姚保新

(中鐵十一局五公司 中南通道項(xiàng)目部，重慶 400000)

特長(zhǎng)隧道耐久性混凝土配合比設(shè)計(jì)及施工控制

姚保新

(中鐵十一局五公司 中南通道項(xiàng)目部，重慶 400000)

南呂梁山特長(zhǎng)隧道施工中斷面小、物料運(yùn)輸難度大、泵送管道長(zhǎng)、通風(fēng)差，每節(jié)襯砌混凝土均為大體積混凝土，養(yǎng)護(hù)困難，對(duì)襯砌混凝土耐久性要求高。在分析各種原材料性能的基礎(chǔ)上，對(duì)威頓、吉港、冀東3種水泥進(jìn)行耐久性混凝土配制試驗(yàn)，比選結(jié)果表明采用威頓P．O42.5水泥配制的混凝土性能較優(yōu)，并從拌合、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)、脫模5個(gè)工序闡述了耐久性混凝土的質(zhì)量控制要點(diǎn)。

南呂梁山特長(zhǎng)隧道 粉煤灰 耐久性混凝土 配合比

1 工程概況

山西中南部鐵路通道為國(guó)內(nèi)首條重載鐵路，是國(guó)家“十一五”重點(diǎn)工程與大能力運(yùn)煤通道建設(shè)項(xiàng)目。南呂梁山特長(zhǎng)隧道位于山西省臨汾市境內(nèi)，為全線(xiàn)第一長(zhǎng)隧、一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道、全線(xiàn)三大重難點(diǎn)控制性工程，號(hào)稱(chēng)集煤窯采空區(qū)、突泥涌水、高瓦斯、大斷層于一體的“地質(zhì)博物館”。設(shè)計(jì)為雙洞單線(xiàn)隧道，線(xiàn)間距為30 m。施工現(xiàn)場(chǎng)斷面小、物料運(yùn)輸難、泵送管道長(zhǎng)、通風(fēng)差、養(yǎng)護(hù)難、突發(fā)事件多。

隧道襯砌耐久性混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為 C25，C30，C35，根據(jù)施工節(jié)段的劃分，每節(jié)襯砌混凝土均為大體積混凝土，特別是洞口處和風(fēng)機(jī)段處配筋很密。這就要求混凝土必須具有高施工性能、高力學(xué)性能和高耐久性能。為了配制符合要求的混凝土，選擇3個(gè)品牌的P．O42.5水泥進(jìn)行了耐久性混凝土的配制試驗(yàn)，進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)比，達(dá)到優(yōu)中選優(yōu)的目的。

2 南呂梁山特長(zhǎng)隧道襯砌耐久性混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.1 配合比設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

隧道襯砌耐久性混凝土配合比設(shè)計(jì)主要以《鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB 10417—2003)、《鐵路混凝土施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB 10424—2010)、《鐵路混凝土施工技術(shù)指南》(鐵建設(shè)［2010］241號(hào))、設(shè)計(jì)圖紙等為指導(dǎo)規(guī)范。嚴(yán)格遵守規(guī)范和圖紙中相應(yīng)條款的規(guī)定，按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ 55—2011)的設(shè)計(jì)步驟和要求，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)選配，力求兼顧耐久性、可施工性和經(jīng)濟(jì)性。

2.2 試驗(yàn)用原材料

1)水泥

對(duì)威頓、吉港、冀東3家水泥生產(chǎn)廠(chǎng)家生產(chǎn)的P．O 42.5號(hào)水泥分別取樣進(jìn)行試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 水泥檢測(cè)結(jié)果

由表1可見(jiàn)，3種水泥的細(xì)度和水化熱水平相當(dāng)，均能滿(mǎn)足配制耐久性混凝土的要求。

2)砂

砂采用山西堤村砂廠(chǎng)生產(chǎn)的河砂，其性能檢測(cè)結(jié)果如表2所示。該砂屬中砂，為非活性集料。

3)碎石

碎石采用本地福星石廠(chǎng)生產(chǎn)的石灰?guī)r碎石，其性能檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

