陳俊松，王 偉，喬 敏，趙 爽，曾魯平

(1.高性能土木工程材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 211103；2.江蘇蘇博特新材料股份有限公司，南京 211103)

0 引 言

隨著我國(guó)大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，其中以西氣東輸、西電東送、南水北調(diào)、青藏鐵路、三峽工程以及即將進(jìn)入工程實(shí)施階段的川藏鐵路等為代表的一系列重大工程中不可避免地涉及隧道和大型地下工程的開(kāi)挖。由于工程地質(zhì)條件復(fù)雜等原因，隧道開(kāi)始逐漸向更長(zhǎng)、更大、更深的方向發(fā)展，隧道的高巖溫現(xiàn)象日益突出。例如，位于西藏的桑珠嶺隧道最高巖溫高達(dá)89.9 ℃，位于新疆的布侖口-公格爾水電站引水隧洞和齊熱哈塔爾水電站引水隧洞最高巖溫分別高達(dá)105 ℃和110 ℃[1-3]。噴射混凝土作為隧道工程中常用的一種支護(hù)方式，主要起到支撐圍巖的作用，圍巖溫度過(guò)高，必然會(huì)影響噴射混凝土的性能，進(jìn)而影響隧道整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。高溫對(duì)混凝土性能的影響已經(jīng)做過(guò)大量的研究[4-7]，也有學(xué)者研究過(guò)隧道火災(zāi)中溫度變化對(duì)混凝土力學(xué)性能和孔隙結(jié)構(gòu)的影響[8-10]，然而這些并不能等同于高巖溫環(huán)境對(duì)噴射混凝土性能的影響，因?yàn)閲娚浠炷撂厥獾氖┕すに囈约碍h(huán)境模擬等均有所差異。當(dāng)前有關(guān)高巖溫對(duì)噴射混凝土性能的影響研究整體較少，主要在近十年開(kāi)展，缺乏全面的整理。因此，本文結(jié)合已有的文獻(xiàn)資料，系統(tǒng)性地介紹高巖溫對(duì)噴射混凝土性能的影響研究進(jìn)展，為后續(xù)完善隧道熱害防治措施提供理論依據(jù)。

1 高巖溫對(duì)噴射混凝土力學(xué)性能的影響

1.1 粘結(jié)強(qiáng)度

噴射混凝土作為與圍巖直接接觸的部分，其與圍巖粘結(jié)性能的好壞決定了能否提供有效的支護(hù)作用。崔圣愛(ài)等[11-12]采用劈裂法和改進(jìn)的鉆芯拉拔法研究干熱和濕熱兩種環(huán)境下噴射混凝土與巖石的粘結(jié)強(qiáng)度。巖石選擇與實(shí)際隧道圍巖粗糙度接近的荔枝面花崗巖大板，噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)為隧道施工中常用的C25和C30，噴射方法采用濕噴技術(shù)，模擬環(huán)境設(shè)計(jì)方法為：①養(yǎng)護(hù)溫度分別為35 ℃、50 ℃、70 ℃；②干熱環(huán)境通過(guò)烘箱養(yǎng)護(hù)模擬，濕熱環(huán)境通過(guò)水箱養(yǎng)護(hù)模擬。對(duì)照組采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)(20 ℃，相對(duì)濕度95%以上)。改進(jìn)的鉆芯拉拔法指在錨桿拉拔儀拉桿與埋鉤間配置一端為掛鉤的轉(zhuǎn)換接頭，使試件與拉拔儀之間的連接方式轉(zhuǎn)變?yōu)殂q接，消除加載偏心造成的誤差，示意圖如圖1所示。試驗(yàn)結(jié)果表明：①干熱環(huán)境下，C25或C30噴射混凝土與巖石的粘結(jié)強(qiáng)度均隨溫度的升高而降低，且均小于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下試件的粘結(jié)強(qiáng)度，尤其當(dāng)溫度為70 ℃時(shí)，四組試件有三組在鉆孔過(guò)程中因輕微擾動(dòng)即發(fā)生了脫黏開(kāi)裂，說(shuō)明該溫度下試件的粘結(jié)強(qiáng)度幾乎為0。這是因?yàn)楦蔁岘h(huán)境下，水分蒸發(fā)加快，水化反應(yīng)過(guò)早結(jié)束導(dǎo)致強(qiáng)度發(fā)展不足，同時(shí)混凝土在高溫環(huán)境下干縮增大引起體積變形，共同造成粘結(jié)強(qiáng)度降低。②濕熱環(huán)境下，噴射混凝土與巖石的粘結(jié)強(qiáng)度沒(méi)有出現(xiàn)大幅下降現(xiàn)象，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件和50 ℃水箱養(yǎng)護(hù)條件的粘結(jié)強(qiáng)度相當(dāng)，35 ℃水箱養(yǎng)護(hù)條件的粘結(jié)強(qiáng)度最高，70 ℃水箱養(yǎng)護(hù)條件的粘結(jié)強(qiáng)度最低。在50 ℃內(nèi)，溫度的升高結(jié)合足夠的水分使得混凝土的水化反應(yīng)得以充分進(jìn)行,但當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，水化產(chǎn)物生成速度過(guò)快，來(lái)不及均勻擴(kuò)散，大量堆積在水泥顆粒表面阻止水分進(jìn)入內(nèi)核，從而影響混凝土的后期強(qiáng)度發(fā)展，同時(shí)混凝土與花崗巖的熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致其界面容易產(chǎn)生裂縫。③濕熱環(huán)境下，C30噴射混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度>C25噴射混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度，因此建議針對(duì)濕熱環(huán)境可以適當(dāng)提高噴射混凝土的強(qiáng)度等級(jí)；干熱環(huán)境下，C30噴射混凝土的7 d粘結(jié)強(qiáng)度>C25噴射混凝土的7 d粘結(jié)強(qiáng)度，C30噴射混凝土的28 d粘結(jié)強(qiáng)度

圖1 改進(jìn)的鉆芯拉拔法示意圖[12]Fig.1 Diagram of improved core-drilling andpull-stripping method[12]

