百花山隧道二次衬砌中水灰比对抗渗性能影响

李 从 德

(云南交通职业技术学院，云南 昆明 650500)



百花山隧道二次衬砌中水灰比对抗渗性能影响

李 从 德

(云南交通职业技术学院，云南 昆明 650500)

结合武易高速公路百花山隧道二次衬砌工程实例，以抗渗标号法为测试方法，水灰比为变量,龄期和外掺料为衡量，分析了C30混凝土在不同水灰比下对抗渗性能的影响，指出水灰比是混凝土抗渗性能最重要的因素。

混凝土，水灰比，抗渗性，耐久性

1 概述

混凝土的抗渗性能是指混凝土抵抗有压介质(水、油、溶液等)渗透作用的能力。影响混凝土抗渗性能的因素很多，主要包括水灰比、水泥用量、砂率等。一般情况下认为，混凝土各项材料组成与配合比中对抗渗性最具影响力的因素是水灰比。事实上，在水灰比小于0.13，特别是掺有硅灰时，混凝土对于水与氯化物来说是不可渗透的，理论上我国规范水灰比最大限值为0.6。因此本文的目的就是分析不同水灰比对武易高速公路百花山隧道二次衬砌C30混凝土抗渗性能的影响。

2 试验原材料

2.1 水泥

本试验采用云南昆钢嘉华水泥建材有限公司P.O42.5水泥。

1)对水泥的物理性能：水泥凝结时间(初凝与终凝)见表1。

表1 水泥的物理性能

2)水泥胶砂强度。

水泥胶砂试验用于确定水泥的强度等级，用于检测水泥的抗折强度和抗压强度。根据试验测出了水泥胶砂强度见表2。

表2 水泥胶砂强度

2.2 集料

1)粗集料。

本试验中粗集料采用武定滑坡采石场碎石(连续级配5.0 mm～31.5 mm)。抗渗混凝土所用粗集料为碎石，是混凝土的主要组成材料，也是影响混凝土强度的重要因素之一。粗集料中针状颗粒过多，会降低混凝土强度，其含量应加以控制。粗骨料宜采用连续级配，其最大公称粒径不宜大于31.5 mm,含泥量不得大于1.0%，泥块含量不得大于0.5%。

2)细集料。

本试验中细集料采用仁兴西村石场机制砂(Ⅱ区中砂)。抗渗混凝土用细集料应采用级配良好，质地坚硬，颗粒洁净的河沙或海砂。当工程所在地没有河沙或海砂资源时，也可使用符合要求的山砂或机制砂。各类砂的技术指标必须符合要求才能使用。细集料宜采用中粗砂，含泥量不得大于3.0%，泥块含量不得大于1.0%。

2.3 拌合水

百花山隧道抗渗性混凝土拌合用水采用经试验室检验合格的pH值为4.5的洁净自来水。

2.4 外加剂

外加剂为昆明安夏新材料有限公司生产的防水减水剂，其掺量为水泥的1.5%，减水率为28%。

3 抗渗混凝土配合比设计

3.1 设计说明

本设计主要分析不同水灰比对C30抗渗混凝土性能的影响。设计坍落度为180 mm～200 mm；粗细集料洁净、无风化；水泥为昆钢嘉华P.O42.5水泥；外加剂为昆明安夏新材料有限公司生产的防水减水剂，其掺量为水泥的1.5%。

3.2 初步配合比计算

1)计算试配强度。

fcu，o=fcu，k+1.645σ=30+1.645×5=38.2 MPa。

2)计算水灰比。

W/C=(αa×fce)/(fcu，o+αa×αb×fce)=(0.53×1.12×42.5)∕(38.2+0.53×0.20×1.12×42.5)=0.58。

当W/C=0.2时，水泥不能充分产生水化作用，硬化后有未水化的水泥质点；当W/C=0.4时，水泥能充分进行水化作用，硬化后水泥石结构致密；当W/C=0.6时，过多的多余水蒸发后，在水泥中形成毛细孔。

