軀隧道混凝士性能研究

王拓新

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，眾多交通線路也在不斷完善。由于我國(guó)緯度跨度較大存在大量氣候嚴(yán)寒的區(qū)域，在我國(guó)青藏高原和東北北部地區(qū)進(jìn)行寒區(qū)隧道的修建必不可少。在眾多高緯度嚴(yán)寒地區(qū)，具有充足的地下水，修建隧道的過(guò)程中容易出現(xiàn)開(kāi)裂、漏水等凍害。本試驗(yàn)根據(jù)我國(guó)工程抗凍、外加劑種類摻量等相關(guān)要求檢驗(yàn)，確保寒區(qū)隧道施工技術(shù)滿足工程需求，設(shè)計(jì)合理的初步配合比，確定原材料運(yùn)輸及施工過(guò)程中的保溫防凍措施。通過(guò)試件的抗壓檢測(cè)實(shí)際強(qiáng)度，并合理評(píng)價(jià)工程中抗防凍技術(shù)。結(jié)果表明，通過(guò)有效的寒區(qū)隧道抗防凍施工技術(shù)，取得了較為優(yōu)良的混凝土抗防凍效果，在保證工程質(zhì)量的同時(shí)，對(duì)類似工程具有指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：寒區(qū)隧道;混凝土抗防凍;施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：U451+.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2020）07-0122-05

眾所周知，我國(guó)大量隧道維持結(jié)構(gòu)的主體部分由混凝土或者鋼筋混凝土組成。由于混凝土自身具有脆性等特點(diǎn)，環(huán)境溫度對(duì)實(shí)際混凝土的施工質(zhì)量存在較為明顯的影響。研究寒區(qū)隧道的抗防凍施工技術(shù)首先就需要考慮實(shí)際施工環(huán)境中混凝土的凍害。根據(jù)我國(guó)混凝土施工的相關(guān)規(guī)定，當(dāng)施工期日平均氣溫連續(xù)在5C以下或者最低氣溫連續(xù)低于-3時(shí)，混凝土的施工過(guò)程進(jìn)入冬季施工狀態(tài)。與常溫施工相比，混凝土在溫度低于5C時(shí)出現(xiàn)明顯的強(qiáng)度緩增情況，當(dāng)氣溫低于混凝土的液相冰點(diǎn)時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在的少量水分出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，產(chǎn)生一定的體積增量，對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，最終形成了寒區(qū)混凝土的凍害?，F(xiàn)階段，我國(guó)已經(jīng)有突破性的成功修建青藏鐵路，在寒區(qū)隧道施工過(guò)程中取得了一定的突破，但是關(guān)于寒區(qū)隧道混凝土的抗防凍性能等研究仍處于初步發(fā)展的階段，實(shí)際施工過(guò)程中，可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)較少。因此，該研究嘗試用實(shí)踐研究的方式，探討在寒區(qū)混凝土中加入RSD外加劑后對(duì)混凝土抗壓和抗凍性能的影響。

試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)材料

1.1.1水泥

本試驗(yàn)中考慮產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性選擇牙克石蒙西水泥有限公司提供的水泥，水泥的標(biāo)號(hào)為P042.5級(jí)，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中運(yùn)距約為120km。水泥的各項(xiàng)指標(biāo)如表1所示。

1.1.2粗骨料

本試驗(yàn)中采取的粗集料主要是由臨近項(xiàng)目博克圖隧道中獲取的碎石，經(jīng)過(guò)碎石場(chǎng)加工最終制得，粗集

料星現(xiàn)連續(xù)級(jí)配，其基本的指標(biāo)如表2所示。

1.1.3細(xì)骨料

本試驗(yàn)中采取的細(xì)集料主要是富拉爾基河砂生產(chǎn)場(chǎng)供應(yīng)的富拉爾基產(chǎn)河沙，關(guān)于本次試驗(yàn)中采取的細(xì)集料，具備的各項(xiàng)指標(biāo)如表3所示。

1.1.4外加劑

根據(jù)本次試驗(yàn)實(shí)際的施工情況，想要提升整體混凝土施工質(zhì)量，盡可能的降低混凝土凍害的可能性，本試驗(yàn)根據(jù)不同種類外加劑的效果和經(jīng)濟(jì)性，最終優(yōu)選防水劑和早強(qiáng)防凍劑分別為我國(guó)內(nèi)蒙古榮升達(dá)企業(yè)中RSD-7和RSD-3外加劑。

在使用過(guò)程中，本次試驗(yàn)選取RSD-7高效防水劑根據(jù)生產(chǎn)方推薦的摻量應(yīng)該為2%～4%，試驗(yàn)中需要的早強(qiáng)防凍劑RSD-3根據(jù)生產(chǎn)方提供的添加方案，在-15C施工條件中應(yīng)用2%～5%較為合理。在本次試驗(yàn)中根據(jù)實(shí)際的需求和不同外加劑摻量對(duì)比之后確定工程中應(yīng)用RSD-7的用量為2.4%，RSD-3的用量為2.5%，能夠確保混凝土基本工作性能的同時(shí)，滿足抗凍等級(jí)要求和在-15C條件下的基本施工要球。

