特長水工隧洞襯砌混凝土配合比的優(yōu)化探討

王琦懿 屈奚敏

【摘要】隧洞建設(shè)中，砼（混凝土）襯砌關(guān)系著施工工期及質(zhì)量，在特長隧道中起到了重要作用。本文詳細(xì)介紹了特長水工隧洞襯砌砼配合比的具體內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】特長水工隧道；砼襯砌；配合比；優(yōu)化分析

伴隨輸調(diào)水項目的不斷增加，水工隧洞的工藝技術(shù)及工法在水利項目領(lǐng)域取得了顯著發(fā)展。隧道襯砌砼質(zhì)量也伴隨砼材料、工藝方法的進(jìn)步不斷提升。襯砌質(zhì)量屬于隧洞質(zhì)量優(yōu)劣的關(guān)鍵標(biāo)志，經(jīng)利用重大鋼模臺車與配套的砼運(yùn)送車、澆注機(jī)械和檢驗設(shè)備，選擇最佳的砼材料、規(guī)范的配合比，這樣可以提升襯砌砼的內(nèi)部質(zhì)量及外觀。

1、隧洞襯砌砼設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

施工標(biāo)準(zhǔn)：隧洞襯砌砼要有很大的流動性、可泵性高、施工過程不得堵管，要具備良好的泌水性、粘合性、和易性，沉降度要控制在12-18cm。

強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)：通常水灰比和強(qiáng)度是反比關(guān)系，所以，在確定配合比時，不僅要考慮施工標(biāo)準(zhǔn)，還要兼顧強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)濟(jì)需求：確定配合比時，需要兼顧經(jīng)濟(jì)利益，在強(qiáng)度和施工都符合要求的基礎(chǔ)上，盡可能削減水泥數(shù)量。

2、砼材料篩選

水泥：根據(jù)國家《鋼筋砼結(jié)構(gòu)項目建設(shè)與驗收規(guī)定》要求，泵送砼的最少水泥用量是300kg/m3。水泥品種會影響砼拌合料的可泵性，通常選擇硅酸鹽水泥，一般硅酸鹽水泥最好。

骨料：粗細(xì)骨料的等級、粒徑以及形狀對砼拌合料的可泵性有嚴(yán)重影響。當(dāng)以碎石用作粗骨料時，它的最大粒徑和輸送管比例盡量小于1：3（泵送高程<50m），粗骨料要采取持續(xù)級配，針片狀顆粒數(shù)量不能超過10%；細(xì)骨料要選擇中砂，粒徑小于0.316mm的細(xì)骨料占有的比例要>15%，盡量達(dá)到20%。

拌合物：當(dāng)泵送砼內(nèi)水泥用量不多或細(xì)骨料內(nèi)透過0.316mm孔口的顆粒不足15%時，加入粉煤灰很合適。

泵送砼內(nèi)的添加劑：主要包括降水劑、引氣劑，針對大體積砼結(jié)構(gòu)，為避免出現(xiàn)收縮裂縫，也能加入適當(dāng)?shù)呐蛎泟┡c緩凝劑。

3、泵送C25砼配合比計量

3.1估算大致配合比

砼配備強(qiáng)度Fcu，0=33.226MPa。

明確水灰比W/C：選擇P.042.5級水泥，根據(jù)統(tǒng)計信息，水泥強(qiáng)度Fce=52.6MPa，粗骨料選擇碎石時，回歸指標(biāo)αa=0.47， αb=0.07，那么W/C1=αaFce/（Fcu，0+ αaFce）；當(dāng)粗骨料選擇卵石時，那么回歸指標(biāo) αa=0.47， αb=0.34，那么W/C2=αaFce/（Fcu，0+ αaFce）[1]。按照砼的最大水灰比與最小水泥含量表，確定W/C=0.55。

明確用水量W0與坍落度：細(xì)骨料選擇中砂，按照塑性砼的用水量表，設(shè)置拌合料坍落度是17cm，則用水量是215千克；加入引氣降水劑時砼用水量W0=176.3千克?？紤]砼入泵過程的坍落度是10-14cm，砼經(jīng)時坍落度消耗值0.5-2.5cm（加入粉煤灰與降水劑，經(jīng)時1小時；氣溫10℃-20℃），因此確定拌合料坍落度是17cm。