該碎石符合5.0～31.5 mm連續(xù)級(jí)配，為非活性骨料。

表2 砂的性能檢測(cè)結(jié)果

4)粉煤灰

粉煤灰采用山西霍州電廠(chǎng)生產(chǎn)的F類(lèi)Ⅰ級(jí)粉煤灰(兆電牌)，其性能檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

表4 粉煤灰的性能檢測(cè)結(jié)果 %

5)外加劑

外加劑選用山西康特爾精細(xì)化工有限公司生產(chǎn)的KTPCA高性能減水劑，其性能指標(biāo)如表5所示。

表5 外加劑的性能指標(biāo)

2.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

對(duì)3個(gè)品牌的P．O42.5水泥進(jìn)行耐久性混凝土配制試驗(yàn)，結(jié)果如表6～表8所示。

表6 威頓水泥配合比試驗(yàn)結(jié)果

表7 吉港水泥配合比試驗(yàn)結(jié)果

表8 冀東水泥配合比試驗(yàn)結(jié)果

由表6～表8可見(jiàn):

1)摻加粉煤灰會(huì)使混凝土的早期強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，因此對(duì)于早期強(qiáng)度有要求的預(yù)應(yīng)力混凝土可減少粉煤灰摻量，對(duì)于使用硅酸鹽水泥的混凝土粉煤灰摻量不宜大于10%。

2)摻加粉煤灰后，混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)期變長(zhǎng)，28 d后強(qiáng)度仍有較大增長(zhǎng)。在合理的摻量范圍內(nèi)，摻粉煤灰的混凝土56 d強(qiáng)度要大于空白組。對(duì)于C40以下使用普通硅酸鹽水泥的混凝土，粉煤灰摻量控制在25%之內(nèi)，其配制強(qiáng)度均能達(dá)到試配強(qiáng)度的要求(試配強(qiáng)度按規(guī)范要求不低于強(qiáng)度等級(jí)的1.15倍)。

3)坍落度和擴(kuò)展度試驗(yàn)結(jié)果顯示，混凝土和易性隨著粉煤灰摻量的增加而變好。在粉煤灰摻量占膠凝材料總量25%的條件下，混凝土的和易性均很好，有利于混凝土的泵送和振搗。對(duì)比而言，表8中混凝土的和易性稍差，說(shuō)明外加劑與水泥的適應(yīng)性較差，可通過(guò)增加用水量和外加劑用量的方法加以解決。

4)通過(guò)倒坍落度桶法測(cè)混凝土流下時(shí)間用以判斷混凝土的黏滯性。從試驗(yàn)結(jié)果看，在合理的摻量范圍內(nèi)，隨著粉煤灰摻量的增加其流下時(shí)間變長(zhǎng)，說(shuō)明混凝土的黏滯性越好，混凝土的均勻性越好;要想保持良好的可泵性，流下時(shí)間控制在10～40 s范圍內(nèi)比較合適。

3 南呂梁山特長(zhǎng)隧道襯砌混凝土耐久性分析

由上節(jié)可知，威頓水泥和吉港水泥的性能優(yōu)于冀東水泥。本著經(jīng)濟(jì)節(jié)約、就地取材的原則，最終決定選用威頓P．O42.5水泥作為供應(yīng)水泥，并對(duì)混凝土的耐久性進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明:適量摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰可以減少混凝土的干縮。摻加20%粉煤灰的混凝土28 d干縮率比空白混凝土減少27%?；炷恋目?jié)B性隨粉煤灰摻量的增加而提高，摻加25%粉煤灰的混凝土，在相同抗?jié)B壓力下其滲水高度只有空白混凝土的51%。粉煤灰摻量在30%以?xún)?nèi)時(shí)混凝土具有較好的抗凍性，混凝土的碳化深度均不大，28 d的碳化深度不大于6 mm，56 d不大于7 mm(標(biāo)準(zhǔn)條件下碳化28 d相當(dāng)于大氣條件下碳化50年)，對(duì)鋼筋能起到較好的保護(hù)作用。摻加30%的粉煤灰可有效地抑制堿骨料反應(yīng)，粉煤灰摻量越大對(duì)抑制堿骨料反應(yīng)的效果越明顯。