经测定，适宜的水灰比宜为0.4～0.5，根据试验选水灰比0.45。

3)选定用水量。

根据所用材料的粒径及坍落度要求选取初步用水量mwo=205 kg/m3,减水剂的减水率为28%，计算掺外加剂后单位用水量mwa=mwo·(1-β)=205×(1-28%)=148 kg/m3。

4)计算掺外加剂后的单位水泥用量。

mco=mwa/(W/C)=148/0.45=329 kg/m3。

5)选取砂率。

根据碎石粒径大小及W/C查表确定砂率βS=45%。

6)计算粗集料、细集料的用量。

假定每立方米混凝土容重为2 450 kg/m3。

mco+mgo+mso+mwa=mcp。

βs=mso/(mgo+mso)=45%。

得：mso=888 kg/m3，mgo=1 085 kg/m3。

7)外加剂用量。

防水减水剂掺量为水泥的1.5%。

mj=329×0.015=4.935 kg/m3。

8)提出初步配合比。

水泥∶水∶砂∶碎石∶外加剂=329∶148∶888∶1 085∶4.935=1∶0.45∶2.70∶3.30∶0.015。

3.3 试验方案确定

为了分析水灰比对抗渗混凝土性能的影响，在集料级配相同的情况下，用不同的水灰比进行了混凝土的抗渗试验。抗渗水泥混凝土的配合比以控制坍落度为主，水灰比从0.40～0.50进行了3组水泥混凝土抗渗试验，每组试拌0.04 m3，3组不同水灰比下抗渗水泥混凝土配合比见表3。

表3 3组不同水灰比下抗渗混凝土各项材料拌合用量

根据上述混凝土配合比设计说明及抗渗混凝土初步配合比步骤计算出的拌制一个水灰比，将此水灰比作为基准水灰比,基准水灰比±0.05,可得到3个不相同的水灰比，见表3。可分为：

1组：基准水灰比+0.05(水灰比即为0.50);2组：基准水灰比0.45;3组：基准水灰比-0.05(水灰比即为0.40)。

再根据表3各组的配合比称量出所需拌制抗渗混凝土制作试件所需材料用量，按照每组水灰比制作6个圆台形试件，每个试件的尺寸均为175 mm×185 mm×150 mm，一共18试件。试件成型1 d后脱模，在标准养生条件下养护28 d，养护完成后进行抗渗试验，检验混凝土的抗渗等级是否达到要求。

3.4 抗渗混凝土制作与养护

1)主要试验仪器。

a.振动台。标准振动台，频率每分钟3 000次±200次，负荷下的振幅为0.35 mm,空载时的振幅为0.5 mm；平板振动机，功率一般为1.1 kW。

b.试模。抗渗混凝土试模为175 mm×185 mm×150 mm圆台形试模。

2)试验方法。

a.准备工作。取出新拌合的混凝土拌合物代表样，认为品质合格后，即开始制作试件。在制作试件时，须在拌合后15 min内装入试模并在45 min内成型完毕。

b.试件成型。在3组不同的水灰比下，每组试件为6个，共18个试件。试件抹面与试模边缘高差不得大于0.5 mm。

c.试件养护。试件成型后1 d拆模，在室温20 ℃±5 ℃,相对湿度在95%以上，试件宜放在铁架或木架上，间隔至少10 mm～20 mm，避免用水直接冲淋,标准养护龄期为28 d。

4 混凝土抗渗性试验

4.1 抗渗仪试验原理

混凝土抗渗仪试验原理是压力传感器可自动加压升高水压力，从而检测液体渗透过混凝土的程度。

4.2 抗渗性试验步骤

1)试件养生到期，取出擦干并刷净两端面，待干燥后在试件侧面滚涂一层密封材料，然后马上压入预热好的试模中，必须将试件底面和试模平齐，等试模冷却后就解除压力，接着装在渗透仪上进行抗渗试验检测。