唐陽(yáng)等[13-16]結(jié)合齊熱哈塔爾水電站工程引水發(fā)電隧洞出現(xiàn)的高地溫現(xiàn)象，利用自行研制的溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)模擬隧洞內(nèi)的真實(shí)環(huán)境，通過(guò)鉆芯拉拔法測(cè)定濕熱與干熱兩種環(huán)境下噴射混凝土與花崗巖之間的粘結(jié)強(qiáng)度。溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)如圖2所示。試驗(yàn)結(jié)果表明：無(wú)論是在高濕度(80%～85%)還是低濕度(20%～25%)環(huán)境下，隨著溫度的升高(50 ℃、60 ℃、75 ℃、90 ℃)，粘結(jié)強(qiáng)度均逐漸降低，且相同溫度時(shí)，高濕度環(huán)境下的粘結(jié)強(qiáng)度均高于低濕度環(huán)境下的粘結(jié)強(qiáng)度。主要原因與前面類似，即溫度過(guò)高(>50 ℃)時(shí)，水化產(chǎn)物之間相互搭接錯(cuò)亂導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疏松，同時(shí)混凝土的干縮變形隨著溫度的升高逐漸加劇，從而影響其粘結(jié)強(qiáng)度。高濕度的環(huán)境相比低濕度而言，能夠給予混凝土一定的水分“補(bǔ)給”，因此高濕度環(huán)境下的粘結(jié)強(qiáng)度更高。馬秋娟等[14]發(fā)現(xiàn)，在相對(duì)濕度90%、巖溫90 ℃時(shí)，28 d齡期粘結(jié)強(qiáng)度<7 d齡期粘結(jié)強(qiáng)度，說(shuō)明當(dāng)巖溫超過(guò)一定范圍時(shí)，噴射混凝土與圍巖間的粘結(jié)強(qiáng)度會(huì)隨齡期的增長(zhǎng)出現(xiàn)倒縮現(xiàn)象，這對(duì)隧道整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性極其不利。

圖2 溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)[15]Fig.2 Temperature and humidity automatic system[15]

范利丹等[17]選擇大理巖作為基巖，將自然劈開(kāi)的粗糙面作為與噴射混凝土的粘結(jié)面，分別通過(guò)劈拉法和鉆芯拉拔法研究不同養(yǎng)護(hù)溫度(25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃、60 ℃)對(duì)噴射混凝土粘結(jié)性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，在25～40 ℃范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，粘結(jié)強(qiáng)度逐漸增大。60 ℃時(shí)，1 d齡期和3 d齡期的粘結(jié)強(qiáng)度最高，3 d齡期后粘結(jié)強(qiáng)度開(kāi)始大幅下降，7 d齡期和28 d齡期的粘結(jié)強(qiáng)度降至最低。與崔圣愛(ài)等[11-12]試驗(yàn)結(jié)論一致，劈裂法測(cè)得的粘結(jié)強(qiáng)度整體高于拉拔法。

綜上所述，在合適的范圍內(nèi)，溫度的升高有利于混凝土的水化反應(yīng)，改善噴射混凝土與圍巖之間的粘結(jié)強(qiáng)度。但當(dāng)溫度過(guò)高尤其在干熱條件下，粘結(jié)強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p失，甚至出現(xiàn)倒縮現(xiàn)象。如何減少高巖溫下噴射混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度損失，目前鮮有報(bào)道。

1.2 抗壓、抗折、劈裂抗拉強(qiáng)度

范利丹等[17]研究不同養(yǎng)護(hù)溫度(25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃、60 ℃)對(duì)噴射混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：在25～40 ℃范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，1 d和28 d抗壓強(qiáng)度逐漸增大，60 ℃養(yǎng)護(hù)下的混凝土1 d抗壓強(qiáng)度介于25～30 ℃之間，且在后期出現(xiàn)下降趨勢(shì)，28 d抗壓強(qiáng)度降至最低。研究人員對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的解釋，原因如下：①在25～40 ℃范圍內(nèi)，養(yǎng)護(hù)溫度的升高加快了水泥中各種熟料礦物成分的前期水化反應(yīng)速率，水化產(chǎn)物生成量大幅增加從而提高噴射混凝土的強(qiáng)度。②當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)(例如60 ℃)，誘導(dǎo)期內(nèi)快速生成的C-S-H凝膠包裹在C3S周圍反而抑制了水化反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疏松多孔，影響混凝土的早期強(qiáng)度。此外，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部聚集大量水化熱。有研究表明[18]，鈣礬石(AFt)在溫度高于60～70 ℃時(shí)不穩(wěn)定，易分解，從而使得混凝土后期強(qiáng)度降低。

何廷樹(shù)等[19-20]研究高巖溫低濕環(huán)境(50 ℃、60 ℃、80 ℃，相對(duì)濕度50%)對(duì)單摻粉煤灰與雙摻粉煤灰與礦粉襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：①高巖溫、低濕環(huán)境有助于提高襯砌混凝土的早期強(qiáng)度，任一溫度下，無(wú)論是單摻粉煤灰混凝土還是雙摻粉煤灰與礦粉混凝土的抗壓強(qiáng)度均高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土。其中單摻粉煤灰混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著溫度的升高逐漸升高，80 ℃時(shí)相比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件強(qiáng)度提升了45%；雙摻粉煤灰與礦粉混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著溫度的升高先增大后減小，50 ℃為拐點(diǎn)。②高巖溫、低濕環(huán)境不利于襯砌混凝土的后期強(qiáng)度發(fā)展，混凝土的28 d與60 d抗壓強(qiáng)度均隨著溫度的升高而降低，以單摻粉煤灰混凝土為例,80 ℃時(shí)相比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件，28 d強(qiáng)度下降了12.3%，60 d強(qiáng)度下降了14.8%。③標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件和50 ℃+50%養(yǎng)護(hù)條件下，雙摻粉煤灰與礦粉混凝土的抗壓強(qiáng)度在任一齡期均高于單摻粉煤灰混凝土。在60 ℃+50%養(yǎng)護(hù)條件和80 ℃+50%養(yǎng)護(hù)條件下，雙摻粉煤灰與礦粉混凝土的抗壓強(qiáng)度在任一齡期均低于單摻粉煤灰混凝土。研究人員通過(guò)XRD對(duì)此進(jìn)行機(jī)理解釋：標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件和50 ℃+50%養(yǎng)護(hù)條件下，雙摻粉煤灰與礦粉試樣比單摻粉煤灰試樣生成了略多的Ca(OH)2，這是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件能夠給予礦粉充足的水分，50 ℃+50%養(yǎng)護(hù)條件能夠給予礦粉合適的溫度，從而激發(fā)了礦粉的活性，因此強(qiáng)度更高。80 ℃+50%養(yǎng)護(hù)條件下，單摻粉煤灰試樣反而生成了更多的Ca(OH)2，這是因?yàn)樵?0 ℃時(shí)水分蒸發(fā)較快，礦粉沒(méi)有充足的水分無(wú)法激發(fā)出活性，而高溫可以激發(fā)粉煤灰的火山灰活性，促進(jìn)了水泥的水化。

