百花山隧道二次襯砌中水灰比對(duì)抗?jié)B性能影響

李 從 德

(云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650500)

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百花山隧道二次襯砌中水灰比對(duì)抗?jié)B性能影響

李 從 德

(云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650500)

結(jié)合武易高速公路百花山隧道二次襯砌工程實(shí)例，以抗?jié)B標(biāo)號(hào)法為測試方法，水灰比為變量,齡期和外摻料為衡量，分析了C30混凝土在不同水灰比下對(duì)抗?jié)B性能的影響，指出水灰比是混凝土抗?jié)B性能最重要的因素。

混凝土，水灰比，抗?jié)B性，耐久性

1 概述

混凝土的抗?jié)B性能是指混凝土抵抗有壓介質(zhì)(水、油、溶液等)滲透作用的能力。影響混凝土抗?jié)B性能的因素很多，主要包括水灰比、水泥用量、砂率等。一般情況下認(rèn)為，混凝土各項(xiàng)材料組成與配合比中對(duì)抗?jié)B性最具影響力的因素是水灰比。事實(shí)上，在水灰比小于0.13，特別是摻有硅灰時(shí)，混凝土對(duì)于水與氯化物來說是不可滲透的，理論上我國規(guī)范水灰比最大限值為0.6。因此本文的目的就是分析不同水灰比對(duì)武易高速公路百花山隧道二次襯砌C30混凝土抗?jié)B性能的影響。

2 試驗(yàn)原材料

2.1 水泥

本試驗(yàn)采用云南昆鋼嘉華水泥建材有限公司P.O42.5水泥。

1)對(duì)水泥的物理性能：水泥凝結(jié)時(shí)間(初凝與終凝)見表1。

表1 水泥的物理性能

2)水泥膠砂強(qiáng)度。

水泥膠砂試驗(yàn)用于確定水泥的強(qiáng)度等級(jí)，用于檢測水泥的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。根據(jù)試驗(yàn)測出了水泥膠砂強(qiáng)度見表2。

表2 水泥膠砂強(qiáng)度

2.2 集料

1)粗集料。

本試驗(yàn)中粗集料采用武定滑坡采石場碎石(連續(xù)級(jí)配5.0 mm～31.5 mm)?？?jié)B混凝土所用粗集料為碎石，是混凝土的主要組成材料，也是影響混凝土強(qiáng)度的重要因素之一。粗集料中針狀顆粒過多，會(huì)降低混凝土強(qiáng)度，其含量應(yīng)加以控制。粗骨料宜采用連續(xù)級(jí)配，其最大公稱粒徑不宜大于31.5 mm,含泥量不得大于1.0%，泥塊含量不得大于0.5%。

2)細(xì)集料。

本試驗(yàn)中細(xì)集料采用仁興西村石場機(jī)制砂(Ⅱ區(qū)中砂)?？?jié)B混凝土用細(xì)集料應(yīng)采用級(jí)配良好，質(zhì)地堅(jiān)硬，顆粒潔凈的河沙或海砂。當(dāng)工程所在地沒有河沙或海砂資源時(shí)，也可使用符合要求的山砂或機(jī)制砂。各類砂的技術(shù)指標(biāo)必須符合要求才能使用。細(xì)集料宜采用中粗砂，含泥量不得大于3.0%，泥塊含量不得大于1.0%。

2.3 拌合水

百花山隧道抗?jié)B性混凝土拌合用水采用經(jīng)試驗(yàn)室檢驗(yàn)合格的pH值為4.5的潔凈自來水。

2.4 外加劑

外加劑為昆明安夏新材料有限公司生產(chǎn)的防水減水劑，其摻量為水泥的1.5%，減水率為28%。

3 抗?jié)B混凝土配合比設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)說明

本設(shè)計(jì)主要分析不同水灰比對(duì)C30抗?jié)B混凝土性能的影響。設(shè)計(jì)坍落度為180 mm～200 mm；粗細(xì)集料潔凈、無風(fēng)化；水泥為昆鋼嘉華P.O42.5水泥；外加劑為昆明安夏新材料有限公司生產(chǎn)的防水減水劑，其摻量為水泥的1.5%。

3.2 初步配合比計(jì)算

1)計(jì)算試配強(qiáng)度。

fcu，o=fcu，k+1.645σ=30+1.645×5=38.2 MPa。

2)計(jì)算水灰比。

W/C=(αa×fce)/(fcu，o+αa×αb×fce)=(0.53×1.12×42.5)∕(38.2+0.53×0.20×1.12×42.5)=0.58。

當(dāng)W/C=0.2時(shí)，水泥不能充分產(chǎn)生水化作用，硬化后有未水化的水泥質(zhì)點(diǎn)；當(dāng)W/C=0.4時(shí)，水泥能充分進(jìn)行水化作用，硬化后水泥石結(jié)構(gòu)致密；當(dāng)W/C=0.6時(shí)，過多的多余水蒸發(fā)后，在水泥中形成毛細(xì)孔。

