寇建平

Cement and concrete production 水泥與混凝土生產(chǎn)

瓦斯隧道氣密性混凝土性能研究

寇建平

（中鐵十七局集團(tuán)第一工程有限公司，山東 青島 266000）

本文將分析膠凝材料體系和氣密劑摻入量對(duì)氣密性混凝土性能所造成的影響。研究中，將會(huì)通過(guò)調(diào)整膠凝材料組成及比例和氣密劑的摻入量，最終配置出不同配合比的C30氣密性混凝土，分析不同配合比混凝土的性能。

瓦斯隧道；氣密性混凝土；透氣性能

隨著我國(guó)交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的持續(xù)加快，隧道建設(shè)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到穿越瓦斯地帶的情況，進(jìn)而導(dǎo)致隧道建設(shè)出現(xiàn)額外的問(wèn)題和難題。在此情況下，為增強(qiáng)隧道的氣密性，需要在隧道建設(shè)過(guò)程中采用氣密性混凝土，但結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，通過(guò)不同材料、不同配合比所制備出的氣密性混凝土，其實(shí)際抗?jié)B透性、抗透氣性和耐久性能也不盡相同?；诖?，本文為能夠確定不同材料和配合比對(duì)氣密性混凝土性能的影響，進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)際研究，以期能夠?yàn)楹罄m(xù)氣密性混凝土的推廣應(yīng)用提供理論參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 膠凝材料

試驗(yàn)中所使用的膠凝材料均為某公司所生產(chǎn)的強(qiáng)度為42.5的普通硅酸鹽水泥，此水泥的初凝和終凝時(shí)間分別為130min和210min，在3d時(shí)的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別為5.8Mpa和25.9Mpa，在28d時(shí)的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別為8.5Mpa和49.8Mpa，比表面積為350kg/m2；粉煤灰均為某粉煤灰場(chǎng)所生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰，此粉煤灰在經(jīng)過(guò)45μm方篩篩余量為8.5%，實(shí)際流動(dòng)度比為103%，需水比為96%，燒失量為5.24%。

1.1.2 骨料

骨料主要分別粗骨料和細(xì)骨料兩部分。粗骨料采用粒度為5mm~20mm的連續(xù)級(jí)配天然碎石，含泥量和泥塊含量分別為0.75和0.3%，孔隙率為32%；細(xì)骨料選用細(xì)度模數(shù)為2.7的天然河砂，孔隙率為37%，石粉含量為4.8%。

1.1.3 外加劑

試驗(yàn)中所使用的外加劑主要分別減水劑和氣密劑兩種，其中減水劑會(huì)選用由某公司所生產(chǎn)的減水率為30%的聚羧酸高性能減水劑，在進(jìn)行膠凝材料制備中的摻入量為1.0%；氣密劑選用混凝土專(zhuān)用防腐氣密劑，其中氯離子含量為0.02%，堿含量為0.49%，水含量為0.09。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

結(jié)合現(xiàn)有的研究成果，通過(guò)不斷調(diào)整膠凝材料使用量和氣密劑的摻入量來(lái)最終制備出不同配合比的C30氣密性混凝土。另外，為確保試驗(yàn)結(jié)果的精確有效性，避免加入不必要的變量因素，試驗(yàn)中會(huì)將混凝土水膠比控制在0.45，砂率控制在45.7%，具體配合比設(shè)計(jì)方案如表1所示。

表1 混凝土配合比設(shè)計(jì)表

1.3 試驗(yàn)方法

在試驗(yàn)中，會(huì)將不同配合比的氣密性混凝土澆筑層大小分布為100×100×100mm以及100×100×400mm的混凝土試件，然后對(duì)混凝土的經(jīng)時(shí)坍落度和經(jīng)時(shí)含氣量【1】；在7d、28d以及56d時(shí)混凝土試件的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定；具體氣密性混凝土要求標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)參考《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10424-2018）。

2 結(jié)果與討論

通過(guò)試驗(yàn)分析，最終獲取到圖1中的試驗(yàn)結(jié)果。

圖1 氣密性混凝土試驗(yàn)結(jié)果圖

（1）含氣量

如圖（a）所示，隨著膠凝材料中粉煤灰的摻入量不斷減少，氣密性混凝土中的含氣量將會(huì)不斷減少（1號(hào)~3號(hào)）。另外，從圖（a）中還可以了解到隨著膠凝材料中氣密劑摻入量的不斷減少，氣密性混凝土中的含氣量將會(huì)不斷減少（2號(hào)~5號(hào)）。

（2）坍落度

如圖（b）所示，隨著混凝土膠體材料中粉煤灰摻入量的不斷減少，氣密性混凝土的坍落度也會(huì)隨之增加（1號(hào)~3號(hào)）。之所以會(huì)出現(xiàn)此種情況，主要是因?yàn)榉勖夯抑写嬖诜勖夯翌w粒，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)微珠效應(yīng)情況，可以在膠體材料中起到滾珠效果，進(jìn)而降低混凝的坍落度，提高混凝土性能【2】。