Niu等[21]研究20～80 ℃溫度范圍對(duì)摻或不摻輔助膠凝材料噴射混凝土抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：①溫度升高促進(jìn)了OPC試件(不摻速凝劑和輔助膠凝材料)的早期水化速率(7 d內(nèi))，當(dāng)養(yǎng)護(hù)溫度超過(guò)60 ℃時(shí)，28 d后抗壓強(qiáng)度明顯下降。②不同于OPC試件，S試件(摻速凝劑、不摻輔助膠凝材料)或許受到了溫度和速凝劑的耦合效應(yīng)，當(dāng)養(yǎng)護(hù)溫度超過(guò)40 ℃時(shí)28 d后抗壓強(qiáng)度就開(kāi)始下降，這可能是鈣礬石的分解、C-S-H凝膠結(jié)構(gòu)改變以及孔隙率增大導(dǎo)致的。③對(duì)于S-FA試件(15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)粉煤灰)、S-SF試件(8%硅灰)、S-GBFS試件(15%粒化高爐礦渣)這些摻輔助膠凝材料的噴射混凝土而言，溫度升高可以促進(jìn)輔助膠凝材料的火山灰反應(yīng)，從而提高S-FA試件和S-SF試件28 d內(nèi)的抗壓強(qiáng)度以及S-GBFS試件7 d內(nèi)的抗壓強(qiáng)度。④40～80 ℃加速了OPC試件7 d內(nèi)的抗折強(qiáng)度。對(duì)于S試件而言，速凝劑的摻入削弱了溫度對(duì)抗折強(qiáng)度的影響，20 ℃時(shí)的抗折強(qiáng)度比40～80 ℃的抗折強(qiáng)度都要高，這是因?yàn)樵诟邷睾退倌齽┑墓餐饔孟拢嘁蛩俾蔬^(guò)高而不均勻，生成了更多的孔隙。⑤溫度對(duì)三種摻輔助膠凝材料噴射混凝土抗折強(qiáng)度的影響并不相同，其中S-SF試件的抗折強(qiáng)度與溫度呈正相關(guān)，而S-FA與S-GBFS試件的抗折強(qiáng)度與溫度呈負(fù)相關(guān)，這可能是因?yàn)楣杌伊礁?xì)且火山灰活性更高。

Wang等[22]基于前期勘探調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在高地?zé)崴淼拦こ讨袝?huì)采取各種降溫措施來(lái)保證合適的施工環(huán)境，隧道里使用的灌漿材料實(shí)際是處于高溫變溫環(huán)境而不是始終處于高溫養(yǎng)護(hù)條件，因此很多研究對(duì)隧道真實(shí)環(huán)境的模擬是有限的。其試驗(yàn)結(jié)果表明：①灌漿材料的抗壓強(qiáng)度隨著溫度的升高發(fā)生大幅下降，當(dāng)變溫條件下溫度超過(guò)40 ℃，強(qiáng)度會(huì)下降10%～40%，在干熱環(huán)境下強(qiáng)度衰減更加嚴(yán)重。②相對(duì)濕度的增加有利于提升灌漿材料的抗壓強(qiáng)度，且相對(duì)濕度的影響隨著溫度的升高愈加顯著。此外，溫度和濕度的耦合效應(yīng)能夠明顯改善早期強(qiáng)度，且緩解長(zhǎng)期強(qiáng)度衰減。③高溫低濕環(huán)境會(huì)降低灌漿材料的峰值應(yīng)力，相對(duì)濕度的影響略大于溫度的影響，而溫度對(duì)峰值應(yīng)變的影響明顯大于相對(duì)濕度。

有研究表明[23]，在噴射混凝土中摻加礦物摻合料，特別是粉煤灰，可以提高噴射混凝土的28 d粘結(jié)強(qiáng)度，Cui等[24]認(rèn)為僅僅關(guān)注礦物摻合料對(duì)噴射混凝土28 d性能的改善效果是不夠的，更應(yīng)關(guān)注噴射混凝土隨齡期增長(zhǎng)的時(shí)變特性，因?yàn)樵谒淼朗┕ぶ行枰獌?yōu)先考慮噴射混凝土的快速硬化和早期強(qiáng)度，這關(guān)乎整個(gè)工程的穩(wěn)定性和安全性。因此，其研究了三種不同試件(普通試件、25%粉煤灰試件、25%粉煤灰+5%硅灰試件)在85 ℃恒溫水箱養(yǎng)護(hù)條件下的力學(xué)性能，試驗(yàn)結(jié)果表明：①盡管高溫能夠在很大程度上激發(fā)粉煤灰的火山灰活性并改善混凝土的后期強(qiáng)度，但是僅摻粉煤灰試件的早期強(qiáng)度(2 h、1 d、7 d)仍然較低，例如在2 h齡期時(shí)，25%粉煤灰試件的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度相比普通試件分別降低了33.9%和41.1%，因此考慮到隧道施工對(duì)早期強(qiáng)度的要求，并不適合在噴射混凝土中單摻粉煤灰。② 25%粉煤灰+5%硅灰試件在任一齡期時(shí)的抗壓強(qiáng)度或抗折強(qiáng)度是三組試件中最高的，因此在高地?zé)岘h(huán)境下，建議復(fù)摻粉煤灰和硅灰，不僅能保證噴射混凝土的快速硬化和早期強(qiáng)度，也有利于長(zhǎng)期強(qiáng)度發(fā)展。

