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2021年度中國混凝土與水泥制品協(xié)會

混凝土科學技術(shù)獎●科技進步類

項目展示

2021年度中國混凝土與水泥制品協(xié)會混凝土科學技術(shù)獎工作于2021年5月啟動，至12月圓滿完成。報名期間共收到有效申報項目44項。經(jīng)過專家評審委員會的初評及終評，共計33個項目獲獎，包括一等獎1項、二等獎18項、三等獎14項，其中“科技進步類”16項、“技術(shù)發(fā)明類”1項、“技術(shù)革新類”16項。

三等獎項目

富水地區(qū)軌道交通地下車站結(jié)構(gòu)混凝土裂縫控制關(guān)鍵技術(shù)研究

主要完成單位：中交上海三航科學研究院有限公司、中交上海港灣工程設計研究院有限公司

主要完成人：李維洲、谷坤鵬、劉剛、胡楠、林榮安、李劍、張曉樂、張君韜、溫發(fā)培、張洪良

項目概況

在沿海城市，軌道交通工程地下車站的大多數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)處于地下水位以下，屬于富水環(huán)境，結(jié)構(gòu)滲漏問題極其需要關(guān)注。混凝土施工期出現(xiàn)的裂縫是造成滲漏的主要原因。軌道交通工程明挖車站混凝土豎向一般分3次澆筑施工，首先澆筑底板，其次澆筑側(cè)墻，最后澆筑頂板；分步澆筑的新、老混凝土由于不同步收縮以及溫度變化而產(chǎn)生大量裂縫，嚴重影響軌道交通結(jié)構(gòu)安全和使用壽命。為了更好的解決現(xiàn)場混凝土裂縫問題、優(yōu)化施工工藝、提高施工效率以及裂縫控制效果，項目完成單位組織科研力量，研發(fā)了富水地區(qū)軌道交通地下車站結(jié)構(gòu)混凝土裂縫控制關(guān)鍵技術(shù)。

為解決富水地區(qū)軌道交通地下車站主體結(jié)構(gòu)混凝土不同步澆筑收縮裂縫以及溫度裂縫問題，本項目開展了下列研究工作：①開展了混凝土工作性、絕熱溫升、電通量、混凝土模型等試驗，研究了材料改性抗裂混凝土的性能變化情況以及礦物摻合料、抗裂劑等對混凝土溫度的影響規(guī)律，②優(yōu)化設計混凝土配合比，提出了高耐久性清水混凝土制備方法，通過提高混凝土本身質(zhì)量以利于裂縫控制，實現(xiàn)混凝土裂縫控制新材料的應用；③結(jié)合理論計算、有限元模擬等手段明確新型混凝土裂縫控制工藝和系統(tǒng)，研制形成自主創(chuàng)新的溫度場自平衡系統(tǒng)控裂方法；④結(jié)合試點采用溫度協(xié)同工藝或新材料技術(shù)開展裂縫控制典型施工，得出基于新材料以及溫度場自平衡系統(tǒng)復合應用技術(shù)。

▲富水地區(qū)軌道交通地下車站側(cè)墻控裂成效

▲富水地區(qū)軌道交通地下車站建成后的站廳層整體效果

主要創(chuàng)新點

1.開發(fā)了混凝土控裂的新工藝——溫度場自平衡系統(tǒng)。該技術(shù)利用上部后澆筑混凝土的水化熱加熱下部先澆筑的混凝土，減小兩者之間的溫度差異，實現(xiàn)整體的溫度場平衡，從而減少分步澆筑的混凝土之間的約束變形及溫度應力，降低軌道交通地下車站結(jié)構(gòu)混凝土的開裂風險，同時因利用自身能量的循環(huán)，節(jié)能且環(huán)保。

2.為實現(xiàn)溫度場平衡的新控裂工藝，設計了一套用于協(xié)同軌道交通地下車站分步澆筑混凝土內(nèi)部溫度場的水循環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括循環(huán)水池、流量控制和通水系統(tǒng)等，通過循環(huán)水將上部熱量帶至下部，可實現(xiàn)對分步澆筑的混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度調(diào)節(jié)和控制。

3.綜合采用及配置礦物摻合料、水泥水化熱調(diào)控材料、新型抗裂劑等材料，實現(xiàn)了對混凝土收縮變形及溫度變形的調(diào)控，形成了軌道交通工程地下車站混凝土裂縫控制新材料運用技術(shù)。

