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

隨著我國交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的持續(xù)加快，隧道建設(shè)過程中經(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)過程中采用氣密性混凝土，但結(jié)合實(shí)際情況來看，通過不同材料、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，通過不斷調(diào)整膠凝材料使用量和氣密劑的摻入量來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，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。

（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)來說，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種氣密性混凝土來看，最佳的氣密劑摻入量應(yīng)為6.59%。

3 結(jié)語

在研究中，本文通過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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