Liu等[25]根據(jù)高溫地?zé)崴淼乐袊鷰r實(shí)際溫度范圍，確立了四個(gè)溫度等級(jí)，分別是40 ℃、60 ℃、80 ℃和100 ℃，采用恒溫烘箱養(yǎng)護(hù)模擬干熱環(huán)境(相對(duì)濕度≤35%)，研究不同溫度下噴射混凝土的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明：①1 d齡期時(shí)，處于40 ℃干熱條件養(yǎng)護(hù)下的混凝土抗壓強(qiáng)度和劈拉強(qiáng)度均高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件和其他高溫干熱養(yǎng)護(hù)條件。②7 d齡期后，干熱環(huán)境對(duì)混凝土的劣化作用充分體現(xiàn)出來(lái)，且溫度越高，強(qiáng)度越低；7 d齡期時(shí)，只有40 ℃養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土抗壓強(qiáng)度高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件；28 d齡期時(shí)，干熱養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土抗壓強(qiáng)度全部低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件。③任一溫度干熱養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土劈拉強(qiáng)度，無(wú)論是7 d還是28 d強(qiáng)度均低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件。

Cui等[26]研究100 ℃干熱環(huán)境下，在噴射混凝土中摻加鋼纖維、玄武巖纖維和硅灰對(duì)其抗壓強(qiáng)度和劈拉強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：干熱環(huán)境下，基準(zhǔn)組試件的抗壓強(qiáng)度和劈拉強(qiáng)度7 d后均大幅下降。通過(guò)摻加鋼纖維或玄武巖纖維，強(qiáng)度得到明顯改善，且鋼纖維的改善效果明顯優(yōu)于玄武巖纖維。此外，波形鋼纖維對(duì)抗壓強(qiáng)度的改善效果優(yōu)于端鉤型鋼纖維，端鉤型鋼纖維對(duì)劈拉強(qiáng)度的改善效果優(yōu)于波形鋼纖維。復(fù)摻端鉤型鋼纖維和硅灰試件的抗壓強(qiáng)度和劈拉強(qiáng)度明顯低于單摻端鉤型鋼纖維組。

歐灶華[27]在噴射混凝土與巖石的劈拉強(qiáng)度試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)護(hù)條件完全相同的情況下，不同配合比的混凝土與巖石劈拉強(qiáng)度大小與水灰比大小有關(guān)，且水灰比大的混凝土與巖石的劈拉強(qiáng)度也相對(duì)大，這可能是因?yàn)樗冶却蟮慕缑婢哂谐渥愕乃诌M(jìn)行水化反應(yīng)，增強(qiáng)界面間的粘結(jié)強(qiáng)度。

張巖等[28]以新疆布侖口-公格爾水電站高溫引水隧洞為背景，根據(jù)噴射混凝土內(nèi)外兩側(cè)承受高溫度差的工況，開(kāi)展了不同溫差對(duì)不同類型纖維噴射混凝土早期劈拉性能影響的試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著溫度的升高，纖維噴射混凝土的早期劈拉強(qiáng)度總體呈降低的趨勢(shì)，不同類型纖維噴射混凝土受溫差的影響程度不同。3 d齡期時(shí)，聚酯纖維噴射混凝土的劈拉強(qiáng)度受溫度的影響最為明顯，聚丙烯纖維噴射混凝土影響最小。7 d齡期55 ℃時(shí)，聚丙烯纖維噴射混凝土的劈拉強(qiáng)度損失最大，其次是聚丙烯腈纖維混凝土。三種纖維噴射混凝土中，早期劈拉強(qiáng)度表現(xiàn)最好的是聚丙烯纖維混凝土和聚丙烯腈纖維混凝土，優(yōu)于普通混凝土，聚酯纖維混凝土表現(xiàn)最差。通過(guò)公式推導(dǎo)，初步提出噴射混凝土在溫差條件下的劈拉強(qiáng)度λ表達(dá)式，如式(1)所示。

λ=p·ΔTq·[2P/(πa2)+α·ΔTE/2]

(1)

式中：p、q為函數(shù)系數(shù)；ΔT為溫差；P為常溫下混凝土試件劈拉強(qiáng)度荷載；a為混凝土立方體試件的邊長(zhǎng)；α為混凝土試件的熱膨脹系數(shù)；E為試件的彈性模量。

綜上所述，高巖溫對(duì)噴射混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度整體表現(xiàn)出不利的影響，通過(guò)摻加粉煤灰、礦粉、硅灰等礦物摻合料和纖維材料能夠在一定程度上有所改善，但改善的效果與溫度、配合比、改性材料類型等因素有很大關(guān)聯(lián)，因此在這方面仍需要做大量系統(tǒng)性的研究。

1.3 剪切強(qiáng)度

噴射混凝土作為保證隧道開(kāi)挖后施工安全的第一步，其支護(hù)效果很大程度上取決于與圍巖之間的剪切強(qiáng)度，因此研究高巖溫對(duì)噴射混凝土與圍巖接觸面剪切強(qiáng)度的影響與粘結(jié)強(qiáng)度同樣重要。

在高巖溫隧道環(huán)境中，由于施工通風(fēng)降溫作用，噴射混凝土施作后經(jīng)歷了從高溫到常溫的降溫過(guò)程，該過(guò)程改變了噴射混凝土的力學(xué)性能，也影響其與圍巖的剪切性質(zhì)。唐興華等[29]研究了高溫變溫環(huán)境下，養(yǎng)護(hù)初始溫度和養(yǎng)護(hù)濕度等影響因素對(duì)噴射混凝土與花崗巖不規(guī)則膠結(jié)面剪切強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：①隨著養(yǎng)護(hù)初始溫度的增加(40 ℃、60 ℃、80 ℃、100 ℃)，剪切強(qiáng)度先增大后減小，60 ℃為拐點(diǎn)。這是因?yàn)樵?0 ℃以內(nèi)，養(yǎng)護(hù)初始溫度的升高加速了混凝土的水化反應(yīng)，使得噴射混凝土與花崗巖之間的水化產(chǎn)物大量匯集，提高了粘結(jié)強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。當(dāng)溫度超過(guò)60 ℃時(shí)，水化速度過(guò)快導(dǎo)致水化產(chǎn)物相互雜亂搭接，反而形成較多空洞，影響了剪切強(qiáng)度。②隨著養(yǎng)護(hù)濕度的增加(25%、55%、95%)，剪切強(qiáng)度逐漸增大。這是因?yàn)轲B(yǎng)護(hù)濕度越大，混凝土的水化反應(yīng)越充分。