4 南呂梁山特長(zhǎng)隧道襯砌耐久性混凝土施工控制要點(diǎn)

南呂梁山特長(zhǎng)隧道斷面窄、暗險(xiǎn)多、物流運(yùn)輸難，要想保證襯砌耐久性混凝土施工，必須從源頭抓起，重視各個(gè)工序，節(jié)節(jié)把關(guān)。

1)混凝土拌合控制要點(diǎn)

①混凝土拌合必須保證計(jì)量器具的精度，嚴(yán)格按照試驗(yàn)室所出具的施工配料單進(jìn)行計(jì)量生產(chǎn);②混凝土生產(chǎn)要嚴(yán)格遵守投料順序，充分?jǐn)嚢柚辆鶆颉?/p>

2)混凝土運(yùn)輸控制要點(diǎn)

①罐車(chē)投入使用前，應(yīng)認(rèn)真檢查罐車(chē)內(nèi)是否存留有積水，是否留有其他強(qiáng)度等級(jí)混凝土。②在運(yùn)輸混凝土過(guò)程中，宜以3～4 r/min的轉(zhuǎn)速攪動(dòng)。當(dāng)攪拌運(yùn)輸車(chē)到達(dá)澆筑現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)30～40 s后再將混凝土拌合物喂入泵車(chē)受料斗或混凝土攪拌斗中。③混凝土運(yùn)輸過(guò)程中，嚴(yán)禁私自加水。④泵送混凝土前，應(yīng)先用水泥漿或用同水灰比的水泥砂漿通過(guò)管道，使管壁潤(rùn)滑。泵送混凝土?xí)r，泵的受料斗內(nèi)應(yīng)時(shí)刻保持有足夠的混凝土，避免吸入空氣，造成阻塞。⑤嚴(yán)禁隨意向輸送泵受料斗加水，嚴(yán)禁將質(zhì)量不符合泵送要求的混凝土入泵。

3)混凝土澆筑控制要點(diǎn)

①混凝土應(yīng)分層澆筑，每層厚度不宜大于50 cm。②混凝土澆筑時(shí)的自由傾落高度不應(yīng)超過(guò)2 m，從下部模板預(yù)留的一道窗開(kāi)始逐層上升澆筑?；炷翝仓^(guò)程中兩側(cè)混凝土澆筑面高差宜控制在50 cm以?xún)?nèi)，同時(shí)應(yīng)合理控制混凝土澆筑速度不能過(guò)快。③混凝土應(yīng)分層振搗，不得隨意留置施工縫。在新澆筑完成的下層混凝土上再進(jìn)行澆筑作業(yè)時(shí)，應(yīng)在下層混凝土初凝前澆筑完成上層混凝土。在傾斜面上澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)從低處開(kāi)始澆筑，保持水平分層擴(kuò)展升高。搗固宜采用插入式振搗棒。澆筑層厚度不得超過(guò)振搗器作用長(zhǎng)度的1.25倍。插入式振搗棒的移動(dòng)間距要控制在振搗棒作用半徑的1.5倍以?xún)?nèi)，且插入下層混凝土內(nèi)的深度宜為5～10 cm，每一次振搗延續(xù)時(shí)間宜為15～25 s，以混凝土不再沉落，表層不出現(xiàn)氣泡為度。振搗時(shí)不得碰撞模板、鋼筋和預(yù)埋部件。④封頂混凝土澆筑應(yīng)從離堵頭板遠(yuǎn)的一側(cè)開(kāi)始，由遠(yuǎn)至近澆筑，設(shè)專(zhuān)人察看混凝土澆筑情況，拱頂部混凝土配比要有所調(diào)整，宜采用細(xì)石流態(tài)混凝土澆筑。⑤混凝土泵送的坍落度不宜過(guò)大，以避免離析或泌水。如發(fā)現(xiàn)坍落度不足，不得擅自加水，應(yīng)采用加適量減水劑的方法解決。