（3）力學(xué)性能

由圖（c）和（d）可知，當(dāng)試件制備試件達(dá)到7d后，其實(shí)際強(qiáng)度和將會(huì)快速增長(zhǎng)，基本上均可以達(dá)到56d時(shí)的60%~70%，但試件制備試件達(dá)到28d后，試件的實(shí)際抗壓強(qiáng)度的增加幅度開(kāi)始小幅度下降，此時(shí)試件的實(shí)際強(qiáng)度基本上可以達(dá)到56d時(shí)的85%左右，之后隨著時(shí)間的不斷推移，試件的實(shí)際強(qiáng)度將會(huì)逐步趨于穩(wěn)定。

如圖（c）所示，隨著粉煤灰摻入量的逐步減少，在7d時(shí)，氣密性混凝土的實(shí)際抗壓強(qiáng)度卻不斷下降，隨著時(shí)間的不斷推進(jìn)，當(dāng)在56d時(shí)，氣密性混凝土的實(shí)際抗壓性能下降幅度相比較7d時(shí)進(jìn)一步加大（1號(hào)~3號(hào)）。之所以會(huì)出現(xiàn)此情況，主要是因?yàn)榉勖夯抑泻谢鹕交一钚晕镔|(zhì)和微集料物質(zhì)，在該些物質(zhì)的填充下，氣密性混凝土的致密性得到進(jìn)一步提升，降低孔隙率，最終提高氣密性混凝土的實(shí)際抗壓性能【3】。隨著氣密劑摻入量的逐步減少，氣密性混凝土的抗壓強(qiáng)度持續(xù)下降，且隨著時(shí)間的不斷推移，此下降幅度還會(huì)進(jìn)一步增加（2號(hào)~5號(hào)）。與粉煤灰所產(chǎn)生的作用大致相同，氣密劑摻入量的增加將會(huì)導(dǎo)致氣密劑與水泥水化反應(yīng)中所生產(chǎn)的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等化合物的產(chǎn)生量增加，進(jìn)而降低氣密性混凝土的孔隙率，提高氣密性混凝土的整體抗壓性能。

如圖（d）所示，隨著粉煤灰摻入量的不斷減少，氣密性混凝土的抗折強(qiáng)度也在不斷下降，且此種下降情況會(huì)隨著時(shí)間的不斷推移還會(huì)得到進(jìn)一步增加（1號(hào)~3號(hào)）。隨著氣密性混凝土中氣密劑摻入量的不斷降低，氣密性混凝土的抗折強(qiáng)度將會(huì)不斷下降，且此種下降情況還會(huì)隨著時(shí)間的不斷推移而小幅度增加。由此可知，隨著粉煤灰和氣密劑摻入量的不斷增加，氣密性混凝土的抗折性能也將會(huì)得到一定增長(zhǎng)。

（4）透氣性

如圖（e）所示，在水泥和粉煤灰的質(zhì)量比為280：100時(shí)，氣密性混凝土試件的實(shí)際透氣率將為0.59×10-11cm/s，相比較2號(hào)和3號(hào)來(lái)說(shuō)，1號(hào)氣密性混凝土透氣系數(shù)提高了近20%；隨著氣密劑摻入量的逐步增加，氣密性混凝土的透氣系數(shù)也會(huì)得到進(jìn)一步增加，結(jié)合5種氣密性混凝土來(lái)看，最佳的氣密劑摻入量應(yīng)為6.59%。

3 結(jié)語(yǔ)

在研究中，本文通過(guò)不同配合比的膠凝材料和不同摻入量的氣密劑制備出了不同性能的C30氣密性混凝土，并對(duì)相關(guān)混凝土的含氣量，坍落度以及力學(xué)性能進(jìn)行分析測(cè)定，最終得到以下結(jié)論：

（1）增加氣密性混凝土中的氣密劑的摻入量，將可以有效提高氣密性混凝土的力學(xué)性能，降低混凝土坍落度；

（2）增加膠凝材料中的粉煤灰摻入量，將可以有效減少混凝土的含氣量，增強(qiáng)氣密性混凝土的力學(xué)性能，但卻會(huì)增加氣密性混凝土的坍落度。

（3）當(dāng)氣密性混凝土中水泥和粉煤灰的質(zhì)量比為280：100，氣密劑的摻入量不應(yīng)低于6.59%

[1]邱瑩.新高坡瓦斯隧道氣密性混凝土配合比設(shè)計(jì)[J].國(guó)防交通工程與技術(shù),2018,v.16；No.98(S1):20-22.

[2]楊育紅.瓦斯隧道高性能氣密性混凝土的配制及應(yīng)用[J].鐵道建筑,2018,058(004):83-86.

[3]姬建東.瓦斯隧道氣密性混凝土配制及施工技術(shù)的分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2018,000(006):161.

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