2021年度

混凝土科学技术奖●科技进步类

项目展示

2021年度 混凝土科学技术奖工作于2021年5月启动，至12月圆满完成。报名期间共收到有效申报项目44项。经过专家评审委员会的初评及终评，共计33个项目获奖，包括一等奖1项、二等奖18项、三等奖14项，其中“科技进步类”16项、“技术发明类”1项、“技术革新类”16项。

三等奖项目

富水地区轨道交通地下车站结构混凝土裂缝控制关键技术研究

主要完成单位：中交上海三航科学研究院有限公司、中交上海港湾工程设计研究院有限公司

主要完成人：李维洲、谷坤鹏、刘刚、胡楠、林荣安、李剑、张晓乐、张君韬、温发培、张洪良

项目概况

在沿海城市，轨道交通工程地下车站的大多数混凝土结构处于地下水位以下，属于富水环境，结构渗漏问题极其需要关注。混凝土施工期出现的裂缝是造成渗漏的主要原因。轨道交通工程明挖车站混凝土竖向一般分3次浇筑施工，首先浇筑底板，其次浇筑侧墙，最后浇筑顶板；分步浇筑的新、老混凝土由于不同步收缩以及温度变化而产生大量裂缝，严重影响轨道交通结构安全和使用寿命。为了更好的解决现场混凝土裂缝问题、优化施工工艺、提高施工效率以及裂缝控制效果，项目完成单位组织科研力量，研发了富水地区轨道交通地下车站结构混凝土裂缝控制关键技术。

为解决富水地区轨道交通地下车站主体结构混凝土不同步浇筑收缩裂缝以及温度裂缝问题，本项目开展了下列研究工作：①开展了混凝土工作性、绝热温升、电通量、混凝土模型等试验，研究了材料改性抗裂混凝土的性能变化情况以及矿物掺合料、抗裂剂等对混凝土温度的影响规律，②优化设计混凝土配合比，提出了高耐久性清水混凝土制备方法，通过提高混凝土本身质量以利于裂缝控制，实现混凝土裂缝控制新材料的应用；③结合理论计算、有限元模拟等手段明确新型混凝土裂缝控制工艺和系统，研制形成自主创新的温度场自平衡系统控裂方法；④结合试点采用温度协同工艺或新材料技术开展裂缝控制典型施工，得出基于新材料以及温度场自平衡系统复合应用技术。

▲富水地区轨道交通地下车站侧墙控裂成效

▲富水地区轨道交通地下车站建成后的站厅层整体效果

主要创新点

1.开发了混凝土控裂的新工艺——温度场自平衡系统。该技术利用上部后浇筑混凝土的水化热加热下部先浇筑的混凝土，减小两者之间的温度差异，实现整体的温度场平衡，从而减少分步浇筑的混凝土之间的约束变形及温度应力，降低轨道交通地下车站结构混凝土的开裂风险，同时因利用自身能量的循环，节能且环保。

2.为实现温度场平衡的新控裂工艺，设计了一套用于协同轨道交通地下车站分步浇筑混凝土内部温度场的水循环控制系统。该系统包括循环水池、流量控制和通水系统等，通过循环水将上部热量带至下部，可实现对分步浇筑的混凝土结构内部温度调节和控制。

3.综合采用及配置矿物掺合料、水泥水化热调控材料、新型抗裂剂等材料，实现了对混凝土收缩变形及温度变形的调控，形成了轨道交通工程地下车站混凝土裂缝控制新材料运用技术。

应用效果

马青路站为厦门市地铁2号线第九座车站，处于富水环境下。车站宽20.7m，长218m。底板厚1.0m，侧墙厚70～80cm，中板厚40cm，顶板厚80cm。设计年限为100年，车站主体结构采用抗裂防水混凝土，顶板、底板、侧墙混凝土强度等级为C45，底板、最下层侧墙抗渗等级P10，其余抗渗等级P8。地下车站结构由于混凝土不同步浇筑导致的不同步收缩和温度变化产生大量裂缝，在富水地区会产生严重渗漏，影响结构安全和使用寿命。本项目技术采用抗裂剂和水化热抑制剂等新型材料，并结合大掺量矿物掺合料，根据优选的参数范围进行混凝土适配，配制出了高性能抗裂混凝土；同时，设计并采用了协同轨道交通地下车站新、老混凝土内部温度场的水循环控制系统，系统包括循环水池、流量控制系统和通水系统等，利用新浇筑混凝土水化热加热老混凝土，实现了对新、老混凝土内部温度调节和控制，降低了混凝土不同步收缩应力和温度应力。马青路站中侧墙裂缝数量由原来的10-14条/段减少到1条/段，且裂缝宽度由原来的0.1-0.2mm降低到0.07mm，属于无害裂缝。工程质检结果表明：地下车站结构混凝土施工质量良好，满足100年的设计要求。

▲厦门地铁2号线马青路站

企业介绍

中交上海三航科学研究院有限公司，是我国水运工程行业重要的科研机构，其前身为1957年建立的局中心试验室。1960年2月，为加强对筑港工程的技术试验研究工作，成立上海筑港工程局港工科学研究所。1978年11月更名为交通部第三航务工程局科学研究所。2002年经中港集团批准交通部第三航务工程局科学研究所更名为上海第三航务工程局科学研究所。2006年中交集团上市，更名为中交上海三航科学研究院有限公司。

公司现已成为开展行业应用基础研究、聚集和培养优秀科技人才、开展科技交流的重要基地，成为发展共性关键技术、增强技术辐射能力、推动产学研相结合的重要平台。未来，公司将以“五商中交”为引领，围绕三航局“国际化、多元化、信息化、一体化、精益化”的战略目标，加快推进信息化与传统产业技术深度融合，加强新技术、新材料、新设备和新工艺的开发和应用，争取取得一批具有自主知识产权的、达到国际先进或领先水平的科技成果，进一步提高交通运输企业自主创新能力，加快交通科技创新体系建设，发挥科研企业在技术创新中的主体作用，推广应用以绿色、智能、协同为特征的先进技术，进一步提高科技成果转化率，引领我国交通水运建设行业和绿色水运工程的发展和技术进步。

中交上海港湾工程设计研究院有限公司，是中交第三航务工程局有限公司下属的科研设计中心，是高新技术企业，是集科技研发、成果转化、工程设计、信息技术、特种施工和试验检测为一体的综合型科研设计院。

公司立足于水运工程设计、成果转化、新结构研发、结构耐久性技术研究、桩基础研发、检（监）测技术、软基加固、深基坑支护、工程原体观测、工程材料、结构防腐、材料试验、施工监控、工程防腐蚀等领域，先后承担了4000余项设计和科研服务项目，其中各类工程可行性研究、规划勘测设计项目达450余项，多次承担国家及部级的重大工程。先后参与上海的南浦大桥、杨浦大桥、徐浦大桥、内环线高架道路、沪闵高架道路、浦东国际机场、东方明珠电视塔、浦东金茂大厦、宝钢新建码头、上海外高桥新建码头、上海地铁M8线、洋山深水港码头、东海大桥、外高桥30万吨级船坞及广深高速公路、宁波北仑港、南京龙潭港、杭州湾跨海大桥、澳门国际机场、港珠澳大桥、太湖隧道、马来西亚沙巴尿素码头、恒逸（文莱）PMB石油化工项目港口工程、东海风电场等重大工程建设。