2)进行抗渗试验检测时，起始水压力是0.2 MPa，每隔8 h就自动增加水压力0.1 MPa，同时认真观察试件表面情况，持续加压到6个试件中有3个试件表面渗出水，记录好此时的水压力就停止试验。若试验中,发现试件周边渗出水,应立即停止试验重新密封试件。

3)若加压水压力达到设计抗渗标号，经过8 h后第3个试件表面仍没有水渗出，此时证明混凝土满足抗渗设计要求，即可停止抗渗检测。

4)取出表面没有渗出水的试件，将试件劈裂并测定渗水高度。

4.3 抗渗性结果计算

混凝土抗渗标号等级一般分为：S2,S4,S6,S8,S10,S12。

抗渗标号按下式计算：

S=10H-1。

其中，S为混凝土抗渗标号；H为第三个试件表面开始有渗水时的水压力，MPa。

4.4 试验过程

第1组C30抗渗混凝土试件，其水灰比为0.50，当第三个试件表面渗水时的压力为0.8 MPa，其抗渗标号为S7。

第2组C30抗渗混凝土试件，其水灰比为0.45，当第三个试件表面渗水时的压力为1.1 MPa，其抗渗标号为S10。

第3组C30抗渗混凝土试件，其水灰比为0.40，当第三个试件表面渗水时的压力为1.3 MPa，其抗渗标号为S12，且劈裂后可量出它们的平均渗水高度为2.6 cm。

5 试验结果与分析

5.1 试验检测结果

根据混凝土的抗渗试验测出三组试件的试验结果如表4所示。

表4 混凝土抗渗标号结果

5.2 试验结果分析

根据表4试验结果可以分析得出：

1)当基准水灰比为0.45时，抗渗标号为S10，劈裂后混凝土的平均渗水高度为4.4 cm；当水灰比为0.50时，抗渗标号为S7，劈裂后混凝土的平均渗水高度为7.1 cm；当水灰比为0.40时，抗渗标号为S12，劈裂后混凝土的平均渗水高度为2.6 cm。

2)根据试验我们可以看出,当把混凝土劈裂后发现渗水的最高部位往往是有大粒径粗集料的地方，硬化后的水泥浆体部位渗水高度相对更低。

3)混凝土的抗渗能力主要取决于其内部胶结作用和内部浆体与集料的密实性，水灰比逐渐增大，混凝土的内部胶结和密实性都降低。

6 结语

1)水灰比对混凝土孔隙大小与数量起决定作用，直接影响混凝土密实程度。水灰比越小，混凝土密实性越高，抗渗性及强度越高。反之，水灰比过大，混凝土抗渗性也随之降低。

2)水灰比过大时，用水量太多，水泥在水化过程中，会在混凝土中留下大量的孔隙，同时孔隙相互贯通，使混凝土结构抗渗性能降低。

[1] JTG E42—2005,公路工程集料试验规程[S].

[2] JGJ 55—2011,普通混凝土配合比设计规程[S].

[3] TZ 204—2008,铁路隧道工程施工技术指南[Z].

The comparison impermeability performance influence of water cement ratio in secondary lining of Baihua mountain tunnel

Li Congde

(YunnanJiaotongVocationalTechnicalInstitute,Kunming650500,China)

Combining with the secondary lining engineering example of Baihua mountain tunnel of Wuyi hignway, taking the anti permeability label method as measurement method, water cement ratio as variables, age and extravasation material as measurement, this paper analyzed the influence of C30 concrete to impermeability under different water cement ratio, pointed out that the water cement ratio was the most important factor of concrete impermeability performance.

concrete water， cement ratio, impermeability, durability

1009-6825(2017)13-0162-03

2017-03-01

李从德(1972- ),男，副教授，高级工程师

U451.4

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