4)混凝土養(yǎng)護(hù)控制要點(diǎn)

襯砌耐久性混凝土養(yǎng)護(hù)宜采用噴淋灑水進(jìn)行保濕、潮濕養(yǎng)護(hù)。灑水次數(shù)應(yīng)以混凝土表面保持濕潤(rùn)且不留有積水為度，養(yǎng)護(hù)用水應(yīng)符合混凝土拌合用水的標(biāo)準(zhǔn)。

5)混凝土脫?？刂埔c(diǎn)

按施工規(guī)范采用最后一盤(pán)封頂混凝土制作試件，經(jīng)試驗(yàn)試件強(qiáng)度達(dá)到8 kPa以上時(shí)方可脫模。

5 應(yīng)用效果

采用表6中的HP-C35-1配合比配制C35混凝土，粉煤灰摻量為膠凝材料總量的25%，用于隧道襯砌耐久性混凝土的施工。對(duì)已完工工程取2 419組試件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，28 d強(qiáng)度平均值為39.6 MPa，最大值為44.6 MPa，最小值為37.8 MPa，均方差為2.11，偏差系數(shù)Cv為3.0%，說(shuō)明混凝土的強(qiáng)度和和易性較好。混凝土的出機(jī)坍落度宜控制在180～220 mm之內(nèi)，坍落度經(jīng)時(shí)損失很小，泵送十分順利，易于振搗，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了施工效率。

6 結(jié)語(yǔ)

原材料對(duì)耐久性混凝土的強(qiáng)度和施工性能具有非常大的影響，特別是外加劑的減水率、水泥的強(qiáng)度和安定性、粉煤灰的細(xì)度、砂石料的含泥量等指標(biāo)對(duì)混凝土性能的影響比較大，原材料質(zhì)量的控制程度直接決定著配合比設(shè)計(jì)的成敗。所以，原材料除按規(guī)范要求進(jìn)行檢測(cè)外，還應(yīng)加大對(duì)外加劑的減水率、水泥的強(qiáng)度和安定性、砂石料的含泥量等指標(biāo)的檢測(cè)頻率。對(duì)外加劑，每進(jìn)一批必須在應(yīng)用前7 d運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，用施工配比驗(yàn)證外加劑的性能和混凝土試件7 d強(qiáng)度，合格后方可應(yīng)用。對(duì)水泥，要求3 d強(qiáng)度和安定性合格后才可應(yīng)用。砂石料必須嚴(yán)格檢驗(yàn)，對(duì)于達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求的原材料堅(jiān)決不能應(yīng)用于工程。只有這樣才能有效保證混凝土的最終強(qiáng)度、施工性能和勻質(zhì)性。

南呂梁山特長(zhǎng)隧道施工具有斷面小、物料運(yùn)輸難、泵送管道長(zhǎng)、通風(fēng)差、養(yǎng)護(hù)難、突發(fā)事件多等特點(diǎn)，應(yīng)該以?xún)?yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，把控好原材料質(zhì)量，加強(qiáng)過(guò)程控制，只有這樣才能保證隧道襯砌耐久性混凝土配合比設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量。

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U455．4

A

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1003-1995(2014)01-0121-04

2013-05-06;

2013-10-25

姚保新(1984— )，男，重慶市人，工程師。

(責(zé)任審編 葛全紅)