特长隧道耐久性混凝土配合比设计及施工控制

2014-09-05姚保新

铁道建筑 2014年1期

关键词：泵送外加剂耐久性

姚保新

(中铁十一局五公司中南通道项目部，重庆 400000)

特长隧道耐久性混凝土配合比设计及施工控制

姚保新

(中铁十一局五公司中南通道项目部，重庆 400000)

南吕梁山特长隧道施工中断面小、物料运输难度大、泵送管道长、通风差，每节衬砌混凝土均为大体积混凝土，养护困难，对衬砌混凝土耐久性要求高。在分析各种原材料性能的基础上，对威顿、吉港、冀东3种水泥进行耐久性混凝土配制试验，比选结果表明采用威顿P．O42.5水泥配制的混凝土性能较优，并从拌合、运输、浇筑、养护、脱模5个工序阐述了耐久性混凝土的质量控制要点。

南吕梁山特长隧道粉煤灰耐久性混凝土配合比

1 工程概况

山西中南部铁路通道为国内首条重载铁路，是国家“十一五”重点工程与大能力运煤通道建设项目。南吕梁山特长隧道位于山西省临汾市境内，为全线第一长隧、一级风险隧道、全线三大重难点控制性工程，号称集煤窑采空区、突泥涌水、高瓦斯、大断层于一体的“地质博物馆”。设计为双洞单线隧道，线间距为30 m。施工现场断面小、物料运输难、泵送管道长、通风差、养护难、突发事件多。

隧道衬砌耐久性混凝土设计强度等级为 C25，C30，C35，根据施工节段的划分，每节衬砌混凝土均为大体积混凝土，特别是洞口处和风机段处配筋很密。这就要求混凝土必须具有高施工性能、高力学性能和高耐久性能。为了配制符合要求的混凝土，选择3个品牌的P．O42.5水泥进行了耐久性混凝土的配制试验，进行相应的对比，达到优中选优的目的。

2 南吕梁山特长隧道衬砌耐久性混凝土配合比设计

2.1 配合比设计准则

隧道衬砌耐久性混凝土配合比设计主要以《铁路隧道工程施工质量验收标准》(TB 10417—2003)、《铁路混凝土施工质量验收标准》(TB 10424—2010)、《铁路混凝土施工技术指南》(铁建设［2010］241号)、设计图纸等为指导规范。严格遵守规范和图纸中相应条款的规定，按照《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55—2011)的设计步骤和要求，经过多次试验选配，力求兼顾耐久性、可施工性和经济性。

2.2 试验用原材料

1)水泥

对威顿、吉港、冀东3家水泥生产厂家生产的P．O 42.5号水泥分别取样进行试验，检测结果如表1所示。

表1 水泥检测结果

由表1可见，3种水泥的细度和水化热水平相当，均能满足配制耐久性混凝土的要求。

2)砂

砂采用山西堤村砂厂生产的河砂，其性能检测结果如表2所示。该砂属中砂，为非活性集料。

3)碎石

碎石采用本地福星石厂生产的石灰岩碎石，其性能检测结果如表3所示。

该碎石符合5.0～31.5 mm连续级配，为非活性骨料。

表2 砂的性能检测结果

4)粉煤灰

粉煤灰采用山西霍州电厂生产的F类Ⅰ级粉煤灰(兆电牌)，其性能检测结果如表4所示。

表4 粉煤灰的性能检测结果 %

5)外加剂

外加剂选用山西康特尔精细化工有限公司生产的KTPCA高性能减水剂，其性能指标如表5所示。

表5 外加剂的性能指标

2.3 试验结果与分析

对3个品牌的P．O42.5水泥进行耐久性混凝土配制试验，结果如表6～表8所示。

表6 威顿水泥配合比试验结果

表7 吉港水泥配合比试验结果

表8 冀东水泥配合比试验结果

由表6～表8可见:

1)掺加粉煤灰会使混凝土的早期强度增长缓慢，因此对于早期强度有要求的预应力混凝土可减少粉煤灰掺量，对于使用硅酸盐水泥的混凝土粉煤灰掺量不宜大于10%。

2)掺加粉煤灰后，混凝土的强度增长期变长，28 d后强度仍有较大增长。在合理的掺量范围内，掺粉煤灰的混凝土56 d强度要大于空白组。对于C40以下使用普通硅酸盐水泥的混凝土，粉煤灰掺量控制在25%之内，其配制强度均能达到试配强度的要求(试配强度按规范要求不低于强度等级的1.15倍)。

3)坍落度和扩展度试验结果显示，混凝土和易性随着粉煤灰掺量的增加而变好。在粉煤灰掺量占胶凝材料总量25%的条件下，混凝土的和易性均很好，有利于混凝土的泵送和振捣。对比而言，表8中混凝土的和易性稍差，说明外加剂与水泥的适应性较差，可通过增加用水量和外加剂用量的方法加以解决。

4)通过倒坍落度桶法测混凝土流下时间用以判断混凝土的黏滞性。从试验结果看，在合理的掺量范围内，随着粉煤灰掺量的增加其流下时间变长，说明混凝土的黏滞性越好，混凝土的均匀性越好;要想保持良好的可泵性，流下时间控制在10～40 s范围内比较合适。