應用效果

馬青路站為廈門市地鐵2號線第九座車站，處于富水環(huán)境下。車站寬20.7m，長218m。底板厚1.0m，側(cè)墻厚70～80cm，中板厚40cm，頂板厚80cm。設計年限為100年，車站主體結(jié)構(gòu)采用抗裂防水混凝土，頂板、底板、側(cè)墻混凝土強度等級為C45，底板、最下層側(cè)墻抗?jié)B等級P10，其余抗?jié)B等級P8。地下車站結(jié)構(gòu)由于混凝土不同步澆筑導致的不同步收縮和溫度變化產(chǎn)生大量裂縫，在富水地區(qū)會產(chǎn)生嚴重滲漏，影響結(jié)構(gòu)安全和使用壽命。本項目技術(shù)采用抗裂劑和水化熱抑制劑等新型材料，并結(jié)合大摻量礦物摻合料，根據(jù)優(yōu)選的參數(shù)范圍進行混凝土適配，配制出了高性能抗裂混凝土；同時，設計并采用了協(xié)同軌道交通地下車站新、老混凝土內(nèi)部溫度場的水循環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)包括循環(huán)水池、流量控制系統(tǒng)和通水系統(tǒng)等，利用新澆筑混凝土水化熱加熱老混凝土，實現(xiàn)了對新、老混凝土內(nèi)部溫度調(diào)節(jié)和控制，降低了混凝土不同步收縮應力和溫度應力。馬青路站中側(cè)墻裂縫數(shù)量由原來的10-14條/段減少到1條/段，且裂縫寬度由原來的0.1-0.2mm降低到0.07mm，屬于無害裂縫。工程質(zhì)檢結(jié)果表明：地下車站結(jié)構(gòu)混凝土施工質(zhì)量良好，滿足100年的設計要求。

▲廈門地鐵2號線馬青路站

企業(yè)介紹

中交上海三航科學研究院有限公司，是我國水運工程行業(yè)重要的科研機構(gòu)，其前身為1957年建立的局中心試驗室。1960年2月，為加強對筑港工程的技術(shù)試驗研究工作，成立上海筑港工程局港工科學研究所。1978年11月更名為交通部第三航務工程局科學研究所。2002年經(jīng)中港集團批準交通部第三航務工程局科學研究所更名為上海第三航務工程局科學研究所。2006年中交集團上市，更名為中交上海三航科學研究院有限公司。

公司現(xiàn)已成為開展行業(yè)應用基礎研究、聚集和培養(yǎng)優(yōu)秀科技人才、開展科技交流的重要基地，成為發(fā)展共性關(guān)鍵技術(shù)、增強技術(shù)輻射能力、推動產(chǎn)學研相結(jié)合的重要平臺。未來，公司將以“五商中交”為引領，圍繞三航局“國際化、多元化、信息化、一體化、精益化”的戰(zhàn)略目標，加快推進信息化與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)深度融合，加強新技術(shù)、新材料、新設備和新工藝的開發(fā)和應用，爭取取得一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、達到國際先進或領先水平的科技成果，進一步提高交通運輸企業(yè)自主創(chuàng)新能力，加快交通科技創(chuàng)新體系建設，發(fā)揮科研企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新中的主體作用，推廣應用以綠色、智能、協(xié)同為特征的先進技術(shù)，進一步提高科技成果轉(zhuǎn)化率，引領我國交通水運建設行業(yè)和綠色水運工程的發(fā)展和技術(shù)進步。

中交上海港灣工程設計研究院有限公司，是中交第三航務工程局有限公司下屬的科研設計中心，是高新技術(shù)企業(yè)，是集科技研發(fā)、成果轉(zhuǎn)化、工程設計、信息技術(shù)、特種施工和試驗檢測為一體的綜合型科研設計院。

公司立足于水運工程設計、成果轉(zhuǎn)化、新結(jié)構(gòu)研發(fā)、結(jié)構(gòu)耐久性技術(shù)研究、樁基礎研發(fā)、檢（監(jiān)）測技術(shù)、軟基加固、深基坑支護、工程原體觀測、工程材料、結(jié)構(gòu)防腐、材料試驗、施工監(jiān)控、工程防腐蝕等領域，先后承擔了4000余項設計和科研服務項目，其中各類工程可行性研究、規(guī)劃勘測設計項目達450余項，多次承擔國家及部級的重大工程。先后參與上海的南浦大橋、楊浦大橋、徐浦大橋、內(nèi)環(huán)線高架道路、滬閔高架道路、浦東國際機場、東方明珠電視塔、浦東金茂大廈、寶鋼新建碼頭、上海外高橋新建碼頭、上海地鐵M8線、洋山深水港碼頭、東海大橋、外高橋30萬噸級船塢及廣深高速公路、寧波北侖港、南京龍?zhí)陡邸⒑贾轂晨绾４髽?、澳門國際機場、港珠澳大橋、太湖隧道、馬來西亞沙巴尿素碼頭、恒逸（文萊）PMB石油化工項目港口工程、東海風電場等重大工程建設。