王拓新

摘要：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，眾多交通線路也在不斷完善。由于我國緯度跨度較大存在大量氣候嚴寒的區(qū)域，在我國青藏高原和東北北部地區(qū)進行寒區(qū)隧道的修建必不可少。在眾多高緯度嚴寒地區(qū)，具有充足的地下水，修建隧道的過程中容易出現(xiàn)開裂、漏水等凍害。本試驗根據(jù)我國工程抗凍、外加劑種類摻量等相關(guān)要求檢驗，確保寒區(qū)隧道施工技術(shù)滿足工程需求，設(shè)計合理的初步配合比，確定原材料運輸及施工過程中的保溫防凍措施。通過試件的抗壓檢測實際強度，并合理評價工程中抗防凍技術(shù)。結(jié)果表明，通過有效的寒區(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，對類似工程具有指導作用。

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：U451+.2

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）07-0122-05

眾所周知，我國大量隧道維持結(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，環(huán)境溫度對實際混凝土的施工質(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)首先就需要考慮實際施工環(huán)境中混凝土的凍害。根據(jù)我國混凝土施工的相關(guān)規(guī)定，當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，混凝土的施工過程進入冬季施工狀態(tài)。與常溫施工相比，混凝土在溫度低于5C時出現(xiàn)明顯的強度緩增情況，當氣溫低于混凝土的液相冰點時，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。現(xiàn)階段，我國已經(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，實際施工過程中，可以借鑒的經(jīng)驗較少。因此，該研究嘗試用實踐研究的方式，探討在寒區(qū)混凝土中加入RSD外加劑后對混凝土抗壓和抗凍性能的影響。

試驗部分

1.1試驗材料

1.1.1水泥

本試驗中考慮產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟性選擇牙克石蒙西水泥有限公司提供的水泥，水泥的標號為P042.5級，實際應(yīng)用過程中運距約為120km。水泥的各項指標如表1所示。

1.1.2粗骨料

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

料星現(xiàn)連續(xù)級配，其基本的指標如表2所示。

1.1.3細骨料

本試驗中采取的細集料主要是富拉爾基河砂生產(chǎn)場供應(yīng)的富拉爾基產(chǎn)河沙，關(guān)于本次試驗中采取的細集料，具備的各項指標如表3所示。

1.1.4外加劑

根據(jù)本次試驗實際的施工情況，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，本試驗根據(jù)不同種類外加劑的效果和經(jīng)濟性，最終優(yōu)選防水劑和早強防凍劑分別為我國內(nèi)蒙古榮升達企業(yè)中RSD-7和RSD-3外加劑。

在使用過程中，本次試驗選取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%，試驗中需要的早強防凍劑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。在本次試驗中根據(jù)實際的需求和不同外加劑摻量對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，滿足抗凍等級要求和在-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

根據(jù)我國隧道混凝土施工和相關(guān)工程抗防凍設(shè)計的基本要求顯示，在隧道區(qū)域的混凝土應(yīng)該至少具有40MPa的抗壓強度，同時確保結(jié)構(gòu)具有S8抗?jié)B等級，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

根據(jù)我國在2009年發(fā)布的關(guān)于《普通水泥混凝上配合比設(shè)計規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定進行混凝土配合比的初步設(shè)計，其中每立方材料的基礎(chǔ)用量為：膠凝材料水泥398kg，細骨料砂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)整提出基準配合比

在實驗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。通過實驗室內(nèi)進行的混凝土和易性調(diào)試實驗最終確定了施工過程中應(yīng)用的基本配合比。在進行試驗中混凝土強度檢測的時候通過三組不同的配合比進行強度試驗，其中以確定的基準配合比進行實驗，分別將另外兩組水灰比進行0.05幅度的增減，砂率分別進行1%的增減，制備混凝土試件。

第1組膠凝材料水泥15.75kg，細骨料砂26.88kg，粗骨料石37.135kg，水5.985kg，防水劑0.378kg，防凍劑0.394kg，基準的水灰比為0.38，實驗中確定的砂率為42%;

第2組膠凝材料水泥13.93kg，細骨料砂28.315kg，粗骨料石37.52kg，水5.985kg，防水劑0.334kg，防凍劑0.348kg，基準的水灰比為0.43，實際的砂率為43%;

第3組膠凝材料水泥12.46kg.細骨料砂29.61kg，粗骨料石37.695kg，水5.985kg，防水劑0.229kg，防凍劑0.312kg，基準的水灰比為0.48，實際的砂率為44%。

2實驗設(shè)計

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

2.1原材料運輸及供應(yīng)

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

2.2澆筑過程保溫

為了能夠確保施工過程中隧道內(nèi)保持正常的施工溫度和基本環(huán)境，本試驗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。同時在建設(shè)基礎(chǔ)的時候需要預埋后期的保溫用管，采取套管的形式，兩個套管之間間距為lm，不同的套管之間通過蝴蝶扣的方式進行連接，并且打膨脹螺栓，通過剪刀撐固定鋼管架。門框的示意圖1如下。

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

公式（1）中Q為計算熱量值，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度的空氣質(zhì)量（kg），△t代表施工過程中的溫差。根據(jù)測定發(fā)現(xiàn)隧道工程中每單位長度的空氣質(zhì)量為129.46kg。根據(jù)供需平衡計算出每片暖氣片能夠在30min內(nèi)提供3307.5KJ，實際工程中每單位長度需要1.6片暖氣片。

實驗結(jié)果

3.1溫度監(jiān)測

為了能夠確保混凝土在嚴寒地區(qū)施工過程中具有正常的原材料、拌合、澆筑、養(yǎng)護溫度，需要進行溫度的監(jiān)測，合理調(diào)整保溫措施的加熱頻率，提高能源利用率。

通過圖2能夠清晰顯示施工階段隧道外部環(huán)境從10月開始到次年4月每日最低溫度的變化趨勢。通過圖3能夠顯示該時間段內(nèi)儲備原材料料倉中的加熱情況，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，說明通過鍋爐加熱以及管道鋪設(shè)的方式進行原材料的供暖具有優(yōu)良的效果。

通過圖4能夠顯示隧道工程施工期間整個混凝土拌合站中的基本溫度變化情況，通過測量發(fā)現(xiàn)試驗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，并且在施工過程中，隧道內(nèi)部不同區(qū)域的溫度均比預計的最低溫度更高，說明通過在隧道施工過程中設(shè)定保溫門進行隔熱，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混凝土強度

根據(jù)混凝土強度的評定標準，本項目通過在混凝土澆筑點進行隨機取樣，制作標養(yǎng)試件3組和同養(yǎng)試件3組，分別測定抗壓強度，如表4、表5所示。

3.3混凝土抗凍性能

本項目通過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28d在齡期前4d浸泡于飽和石灰水中進行凍融試驗。繪制混凝土質(zhì)量損失與動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)場取樣的時間養(yǎng)護后擦凈表面水漬，通過鋼絲固定端面，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，裝入滲透儀進行檢測，具體結(jié)果如表6所示。

4結(jié)語

通過工程應(yīng)用實踐，明確了在寒區(qū)隧道施工技術(shù)中通過以下3種方式能夠有效進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)計混凝土配合比;③確保施工階段、養(yǎng)護等階段混凝土原材料的保溫工作。

通過對混凝土溫度、強度、抗?jié)B性和抗凍性的檢測發(fā)現(xiàn)通過以上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)混凝土施工過程中，能夠研制出適用范圍更廣的外加劑，操作更加簡便的保溫措施。

參考文獻

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