王明年等[30-32]基于川藏鐵路拉林線桑珠嶺隧道實(shí)測(cè)環(huán)境參數(shù)，研究高溫變溫環(huán)境下噴射混凝土與巖石界面的剪切特性。通過(guò)分析不同法向應(yīng)力下剪切應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線可知，曲線整體上表現(xiàn)出隨溫度升高呈橫向擴(kuò)大趨勢(shì)，且隨著初始養(yǎng)護(hù)溫度的升高(60 ℃、80 ℃、100 ℃)，峰后應(yīng)力跌落逐漸變緩。研究人員認(rèn)為，對(duì)于隧道硬質(zhì)巖(如花崗巖)而言，100 ℃以內(nèi)的高溫幾乎不會(huì)影響其物理力學(xué)性能，因此只有混凝土處或混凝土-巖石膠結(jié)面處易發(fā)生剪切破壞。試驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)出兩種破壞模式，一種是沿著膠結(jié)面發(fā)生剪切破壞，另一種是混合剪切破壞(破裂面由膠結(jié)面和混凝土共同組成)，破壞模式示意圖如圖3所示(σn為法向應(yīng)力，S為剪切應(yīng)力)。數(shù)據(jù)分析表明，隨著初始養(yǎng)護(hù)溫度升高，膠結(jié)面的抗剪特性增強(qiáng)，破壞模式逐漸由膠結(jié)面剪切破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌霞羟衅茐?。這主要是因?yàn)?，溫度升高加速了混凝土的水化反?yīng)，同時(shí)花崗巖作為一種良好的導(dǎo)熱體，能夠?qū)崃總鬟f至界面處，促使更多的水化產(chǎn)物匯集在界面處，最終提高膠結(jié)面的粘結(jié)強(qiáng)度。至于過(guò)高溫度所導(dǎo)致的損傷效應(yīng)，則由增大法向應(yīng)力起到一定的抑制作用。通過(guò)分析不同法向應(yīng)力下(0.5 MPa、1.0 MPa、1.5 MPa)峰值剪切應(yīng)力和峰值剪切位移隨溫度的變化規(guī)律，可以發(fā)現(xiàn)，同一法向應(yīng)力下，隨著溫度的升高，峰值剪切應(yīng)力逐漸減小、峰值剪切位移逐漸增大。

圖3 剪切破壞模式示意圖[30]Fig.3 Diagram of shear failure mode[30]

綜上所述，高溫變溫環(huán)境對(duì)噴射混凝土與圍巖界面的剪切強(qiáng)度和破壞模式有較大影響，影響因素包括溫度、相對(duì)濕度、法向應(yīng)力以及膠結(jié)面的粗糙度。

2 高巖溫對(duì)噴射混凝土耐久性能的影響

2.1 抗水滲透性能

范利丹等[17]采用滲水高度法研究不同養(yǎng)護(hù)溫度(25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃、60 ℃)對(duì)噴射混凝土抗?jié)B性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著溫度的升高，滲水高度逐漸增大，其中在25～35 ℃范圍內(nèi)增幅較小，40 ℃和60 ℃增幅顯著。這是因?yàn)殡S著溫度的升高，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)度逐漸降低，孔徑與孔隙率逐漸增大。35 ℃內(nèi)大部分孔隙屬于無(wú)害孔、孔徑較小，溫度超過(guò)40 ℃時(shí)，少害孔和有害孔數(shù)量增多、孔徑增大，因此滲水高度明顯增大。

2.2 抗氯離子滲透性能

范利丹等[17]采用電通量法研究不同養(yǎng)護(hù)溫度(25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃、60 ℃)對(duì)噴射混凝土抗氯離子滲透性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著溫度的升高，氯離子的電通量逐漸增大，混凝土抗氯離子滲透性能逐漸減弱。這是因?yàn)殡S著溫度的升高，孔隙率和孔徑逐漸增大，部分孔隙甚至連通，這將大大減小氯離子的滲透阻力，同時(shí)，溫度升高會(huì)加速分子運(yùn)動(dòng)，降低C3A相對(duì)氯離子的物理吸附能力。由于混凝土中還摻有礦粉，礦粉不僅可以吸收水泥中的堿性顆粒，還會(huì)形成低堿性的C-S-H凝膠，一定程度上增強(qiáng)了混凝土對(duì)氯離子的物理吸附與化學(xué)結(jié)合能力，因此試驗(yàn)中的氯離子滲透性均屬于低級(jí)。

何廷樹(shù)等[33]研究高巖溫、低濕環(huán)境(50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃，相對(duì)濕度50%)對(duì)單摻粉煤灰與雙摻粉煤灰與礦粉襯砌混凝土抗氯離子滲透性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著溫度的升高，兩種混凝土的抗氯離子滲透性能逐漸變差。70 ℃以內(nèi)時(shí)，雙摻粉煤灰與礦粉混凝土的抗氯離子滲透性能均優(yōu)于單摻粉煤灰混凝土，但是二者的差距隨著溫度的升高逐漸縮小，當(dāng)溫度達(dá)到80 ℃時(shí)，單摻粉煤灰混凝土的抗氯離子滲透性能更強(qiáng)。

綜上所述，建議在高巖溫環(huán)境下的噴射混凝土內(nèi)摻入部分礦粉與粉煤灰，若溫度過(guò)高，可以適當(dāng)提高粉煤灰的比例，從而促進(jìn)水泥的水化反應(yīng)，改善混凝土的耐久性。