計量水泥含量C0：按照砼的最大水灰比與最小水泥含量表，處在水下且受到凍害與高濕溫且受到凍害的鋼筋砼最小水含量要求是280千克，通過計量得知，C0=W0/（W/C）=321千克，所以水泥用量滿足規(guī)定。

明確砂率Sp：結(jié)合砼的砂率標(biāo)準(zhǔn)，針對中砂，最大粒徑是4cm的碎石，當(dāng)水灰比是0.55時，砂率值的確定，根據(jù)插入法計算大概是30-39%，泵送砼規(guī)定砂率是35-45%，砂內(nèi)0.316mm之下含量超過20%，因此確定砂率是35%。計量砂S0、石G0含量：采取體積法計量，通過計量得知，S0=696千克，G0=1293千克。結(jié)合上述估算，獲得測試配合比C0=320千克，W0=176千克，S0=696千克，G0=1293千克。

3.2試驗調(diào)節(jié)，明確實驗室配合比

驗證和易性，明確基準(zhǔn)配合比：①量取30L砼拌合料所需原料，水泥9.63千克，水5.28千克，砂20.89千克，碎石38.78千克，降水劑0.096千克。②拌制砼拌合料，測試和易性，檢查粘聚性和保水性都良好，但坍落僅有6cm左右，較規(guī)定的坍落度小，要適當(dāng)加大用水量（水灰比固定），檔加入30.3%的用水量和水泥引氣降水劑后，坍落度是14.8cm，不滿足要求[2]。實測砼的體積密度ρ是2470kg/m3。③通過檢驗，矯正和易性后，試拌物用量分別是：水泥12.5千克、水6.78千克、砂20.88千克、0.5-1cm碎石8.65千克、1-2cm碎石14.93千克、2-4cm碎石15.21千克、引氣降水劑0.125千克。拌合物總量Qb=79.164千克，通過實測砼的體積密度ρc，t=2470kg/m3。

明確實驗室配合比：配備三類不同水灰比的砼，并生產(chǎn)三組樣本。一組水灰比是0.55，其他兩組水灰比分別是0.5和0.6。樣本通過標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天，開展強(qiáng)度測試、防漏測試、防凍測試，獲得各配合比砼樣本的強(qiáng)度分別是36.7MPa、39.2MPa、34.5MPa。通過強(qiáng)度測試、防漏測試、防凍測試，選擇水灰比是0.55的基準(zhǔn)配合比用作實驗室配合比。

結(jié)合經(jīng)驗選取的含有粉煤灰砼配合比：通過調(diào)整后獲得基準(zhǔn)配合比砼的原材料數(shù)量是：水泥356kg/m3、砂649kg/m3、0.5-4cm碎石1206kg/m3、攪拌水197kg/m3、二級粉煤灰64kg/m3、高效降水劑4.27kg/m3。配備三類不同水灰比的砼，并生產(chǎn)三組樣本[3]。一組水膠比是0.47，其他兩組水膠比是0.42和0.52。樣本通過標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天展開強(qiáng)度測試、防滲測試、防凍測試，獲得各配合比砼樣本的強(qiáng)度分別是41.2MPa、46.1MPa、35.2MPa。通過強(qiáng)度測試、防滲測試、防凍測試，選擇水膠比是0.47的標(biāo)準(zhǔn)配合比用作實驗室配合比。

結(jié)語：

以上配合比設(shè)置，成功用在實際項目中，保障了隧洞質(zhì)量，符合工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，為提高襯砌砼質(zhì)量提供了大量經(jīng)驗。但不同的項目，其材料、工藝方法、外部環(huán)境的差異，會影響砼配合比的篩選，為此，要結(jié)合工程特征，選取恰當(dāng)?shù)呐浜媳?，以迎合工程需要?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1]羅毅.特長水工隧洞襯砌混凝土配合比的優(yōu)化研究[J].中國農(nóng)村水利水電，2018（11）：179-182+187.

[2]李飛.特長水工隧洞自動化系統(tǒng)集成防雷保護(hù)探析[J].東北水利水電，2015，33（05）：68-70.

[3]仇延林，侯文明.水工隧洞襯砌混凝土配合比設(shè)計及應(yīng)用[J].水利水電技術(shù)，2013，44（02）：99-101.