經(jīng)測定，適宜的水灰比宜為0.4～0.5，根據(jù)試驗(yàn)選水灰比0.45。

3)選定用水量。

根據(jù)所用材料的粒徑及坍落度要求選取初步用水量mwo=205 kg/m3,減水劑的減水率為28%，計(jì)算摻外加劑后單位用水量mwa=mwo·(1-β)=205×(1-28%)=148 kg/m3。

4)計(jì)算摻外加劑后的單位水泥用量。

mco=mwa/(W/C)=148/0.45=329 kg/m3。

5)選取砂率。

根據(jù)碎石粒徑大小及W/C查表確定砂率βS=45%。

6)計(jì)算粗集料、細(xì)集料的用量。

假定每立方米混凝土容重為2 450 kg/m3。

mco+mgo+mso+mwa=mcp。

βs=mso/(mgo+mso)=45%。

得：mso=888 kg/m3，mgo=1 085 kg/m3。

7)外加劑用量。

防水減水劑摻量為水泥的1.5%。

mj=329×0.015=4.935 kg/m3。

8)提出初步配合比。

水泥∶水∶砂∶碎石∶外加劑=329∶148∶888∶1 085∶4.935=1∶0.45∶2.70∶3.30∶0.015。

3.3 試驗(yàn)方案確定

為了分析水灰比對(duì)抗?jié)B混凝土性能的影響，在集料級(jí)配相同的情況下，用不同的水灰比進(jìn)行了混凝土的抗?jié)B試驗(yàn)?？?jié)B水泥混凝土的配合比以控制坍落度為主，水灰比從0.40～0.50進(jìn)行了3組水泥混凝土抗?jié)B試驗(yàn)，每組試拌0.04 m3，3組不同水灰比下抗?jié)B水泥混凝土配合比見表3。

表3 3組不同水灰比下抗?jié)B混凝土各項(xiàng)材料拌合用量

根據(jù)上述混凝土配合比設(shè)計(jì)說明及抗?jié)B混凝土初步配合比步驟計(jì)算出的拌制一個(gè)水灰比，將此水灰比作為基準(zhǔn)水灰比,基準(zhǔn)水灰比±0.05,可得到3個(gè)不相同的水灰比，見表3。可分為：

1組：基準(zhǔn)水灰比+0.05(水灰比即為0.50);2組：基準(zhǔn)水灰比0.45;3組：基準(zhǔn)水灰比-0.05(水灰比即為0.40)。

再根據(jù)表3各組的配合比稱量出所需拌制抗?jié)B混凝土制作試件所需材料用量，按照每組水灰比制作6個(gè)圓臺(tái)形試件，每個(gè)試件的尺寸均為175 mm×185 mm×150 mm，一共18試件。試件成型1 d后脫模，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生條件下養(yǎng)護(hù)28 d，養(yǎng)護(hù)完成后進(jìn)行抗?jié)B試驗(yàn)，檢驗(yàn)混凝土的抗?jié)B等級(jí)是否達(dá)到要求。

3.4 抗?jié)B混凝土制作與養(yǎng)護(hù)

1)主要試驗(yàn)儀器。

a.振動(dòng)臺(tái)。標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)，頻率每分鐘3 000次±200次，負(fù)荷下的振幅為0.35 mm,空載時(shí)的振幅為0.5 mm；平板振動(dòng)機(jī)，功率一般為1.1 kW。

b.試模?？?jié)B混凝土試模為175 mm×185 mm×150 mm圓臺(tái)形試模。

2)試驗(yàn)方法。

a.準(zhǔn)備工作。取出新拌合的混凝土拌合物代表樣，認(rèn)為品質(zhì)合格后，即開始制作試件。在制作試件時(shí)，須在拌合后15 min內(nèi)裝入試模并在45 min內(nèi)成型完畢。

b.試件成型。在3組不同的水灰比下，每組試件為6個(gè)，共18個(gè)試件。試件抹面與試模邊緣高差不得大于0.5 mm。

c.試件養(yǎng)護(hù)。試件成型后1 d拆模，在室溫20 ℃±5 ℃,相對(duì)濕度在95%以上，試件宜放在鐵架或木架上，間隔至少10 mm～20 mm，避免用水直接沖淋,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期為28 d。

4 混凝土抗?jié)B性試驗(yàn)

4.1 抗?jié)B儀試驗(yàn)原理

混凝土抗?jié)B儀試驗(yàn)原理是壓力傳感器可自動(dòng)加壓升高水壓力，從而檢測液體滲透過混凝土的程度。

4.2 抗?jié)B性試驗(yàn)步驟

1)試件養(yǎng)生到期，取出擦干并刷凈兩端面，待干燥后在試件側(cè)面滾涂一層密封材料，然后馬上壓入預(yù)熱好的試模中，必須將試件底面和試模平齊，等試模冷卻后就解除壓力，接著裝在滲透儀上進(jìn)行抗?jié)B試驗(yàn)檢測。