2.3 抗碳化性能

范利丹等[17]研究不同養(yǎng)護(hù)溫度(25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃、60 ℃)對(duì)噴射混凝土抗碳化性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著溫度的升高，混凝土碳化深度逐漸增大。不同溫度下的碳化深度隨齡期的增長(zhǎng)變化速率有所不同：25 ℃時(shí)，碳化深度的增長(zhǎng)幅度始終處于緩慢狀態(tài)；30 ℃與35 ℃時(shí)，后期碳化速率小于前期；40 ℃與60 ℃時(shí)，前期碳化速率很高，后期速率逐漸減緩。這是因?yàn)?5 ℃養(yǎng)護(hù)下的混凝土密實(shí)度最好，CO2很難擴(kuò)散到混凝土內(nèi)部，隨著溫度越來(lái)越高，混凝土內(nèi)部裂縫數(shù)量開(kāi)始增多，CO2在混凝土內(nèi)部的濃度也越來(lái)越高，大量的CO2與Ca(OH)2反應(yīng)生成碳酸鈣，反而有助于降低混凝土內(nèi)部的孔隙率，因此后期碳化速率逐漸減緩。

何廷樹(shù)等[33]研究高巖溫、低濕環(huán)境(50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃，相對(duì)濕度50%)對(duì)單摻粉煤灰與雙摻粉煤灰與礦粉襯砌混凝土抗碳化性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著溫度的升高，兩種混凝土的抗碳化性能逐漸變差，相同養(yǎng)護(hù)條件下兩種混凝土的抗碳化性能總體相當(dāng)。

2.4 抗硫酸鹽侵蝕性能

李培濤[34]采用干濕循環(huán)法研究噴射混凝土在20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃溫度下的抗硫酸鹽侵蝕性能，試驗(yàn)結(jié)果表明，噴射混凝土的耐侵蝕系數(shù)隨著養(yǎng)護(hù)溫度的升高逐漸降低，50 ℃時(shí)的抗硫酸鹽侵蝕性能最差，其在50次循環(huán)后耐侵蝕系數(shù)發(fā)生了大幅下降。

2.5 變形性能

引起混凝土體積變形的因素主要有化學(xué)收縮、干濕變形和溫度變形，噴射混凝土在高巖溫隧道環(huán)境下發(fā)生較大的變形主要是干縮變形，干縮變形會(huì)使混凝土表面產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，從而引起表面收縮開(kāi)裂，對(duì)噴射混凝土的耐久性造成不利影響。楊紅艷[35]采用接觸法研究C25噴射混凝土在20 ℃-標(biāo)養(yǎng)、50 ℃-干熱、50 ℃-濕熱、70 ℃-干熱和70 ℃-濕熱五種工況下的收縮性能，試驗(yàn)結(jié)果表明：①在干熱環(huán)境中，混凝土主要表現(xiàn)為化學(xué)收縮、干縮和熱脹，其中50 ℃-干熱工況下收縮最為嚴(yán)重，這是因?yàn)?0 ℃-干熱工況下的熱脹更大，補(bǔ)償了一定的干縮。②在濕熱環(huán)境中，混凝土主要表現(xiàn)為化學(xué)收縮、濕脹和熱脹，其中70 ℃-濕熱工況下膨脹最為明顯。選取70 ℃-干熱工況，在噴射混凝土中摻入不同的礦物摻合料和纖維，結(jié)果表明：①粉煤灰的摻入會(huì)增大噴射混凝土早期的收縮，但會(huì)降低后期的收縮；礦渣粉的摻入不會(huì)抑制噴射混凝土的收縮，反而會(huì)增大收縮。②纖維能夠明顯抑制噴射混凝土的收縮，按抑制作用大小排依次為鋼纖維>雙纖維>聚丙烯纖維。

3 高巖溫對(duì)噴射混凝土微觀結(jié)構(gòu)的影響

馬秋娟等[14]分別利用XRD和CT掃描技術(shù)分析不同巖壁溫度下粘結(jié)面處混凝土的晶體成分以及芯樣內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu)。XRD分析如圖4所示，由圖可知噴射混凝土-圍巖粘結(jié)面處水化產(chǎn)物的物相組成基本相同，其中當(dāng)巖壁溫度為90 ℃時(shí)，CH的衍射峰值最高，說(shuō)明此時(shí)的CH含量最多。粘結(jié)面處CT掃描如圖5所示，其中白色部分代表巖石或混凝土顆粒，黑色部分代表孔隙或孔洞。由圖可知，當(dāng)巖壁溫度為50 ℃時(shí)，粘結(jié)面處已出現(xiàn)少許孔洞；當(dāng)巖壁溫度為90 ℃時(shí)，粘結(jié)面處孔洞數(shù)量明顯增多、孔徑明顯增大。通過(guò)三維圖像建模，計(jì)算出不同溫度下噴射混凝土的孔隙率，數(shù)據(jù)分析表明：巖壁溫度越高(50 ℃、60 ℃、75 ℃、90 ℃)，孔隙率越大；50 ℃和60 ℃時(shí)的孔隙率較為接近，75 ℃時(shí)孔隙率開(kāi)始明顯增大，90 ℃時(shí)的孔隙率接近50 ℃時(shí)的三倍。

圖4 不同溫度下粘結(jié)面處XRD譜[14]Fig.4 XRD patterns of bonding interface at different temperatures[14]

圖5 粘結(jié)面處CT掃描圖像[14]Fig.5 CT scan images of bonding interface[14]

唐陽(yáng)等[15]通過(guò)SEM觀測(cè)高濕環(huán)境下(80%～85%)和低濕環(huán)境下(20%～25%)噴射混凝土與圍巖粘結(jié)面的微觀形貌，分別如圖6、圖7所示。由圖可知，溫度越高(50 ℃、60 ℃、75 ℃、90 ℃)，微觀結(jié)構(gòu)的致密性越差，龜裂紋逐漸增多，且高濕環(huán)境下微觀結(jié)構(gòu)的致密性整體優(yōu)于低濕環(huán)境，因此驗(yàn)證了濕熱與干熱兩種環(huán)境對(duì)噴射混凝土-圍巖粘結(jié)強(qiáng)度的影響。

圖6 高濕環(huán)境下噴射混凝土-圍巖粘結(jié)面微觀形貌[15]Fig.6 Bonding plane microstructure of shotcrete-surrounding rock under high humidity environment[15]