1.2寒區(qū)隧道混凝土配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)我國(guó)隧道混凝土施工和相關(guān)工程抗防凍設(shè)計(jì)的基本要求顯示，在隧道區(qū)域的混凝土應(yīng)該至少具有40MPa的抗壓強(qiáng)度，同時(shí)確保結(jié)構(gòu)具有S8抗?jié)B等級(jí)，基礎(chǔ)的混凝土坍落度應(yīng)該處于180-～220mm范圍之內(nèi)。

1.2.1初步配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)我國(guó)在2009年發(fā)布的關(guān)于《普通水泥混凝上配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行混凝土配合比的初步設(shè)計(jì)，其中每立方材料的基礎(chǔ)用量為：膠凝材料水泥398kg，細(xì)骨料砂809kg，粗骨料石1072kg，水171kg，外加劑中防水劑用量為0.024kg，防凍劑用量為0.025kgo

1.2.2試拌調(diào)整提出基準(zhǔn)配合比

在實(shí)驗(yàn)室中與施工階段采取相同的拌合方式，并且一次拌合量約為35L。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行的混凝土和易性調(diào)試實(shí)驗(yàn)最終確定了施工過(guò)程中應(yīng)用的基本配合比。在進(jìn)行試驗(yàn)中混凝土強(qiáng)度檢測(cè)的時(shí)候通過(guò)三組不同的配合比進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，其中以確定的基準(zhǔn)配合比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別將另外兩組水灰比進(jìn)行0.05幅度的增減，砂率分別進(jìn)行1%的增減，制備混凝土試件。

第1組膠凝材料水泥15.75kg，細(xì)骨料砂26.88kg，粗骨料石37.135kg，水5.985kg，防水劑0.378kg，防凍劑0.394kg，基準(zhǔn)的水灰比為0.38，實(shí)驗(yàn)中確定的砂率為42%;

第2組膠凝材料水泥13.93kg，細(xì)骨料砂28.315kg，粗骨料石37.52kg，水5.985kg，防水劑0.334kg，防凍劑0.348kg，基準(zhǔn)的水灰比為0.43，實(shí)際的砂率為43%;

第3組膠凝材料水泥12.46kg.細(xì)骨料砂29.61kg，粗骨料石37.695kg，水5.985kg，防水劑0.229kg，防凍劑0.312kg，基準(zhǔn)的水灰比為0.48，實(shí)際的砂率為44%。

2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

由于本次工程應(yīng)用處于我國(guó)西北地區(qū)為博克圖隧道工程，冬季嚴(yán)寒氣候時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)實(shí)際的工程質(zhì)量和進(jìn)度存在明顯的影響。為了確保工程在冬季施工的時(shí)候避免出現(xiàn)明顯的凍害，降低工程質(zhì)量，在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)的時(shí)候盡可能的減少用水量，同時(shí)也需要確保原材料在施工過(guò)程中的基本保溫。

2.1原材料運(yùn)輸及供應(yīng)

為了確保工程冬季施工過(guò)程中擁有充足的原材料，需要在人冬前進(jìn)行碎石生產(chǎn)等，并且將備料廠通過(guò)帆布覆蓋。關(guān)于原材料的儲(chǔ)存保溫在施工區(qū)域設(shè)置六個(gè)基本的砂石倉(cāng)庫(kù)，通過(guò)常壓鍋爐和熱力管道進(jìn)行供暖和保溫。在進(jìn)行備料廠建造的時(shí)候充分考慮砂石保溫的需求，在地面下設(shè)了預(yù)埋管道的地溝。在混凝土拌合的過(guò)程中通過(guò)多組暖氣片進(jìn)行封閉供暖，避免砂石等原材料溫度過(guò)低產(chǎn)生相應(yīng)的設(shè)備損失，通過(guò)溫度計(jì)進(jìn)行不同部位溫度監(jiān)測(cè)。

2.2澆筑過(guò)程保溫

為了能夠確保施工過(guò)程中隧道內(nèi)保持正常的施工溫度和基本環(huán)境，本試驗(yàn)在靠近隧道洞口的位置安裝保溫門，兩道保溫門的間隔約為15m，基本的制作方法如下：

在隧道洞口部分澆筑尺寸為50cmX5Ocm的C30混凝土基礎(chǔ)，并且在混凝土基礎(chǔ)前后2m的范圍之內(nèi)鋪設(shè)便于交通的碎石形成斜坡。同時(shí)在建設(shè)基礎(chǔ)的時(shí)候需要預(yù)埋后期的保溫用管，采取套管的形式，兩個(gè)套管之間間距為lm，不同的套管之間通過(guò)蝴蝶扣的方式進(jìn)行連接，并且打膨脹螺栓，通過(guò)剪刀撐固定鋼管架。門框的示意圖1如下。