2)進(jìn)行抗?jié)B試驗(yàn)檢測時(shí)，起始水壓力是0.2 MPa，每隔8 h就自動(dòng)增加水壓力0.1 MPa，同時(shí)認(rèn)真觀察試件表面情況，持續(xù)加壓到6個(gè)試件中有3個(gè)試件表面滲出水，記錄好此時(shí)的水壓力就停止試驗(yàn)。若試驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)試件周邊滲出水,應(yīng)立即停止試驗(yàn)重新密封試件。

3)若加壓水壓力達(dá)到設(shè)計(jì)抗?jié)B標(biāo)號(hào)，經(jīng)過8 h后第3個(gè)試件表面仍沒有水滲出，此時(shí)證明混凝土滿足抗?jié)B設(shè)計(jì)要求，即可停止抗?jié)B檢測。

4)取出表面沒有滲出水的試件，將試件劈裂并測定滲水高度。

4.3 抗?jié)B性結(jié)果計(jì)算

混凝土抗?jié)B標(biāo)號(hào)等級(jí)一般分為：S2,S4,S6,S8,S10,S12。

抗?jié)B標(biāo)號(hào)按下式計(jì)算：

S=10H-1。

其中，S為混凝土抗?jié)B標(biāo)號(hào)；H為第三個(gè)試件表面開始有滲水時(shí)的水壓力，MPa。

4.4 試驗(yàn)過程

第1組C30抗?jié)B混凝土試件，其水灰比為0.50，當(dāng)?shù)谌齻€(gè)試件表面滲水時(shí)的壓力為0.8 MPa，其抗?jié)B標(biāo)號(hào)為S7。

第2組C30抗?jié)B混凝土試件，其水灰比為0.45，當(dāng)?shù)谌齻€(gè)試件表面滲水時(shí)的壓力為1.1 MPa，其抗?jié)B標(biāo)號(hào)為S10。

第3組C30抗?jié)B混凝土試件，其水灰比為0.40，當(dāng)?shù)谌齻€(gè)試件表面滲水時(shí)的壓力為1.3 MPa，其抗?jié)B標(biāo)號(hào)為S12，且劈裂后可量出它們的平均滲水高度為2.6 cm。

5 試驗(yàn)結(jié)果與分析

5.1 試驗(yàn)檢測結(jié)果

根據(jù)混凝土的抗?jié)B試驗(yàn)測出三組試件的試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 混凝土抗?jié)B標(biāo)號(hào)結(jié)果

5.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)表4試驗(yàn)結(jié)果可以分析得出：

1)當(dāng)基準(zhǔn)水灰比為0.45時(shí)，抗?jié)B標(biāo)號(hào)為S10，劈裂后混凝土的平均滲水高度為4.4 cm；當(dāng)水灰比為0.50時(shí)，抗?jié)B標(biāo)號(hào)為S7，劈裂后混凝土的平均滲水高度為7.1 cm；當(dāng)水灰比為0.40時(shí)，抗?jié)B標(biāo)號(hào)為S12，劈裂后混凝土的平均滲水高度為2.6 cm。

2)根據(jù)試驗(yàn)我們可以看出,當(dāng)把混凝土劈裂后發(fā)現(xiàn)滲水的最高部位往往是有大粒徑粗集料的地方，硬化后的水泥漿體部位滲水高度相對(duì)更低。

3)混凝土的抗?jié)B能力主要取決于其內(nèi)部膠結(jié)作用和內(nèi)部漿體與集料的密實(shí)性，水灰比逐漸增大，混凝土的內(nèi)部膠結(jié)和密實(shí)性都降低。

6 結(jié)語

1)水灰比對(duì)混凝土孔隙大小與數(shù)量起決定作用，直接影響混凝土密實(shí)程度。水灰比越小，混凝土密實(shí)性越高，抗?jié)B性及強(qiáng)度越高。反之，水灰比過大，混凝土抗?jié)B性也隨之降低。

2)水灰比過大時(shí)，用水量太多，水泥在水化過程中，會(huì)在混凝土中留下大量的孔隙，同時(shí)孔隙相互貫通，使混凝土結(jié)構(gòu)抗?jié)B性能降低。

[1] JTG E42—2005,公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[2] JGJ 55—2011,普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

[3] TZ 204—2008,鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[Z].

The comparison impermeability performance influence of water cement ratio in secondary lining of Baihua mountain tunnel

Li Congde

(YunnanJiaotongVocationalTechnicalInstitute,Kunming650500,China)

Combining with the secondary lining engineering example of Baihua mountain tunnel of Wuyi hignway, taking the anti permeability label method as measurement method, water cement ratio as variables, age and extravasation material as measurement, this paper analyzed the influence of C30 concrete to impermeability under different water cement ratio, pointed out that the water cement ratio was the most important factor of concrete impermeability performance.

concrete water， cement ratio, impermeability, durability

1009-6825(2017)13-0162-03

2017-03-01

李從德(1972- ),男，副教授，高級(jí)工程師

U451.4

A