XYPEX 材料在地铁车站混凝土结构中的应用研究

鞠丽艳 1，董 锋 2，欧志刚 3，邱小佩 4

(1.上海申通地铁集团有限公司；2.上海建工集团基础公司；)

摘  要：针对轨道交通地下车站混凝土结构受渗透水影响大，地下水所产生的溶蚀、潜蚀和化学侵蚀将直接影响到混凝土结构耐久性的问题，介绍了 XYPEX 水泥基渗透结晶材料所具有的提高混凝上致密性、抗渗性以及控制混凝土早期裂缝，提高混凝土结构的耐久性等性能。

关键词：XYPEX 材料；地铁车站；抗渗；裂缝控制；自愈修复；耐久性

上海轨道交通地下车站混凝土结构受渗透水的影响很大，地下水所产生的溶蚀、潜蚀和化学侵蚀将直接影响到混凝土结构的耐久性。为提高地铁车站使用的安全性和耐久性，在上海地铁 10 号线豫园站工程中，在车站混凝土结构中选用了 XYPEX 材料，并对其进行了施工应用的试验和研究。

1 工程概况

10 号线豫园站位于人民路以南的河南南路与福佑路的交叉处，为地下三层岛

式车站，采用明挖顺作法施工。车站埋深 23.6 m，顶板覆土厚 4.14 m，车站主体

部分建筑面积达 10206 m2，防水等级为一级。车站所处位置地质条件为高含水淤泥质土，地下水为承压水，通常在地表下 3.0～8.0 m，呈周期性变化，为城区高水区。由于车站采用叠合式衬砌结构，即地下连续墙维护结构通过钢筋与内衬结构混凝土叠合形成共同受力的永久性结构，以解决内衬的抗浮问题。因此，地铁车站的底板和侧墙无法采用外包式防水施工。为解决类似地铁车站结构混凝土自防水问题并保证其耐久性，在混凝土中加入了 XYPEX 水泥基渗透结晶材料，以提高混凝土的密实性、防水性、抗腐蚀性能以及产生裂缝后出现渗水、漏水时的自愈修复能力；同时，也为提高混凝土结构的耐久性、减少后期治理难度以及降低维修费用提供可行的指导依据。

2 XYPEX 材料的应用特性

该工程选用低水化热低含碱量水泥(普硅 42.5 级)，采用低水泥用量和双掺材料(粉煤灰+矿粉)混凝土，控制水胶比(水：水泥+双掺材料)≤0.45，结构混凝土强度不低于 C30。

2.1 XYPEX 材料在混凝土中的渗透结晶特性

1993 年，XYPEX 材料引入我国后，已在水利水电、地铁、桥梁和隧道等大型工程中得到了广泛使用。该材料在混凝土中具有遇水渗透结晶封闭自修复的功能，通过改善并提高混凝土的抗渗性和密实性，从而提高混凝土的抗腐蚀能力。

XYPEX 材料通过催化(激活)混凝土中的钙离子，生成枝蔓状的结晶体，结晶体充盈在混凝土的空隙(裂隙)中，使混凝土密实性增加，提高抗渗能力，可有效保护混凝土和钢筋不受侵害蚀变。

由于 XYPEX 材料渗透结晶的催化功能具有重复性和长期性，当混凝土出现裂缝时，其中的催化剂被激活，使水与裂缝周边的钙离子生成络合钙离子的结晶体，该结晶体对裂缝(0.4 mm 左右)处具有自动修复的功能。

同时，XYPEX 材料还能有效地解决地铁车站叠合式结构全包防水中存在的问题。该材料的渗透结晶自愈修复的时间与裂缝的宽度和渗水量大小有关，以修复 0.4mm 混凝土缝隙为例，所需的时间一般在 7～180d。

2.2 XYPEX 材料施工应用的试验和效果

10 号线豫园站主体结构共浇筑混凝土11089m3，共耗用33.85 t XYPEX 材料。

2006 年 8 月～2007 年 3 月，在进行室内试验时，共采用 8 种不同级配的混凝土， 选用了不同用量的 XYPEX 材料，并对其效果进行对比。在取得室内试验结果后， 经相关部门评审并确定现场试验参数，经设计认可后，于 2007 年 7 月 30 日至同

年 10 月 23 日进行现场主体混凝土结构的应用试验。

现场试验时，采用湿法加入法，在混凝土搅拌站掺入 XYPEX 材料，掺入量为每立方混凝土用灰粉量的 0.8％～0.98％(水泥+矿粉+粉煤灰)；主体结构防水混凝土采用双掺级配(矿粉、粉煤灰)，混凝土水胶比<0.45；南北端头采用萘系磺酸盐减水剂，标准段采用聚羧酸减水剂。

浇筑 XYPEX 混凝土主体结构的次序为：南端头—北端头—标准段，各段浇筑 XYPEX 混凝土的材料配比以及拆模时其裂缝的初始状况分别见表 1、表 2。

用在对上述部位都具有一定的修复作用。

在本次主体结构混凝土自修复试验中，作用反应时间较长部位在施工缝，这可能与施工缝的缝隙较宽需结晶修复时间过长有关。

3 现场应用试验效果的分析

清华大学水利水电工程系对掺XYPEX 材料的混凝土进行了抗渗自愈试验和抗裂试验，试验结果为：XYPEX 材料在混凝土中具有催化—渗透—结晶—封闭

—修复裂缝的效果，能改善混凝土的密实性，有效降低和控制混凝土早期水化过程的干缩开裂，减少裂缝的产生。

经过 18 个月的跟踪观察证明：XYPEX 材料在混凝土中的催化作用具有长效和重复作用，对混凝土出现的裂缝具有不断激活、不断自愈修复作用的效果；主体混凝土结构的自愈修复率在 80％～87.5％，横缝的自愈修复率在 66％～100％，平均为 83％(见图 1)。

清华大学水利水电工程系为此出具了《XYPEX 掺合剂自愈抗裂缝性能研究试验报告》，从理论上验证了同一级配混凝土加入 XYPEX 材料后，28d 试件比未加入的试件抗渗能力提高 35％；56d 试件比未加入试件的抗渗能力提高 64％。随着时间延长，渗透结晶效果越明显，抗渗效果越显著。

XYPEX 材料在混凝土中的催化—渗透—结晶—封闭—自愈的功能效果，不但对裂缝修复具有明显的效果，同时对钢筋头、钢支撑位、蜂窝、孔隙都具有良好的修复效果。在观察期内，对于漏水量不大和潮湿面的上述部位都达到封闭和避免渗漏的效果。

4 结语

通过对 XYPEX 材料的试验研究，说明该材料适用于不同类型、不同级配的混凝土、低水胶比混凝土以及不同减水剂的使用。通过对加入方法的对比试验， 选用湿法加入，更易于控制质量，同时，便于现场施工。

采用 XYPEX 材料混凝土做地下工程主体结构，不仅能有效控制结构前期混凝土出现的裂缝，而且能明显提高混凝土的抗渗性，能降低运营地铁混凝土的渗漏治理难度和维修费用。因此，对于地下工程前期和后期混凝土的病害治理及地铁的运营安全，都有其重要的意义。