3 南吕梁山特长隧道衬砌混凝土耐久性分析

由上节可知，威顿水泥和吉港水泥的性能优于冀东水泥。本着经济节约、就地取材的原则，最终决定选用威顿P．O42.5水泥作为供应水泥，并对混凝土的耐久性进行了相应的试验研究。结果表明:适量掺加优质粉煤灰可以减少混凝土的干缩。掺加20%粉煤灰的混凝土28 d干缩率比空白混凝土减少27%。混凝土的抗渗性随粉煤灰掺量的增加而提高，掺加25%粉煤灰的混凝土，在相同抗渗压力下其渗水高度只有空白混凝土的51%。粉煤灰掺量在30%以内时混凝土具有较好的抗冻性，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(标准条件下碳化28 d相当于大气条件下碳化50年)，对钢筋能起到较好的保护作用。掺加30%的粉煤灰可有效地抑制碱骨料反应，粉煤灰掺量越大对抑制碱骨料反应的效果越明显。

4 南吕梁山特长隧道衬砌耐久性混凝土施工控制要点

南吕梁山特长隧道断面窄、暗险多、物流运输难，要想保证衬砌耐久性混凝土施工，必须从源头抓起，重视各个工序，节节把关。

1)混凝土拌合控制要点

①混凝土拌合必须保证计量器具的精度，严格按照试验室所出具的施工配料单进行计量生产;②混凝土生产要严格遵守投料顺序，充分搅拌至均匀。

2)混凝土运输控制要点

①罐车投入使用前，应认真检查罐车内是否存留有积水，是否留有其他强度等级混凝土。②在运输混凝土过程中，宜以3～4 r/min的转速搅动。当搅拌运输车到达浇筑现场时，应高速旋转30～40 s后再将混凝土拌合物喂入泵车受料斗或混凝土搅拌斗中。③混凝土运输过程中，严禁私自加水。④泵送混凝土前，应先用水泥浆或用同水灰比的水泥砂浆通过管道，使管壁润滑。泵送混凝土时，泵的受料斗内应时刻保持有足够的混凝土，避免吸入空气，造成阻塞。⑤严禁随意向输送泵受料斗加水，严禁将质量不符合泵送要求的混凝土入泵。

3)混凝土浇筑控制要点

①混凝土应分层浇筑，每层厚度不宜大于50 cm。②混凝土浇筑时的自由倾落高度不应超过2 m，从下部模板预留的一道窗开始逐层上升浇筑。混凝土浇筑过程中两侧混凝土浇筑面高差宜控制在50 cm以内，同时应合理控制混凝土浇筑速度不能过快。③混凝土应分层振捣，不得随意留置施工缝。在新浇筑完成的下层混凝土上再进行浇筑作业时，应在下层混凝土初凝前浇筑完成上层混凝土。在倾斜面上浇筑混凝土时，应从低处开始浇筑，保持水平分层扩展升高。捣固宜采用插入式振捣棒。浇筑层厚度不得超过振捣器作用长度的1.25倍。插入式振捣棒的移动间距要控制在振捣棒作用半径的1.5倍以内，且插入下层混凝土内的深度宜为5～10 cm，每一次振捣延续时间宜为15～25 s，以混凝土不再沉落，表层不出现气泡为度。振捣时不得碰撞模板、钢筋和预埋部件。④封顶混凝土浇筑应从离堵头板远的一侧开始，由远至近浇筑，设专人察看混凝土浇筑情况，拱顶部混凝土配比要有所调整，宜采用细石流态混凝土浇筑。⑤混凝土泵送的坍落度不宜过大，以避免离析或泌水。如发现坍落度不足，不得擅自加水，应采用加适量减水剂的方法解决。

4)混凝土养护控制要点

衬砌耐久性混凝土养护宜采用喷淋洒水进行保湿、潮湿养护。洒水次数应以混凝土表面保持湿润且不留有积水为度，养护用水应符合混凝土拌合用水的标准。

5)混凝土脱模控制要点

按施工规范采用最后一盘封顶混凝土制作试件，经试验试件强度达到8 kPa以上时方可脱模。

5 应用效果

采用表6中的HP-C35-1配合比配制C35混凝土，粉煤灰掺量为胶凝材料总量的25%，用于隧道衬砌耐久性混凝土的施工。对已完工工程取2 419组试件进行统计，28 d强度平均值为39.6 MPa，最大值为44.6 MPa，最小值为37.8 MPa，均方差为2.11，偏差系数Cv为3.0%，说明混凝土的强度和和易性较好。混凝土的出机坍落度宜控制在180～220 mm之内，坍落度经时损失很小，泵送十分顺利，易于振捣，大大减轻了工人的劳动强度，提高了施工效率。

6 结语

原材料对耐久性混凝土的强度和施工性能具有非常大的影响，特别是外加剂的减水率、水泥的强度和安定性、粉煤灰的细度、砂石料的含泥量等指标对混凝土性能的影响比较大，原材料质量的控制程度直接决定着配合比设计的成败。所以，原材料除按规范要求进行检测外，还应加大对外加剂的减水率、水泥的强度和安定性、砂石料的含泥量等指标的检测频率。对外加剂，每进一批必须在应用前7 d运到现场，用施工配比验证外加剂的性能和混凝土试件7 d强度，合格后方可应用。对水泥，要求3 d强度和安定性合格后才可应用。砂石料必须严格检验，对于达不到标准要求的原材料坚决不能应用于工程。只有这样才能有效保证混凝土的最终强度、施工性能和匀质性。

南吕梁山特长隧道施工具有断面小、物料运输难、泵送管道长、通风差、养护难、突发事件多等特点，应该以优化混凝土配合比设计为基础，把控好原材料质量，加强过程控制，只有这样才能保证隧道衬砌耐久性混凝土配合比设计和施工质量。

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