保证了混凝土的抗渗性能符合设计要求。
振捣及养护
混凝土浇注过程采用分层附着振捣方式，整个浇注操作过程宜控制在8min以内，减少石子过于下沉而导致的分层离析，振捣时间严格控制，不过振；采用汽套法蒸养。管片起吊强度为20MPa(冬施25MPa)以上。
在常温时管片进行室外水池养护，使混凝土水化反应充分进行，以达到稳定提升强度的目的，水中养护的周期为7天。水池温度控制20±3℃，控制水温主要是缩小养护环境温度与管片混凝土温度的温差，以达到减少表面裂纹的目的。冬季整个车间温度控制在15℃以上，在室内停放5天，强度可达到设计强度75%以上，即可进入室外堆放区进行后期养护。
成型的管片混凝土的外观控制
为保证混凝土的外观质量满足规范要求，生产前必须充分考虑混凝土表面可能出现的质量缺陷以及产生的原因，生产中的各个环节必须严格把关，要保证搅拌设备的计量精度，严格执行混凝土配合比，保证各种原材料的厂家稳定性。因此在生产中杜绝了混凝土的蜂窝麻面、气泡、表面裂纹及色差等混凝土生产过程中的质量通病。
工程应用
在該配合比基础上生产的管片已大量用于北京地铁工程，北京地铁10#线一期工程11标段麦子店西路盾构始发井～三元桥站～亮马桥站区间及农展馆站到亮马桥站区间段使用管片总量4723环，其中冬期生产1533环；2007年1月全部安装完成。管片混凝土抗压抗渗强度均达到设计要求，管片的检漏试验、拉拔试验、三环拼接完全满足规范要求，管片外观平整光洁、颜色均匀一致，表面致密、气泡裂缝均好于规范要求，受到业主、施工单位、监理单位的一致好评。
结论
随着城市的发展和施工技术的进步，对混凝土的品质指标和经济指标提出了更高的要求，从而促使混凝土向高强、耐久、无需修饰等高性能方面发展。本公司生产中用此配合比生产的混凝土，相比试生产及生产初期单方节约成本约4.5元，冬期采用蘸养护剂养护的方法较普通工艺更是节约了大量的机械台班、人工、能耗、时间成本，工程的成功应用同时为今后在北方地区冬期生产管片提供了可靠经验，对地铁事业的发展有很大促进作用。