圖7 低濕環(huán)境下噴射混凝土-圍巖粘結(jié)面微觀形貌[15]Fig.7 Bonding plane microstructure of shotcrete-surrounding rock under low humidity environment[15]

Niu等[21]研究高溫環(huán)境下噴射混凝土的水化產(chǎn)物特征，包括水化產(chǎn)物的類型和含量、C-S-H組成、微觀結(jié)構(gòu)以及孔隙率。XRD分析表明：①對(duì)于OPC試件(不摻速凝劑和輔助膠凝材料)，70 ℃時(shí)的主要結(jié)晶產(chǎn)物與20 ℃時(shí)相同，但是鈣礬石的峰值信號(hào)在整個(gè)水化時(shí)期逐漸變?nèi)踔敝料?。②?duì)于S試件(摻速凝劑、不摻輔助膠凝材料)，20 ℃時(shí)鈣礬石在3 d內(nèi)就已形成，但在28 d后鈣礬石的峰值消失。③對(duì)于S-SF試件(8%硅灰)，硅酸鈣在90 d內(nèi)都能被發(fā)現(xiàn)，預(yù)想的AFm(單硫型水化硫鋁酸鈣)相卻沒(méi)有出現(xiàn)。硅酸鈣的存在是因?yàn)樗a(chǎn)物在早期快速形成并從未水化的水泥顆粒中析出，這就阻礙了進(jìn)一步的水化反應(yīng)。鈣礬石峰值消失可以作如下解釋，新鮮的鈣礬石處在或接近它的最大水化狀態(tài)時(shí)包含了32個(gè)水分子，結(jié)晶度高，可以被X射線捕獲。隨著溫度的升高，鈣礬石的水分子逐漸損失，當(dāng)其含量減少到每分子式單位少于30個(gè)水分子時(shí)，結(jié)晶度逐漸減弱。結(jié)晶度損失過(guò)程中，晶胞參數(shù)沒(méi)有明顯變化(±0.1%)，但在X射線反射測(cè)試中很難被發(fā)現(xiàn)。另一方面，鈣礬石在高溫下不穩(wěn)定，會(huì)分解成硫酸鹽-AFm和半水硫酸鈣。但是速凝劑額外提供的硫酸鹽使得AFm中的硫酸鹽超出其組成，在XRD中為非晶相。SEM分析表明，在20 ℃下水化后的鈣礬石形狀像放射形的針狀。隨著養(yǎng)護(hù)溫度增加，鈣礬石的形狀更細(xì)，60～80 ℃時(shí)不摻輔助膠凝材料噴射混凝土中鈣礬石的最大寬度在0.39～0.617 μm之間，60～80 ℃時(shí)摻硅灰的噴射混凝土鈣礬石寬度在0.434～0.643 μm之間。熱重分析(TGA)表明，溫度升高對(duì)OPC試件的孔隙體積有不利的影響，尤其在80 ℃時(shí)。相比OPC試件，S試件由于摻加速凝劑使得孔隙體積更大，這是因?yàn)樗磻?yīng)更快且不均勻。對(duì)于摻輔助膠凝材料的噴射混凝土，60 ℃以內(nèi)孔隙體積逐漸減小，這或許與輔助膠凝材料的火山灰反應(yīng)有關(guān)，但是在70 ℃或80 ℃時(shí)，溫度對(duì)28 d和90 d孔隙體積有不利影響。但是孔隙體積的變化與強(qiáng)度發(fā)展并不是完全對(duì)應(yīng)關(guān)系，這是因?yàn)閺?qiáng)度不僅僅受孔隙率影響，還有界面過(guò)渡區(qū)和水化產(chǎn)物分布等影響因素。

Liu等[25]根據(jù)高溫地?zé)崴淼乐袊鷰r實(shí)際溫度范圍，確立了四個(gè)溫度等級(jí)，分別是40 ℃、60 ℃、80 ℃和100 ℃，采用恒溫烘箱養(yǎng)護(hù)模擬干熱環(huán)境(相對(duì)濕度≤35%)，通過(guò)壓汞測(cè)試(MIP)研究不同溫度下噴射混凝土的孔結(jié)構(gòu)特征。MIP分析表明：①1 d齡期時(shí)，40 ℃干熱養(yǎng)護(hù)條件能夠優(yōu)化混凝土的孔結(jié)構(gòu)，減少有害孔數(shù)量，減小中值孔徑和平均孔徑；然而，超過(guò)60 ℃的干熱環(huán)境對(duì)混凝土的孔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，使得有害孔孔隙率、中值孔徑和平均孔徑均大于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件；隨著齡期的增長(zhǎng)，孔結(jié)構(gòu)逐漸劣化，且溫度越高，劣化越嚴(yán)重。②當(dāng)溫度不超過(guò)80 ℃時(shí)，干熱環(huán)境不會(huì)對(duì)最可幾孔徑產(chǎn)生明顯影響。③總孔隙率、大孔孔隙率、過(guò)度孔孔隙率、凝膠孔孔隙率、最可幾孔徑和養(yǎng)護(hù)溫度之間沒(méi)有明顯關(guān)聯(lián)，但是，毛細(xì)孔孔隙率、中值孔徑、平均孔徑、分形維數(shù)和養(yǎng)護(hù)溫度之間存在顯著關(guān)聯(lián)。

宿輝等[36]研究高溫對(duì)噴射混凝土孔隙結(jié)構(gòu)的影響，利用CT技術(shù)掃描混凝土芯樣斷面，再結(jié)合Image-Pro Plus圖像分析軟件分析處理，試驗(yàn)結(jié)果表明：①隨著溫度的升高(50 ℃、60 ℃、75 ℃、90 ℃)，混凝土內(nèi)部平均孔徑和孔隙平均面積逐漸增大；②混凝土內(nèi)部孔隙基本沿骨料周圍發(fā)展，四種溫度下骨料周邊孔隙面積占總孔隙面積的比例相當(dāng)，基本在90%左右；③孔結(jié)構(gòu)分布圖顯示，孔隙面積0～4 mm2范圍內(nèi)的孔隙數(shù)目最多，且隨著溫度的升高，每個(gè)面積范圍內(nèi)孔隙的數(shù)目總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