根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用過(guò)程中的情況，在工程隧道中增加適當(dāng)?shù)呐瘹馄峁崃浚瑧?yīng)用中的暖氣片數(shù)量由供需平衡計(jì)算的熱量確定。

公式（1）中Q為計(jì)算熱量值，C為工程隧道中的空氣比熱，取值1KJ/（kg.C），m就是隧道中每單位長(zhǎng)度的空氣質(zhì)量（kg），△t代表施工過(guò)程中的溫差。根據(jù)測(cè)定發(fā)現(xiàn)隧道工程中每單位長(zhǎng)度的空氣質(zhì)量為129.46kg。根據(jù)供需平衡計(jì)算出每片暖氣片能夠在30min內(nèi)提供3307.5KJ，實(shí)際工程中每單位長(zhǎng)度需要1.6片暖氣片。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1溫度監(jiān)測(cè)

為了能夠確?；炷猎趪?yán)寒地區(qū)施工過(guò)程中具有正常的原材料、拌合、澆筑、養(yǎng)護(hù)溫度，需要進(jìn)行溫度的監(jiān)測(cè)，合理調(diào)整保溫措施的加熱頻率，提高能源利用率。

通過(guò)圖2能夠清晰顯示施工階段隧道外部環(huán)境從10月開(kāi)始到次年4月每日最低溫度的變化趨勢(shì)。通過(guò)圖3能夠顯示該時(shí)間段內(nèi)儲(chǔ)備原材料料倉(cāng)中的加熱情況，以及原材料加熱的最低溫度曲線。

根據(jù)圖3可以發(fā)現(xiàn)隧道工程砂石材料由于備料倉(cāng)增加了一定的保溫措施，能夠確保原材料的基本使用溫度，說(shuō)明通過(guò)鍋爐加熱以及管道鋪設(shè)的方式進(jìn)行原材料的供暖具有優(yōu)良的效果。

通過(guò)圖4能夠顯示隧道工程施工期間整個(gè)混凝土拌合站中的基本溫度變化情況，通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)中的混凝土拌合站平均溫度高于0C。圖5主要反映了施工階段中隧道內(nèi)部10m、100m和200m處基本環(huán)境的溫度變化情況，由圖中曲線的變化可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)隧道中混凝土鋪設(shè)的深度逐漸增加，溫度也呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，并且在施工過(guò)程中，隧道內(nèi)部不同區(qū)域的溫度均比預(yù)計(jì)的最低溫度更高，說(shuō)明通過(guò)在隧道施工過(guò)程中設(shè)定保溫門進(jìn)行隔熱，并且增加暖氣片的方式能夠有效的確?；炷K季的正常施工。

3.2混凝土強(qiáng)度

根據(jù)混凝土強(qiáng)度的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，本項(xiàng)目通過(guò)在混凝土澆筑點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)取樣，制作標(biāo)養(yǎng)試件3組和同養(yǎng)試件3組，分別測(cè)定抗壓強(qiáng)度，如表4、表5所示。

3.3混凝土抗凍性能

本項(xiàng)目通過(guò)隧道工程中澆筑的混凝土取樣制備100mmX100mmX400mm棱柱體混凝土試件，養(yǎng)護(hù)28d在齡期前4d浸泡于飽和石灰水中進(jìn)行凍融試驗(yàn)。繪制混凝土質(zhì)量損失與動(dòng)彈性模量與混凝土凍融循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系曲線，分別為圖6和圖7所示。

3.4混凝土抗?jié)B性

將現(xiàn)場(chǎng)取樣的時(shí)間養(yǎng)護(hù)后擦凈表面水漬，通過(guò)鋼絲固定端面，涂覆一層密封材料，利用螺旋加壓器壓入烘箱中與試模底部平齊，裝入滲透儀進(jìn)行檢測(cè)，具體結(jié)果如表6所示。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)工程應(yīng)用實(shí)踐，明確了在寒區(qū)隧道施工技術(shù)中通過(guò)以下3種方式能夠有效進(jìn)行混凝土抗防凍施工：①在混凝土中增加高效的防水劑和防凍劑;②合理設(shè)計(jì)混凝土配合比;③確保施工階段、養(yǎng)護(hù)等階段混凝土原材料的保溫工作。

通過(guò)對(duì)混凝土溫度、強(qiáng)度、抗?jié)B性和抗凍性的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)通過(guò)以上3種處理方式能夠有效避免混凝土凍害的產(chǎn)生。期待在日后的寒區(qū)混凝土施工過(guò)程中，能夠研制出適用范圍更廣的外加劑，操作更加簡(jiǎn)便的保溫措施。

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