4 高巖溫環(huán)境下噴射混凝土的改性措施

龐建勇等[37-38]通過(guò)在噴射混凝土中摻加隔熱材料，提高噴射混凝土的隔熱性能，限制圍巖的地溫向巷道內(nèi)傳輸，從而在根本上解決當(dāng)前礦井開(kāi)采深度日益增加導(dǎo)致的高溫?zé)岷?wèn)題。研究人員將頁(yè)巖陶粒和?；⒅榘匆欢ū壤龘饺雵娚浠炷林校謩e替代部分粗骨料和細(xì)骨料，利用其導(dǎo)熱系數(shù)小的特點(diǎn)，使得改性后噴射混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)大幅下降，在0.178 4～0.253 3 W/(m·K)之間，遠(yuǎn)小于普通混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)1.74 W/(m·K)，明顯改善了噴射混凝土的保溫隔熱效果。同時(shí)為了平衡頁(yè)巖陶粒和?；⒅榈膿饺胨鸬膹?qiáng)度下降問(wèn)題，姚韋靖等[39-40]采用了功效系數(shù)模型求得最優(yōu)配比，并按抗壓強(qiáng)度將最優(yōu)配比進(jìn)行劃分，以滿足不同工況下的不同需求，具體配比如表1所示。

表1 按抗壓強(qiáng)度劃分最優(yōu)配比[39-40]Table 1 Dividing the optimal mix ratio according to the compressive strength[39-40]

張俊儒等[41]通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)外已建成的高巖溫隧道發(fā)現(xiàn)，其支護(hù)結(jié)構(gòu)體系主要有兩種類型，分別是Ⅰ型“噴錨支護(hù)+防水層+隔熱層+模筑混凝土”和Ⅱ型“噴錨支護(hù)+模筑混凝土+防水層+隔熱層+模筑混凝土”，如圖8所示。張俊儒等認(rèn)為普通噴射混凝土的性能受高巖溫環(huán)境影響顯著，同時(shí)普通有機(jī)隔熱材料(例如常用的硬質(zhì)聚氨酯保溫板)的耐久性難以保障，因此設(shè)計(jì)一種全新的高巖溫隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，即采用“高性能隔熱噴射混凝土”代替“噴錨支護(hù)+隔熱層”。所謂的“高性能隔熱噴射混凝土”是指“高性能輕骨料噴射混凝土”，需要具備高強(qiáng)、輕質(zhì)、體積穩(wěn)定性和耐久性優(yōu)良的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)思路如下：①通過(guò)選擇合適的輕骨料品種以及對(duì)膠凝材料改性，可以滿足力學(xué)性能的要求；②通過(guò)摻加礦物摻合料和無(wú)機(jī)纖維(例如玄武巖纖維)，可以滿足耐久性的要求；③盡可能地將輕骨料噴射混凝土的體積密度接近最佳密度以獲得最小熱導(dǎo)率，控制孔隙的結(jié)構(gòu)特征、大小及分布以降低氣體的對(duì)流，通過(guò)足夠多的界面和材料改性以降低熱輻射；④除了要隔絕圍巖的熱量向隧道內(nèi)傳輸，還可以通過(guò)一定的散熱措施改善后期噴射混凝土和模筑混凝土的工作環(huán)境，例如提高二襯混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)或在二襯混凝土上設(shè)置散熱孔，提高其散熱功能。

圖8 高巖溫隧道常見(jiàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)體系[41]Fig.8 Common supporting structure system of high rock temperature tunnel[41]

5 結(jié) 論

(1)詳細(xì)梳理了近年來(lái)有關(guān)高巖溫對(duì)噴射混凝土性能影響的試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)論歸納如下：①高巖溫對(duì)噴射混凝土的力學(xué)性能和耐久性能有較大的影響。在一定范圍內(nèi)，溫度的升高能夠促進(jìn)混凝土的水化作用，有助于提高其早期強(qiáng)度，溫度過(guò)高會(huì)造成混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)劣化，影響其后期強(qiáng)度發(fā)展。通過(guò)分析上述試驗(yàn)設(shè)計(jì)的不同溫度對(duì)應(yīng)的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，50～60 ℃很有可能是一個(gè)溫度臨界范圍，即一旦溫度超過(guò)這個(gè)范圍，將會(huì)對(duì)混凝土的性能產(chǎn)生非常明顯的劣化作用。②高巖溫隧道根據(jù)相對(duì)濕度大小可分為干熱環(huán)境和濕熱環(huán)境，由于濕熱環(huán)境較干熱環(huán)境能夠給予一定的水分補(bǔ)給，使得混凝土的水化反應(yīng)更加充分，因此濕熱環(huán)境下的混凝土性能優(yōu)于干熱環(huán)境。③通過(guò)在噴射混凝土中摻加粉煤灰、礦粉、硅灰等礦物摻合料以及各種纖維可以改善混凝土的部分性能，但是在摻加之前應(yīng)了解這些改性材料適合的工作環(huán)境，以滿足不同的施工要求。

(2)通過(guò)SEM、XRD、CT掃描、MIP以及熱重分析等技術(shù)手段可以了解高巖溫對(duì)噴射混凝土微觀結(jié)構(gòu)的影響，包括微觀形貌、水化產(chǎn)物、孔隙結(jié)構(gòu)等，從而形成對(duì)宏觀現(xiàn)象的機(jī)理解釋。微觀分析表明：高溫環(huán)境并不會(huì)影響水泥水化的本質(zhì)；隨著溫度升高，結(jié)構(gòu)致密性逐漸變差、孔隙率和孔徑增大，因此混凝土的力學(xué)性能和耐久性能受到了影響。

(3)針對(duì)高巖溫環(huán)境，除了可以通過(guò)在噴射混凝土中摻加隔熱材料提高其保溫隔熱能力，不妨拓展其他思路，例如優(yōu)化隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，采取合理的降溫措施，或者提高二襯混凝土的散熱能力，形成“以隔為主，以放為輔”的設(shè)計(jì)理念，構(gòu)建成套的高巖溫隧道熱害綜合防治技術(shù)體系。