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        C25自密實混凝土在隧道工程中的應用探究

        2024-01-27 11:35:24龔毅
        中國公路 2023年20期
        關鍵詞:混凝臺車隧道

        龔毅

        (湖南省高速公路集團有限公司,湖南 長沙 410003)

        0 引言

        隨整體模筑混凝土施工工藝在隧道工程中的全面應用,隧道二次襯砌的整體性、外觀質(zhì)量得到了本質(zhì)改善,隧道襯砌施工的自動化、機械化水平取得了飛躍式發(fā)展。但運用此種工藝,混凝土需要用機械泵送,在狹長的空間(或有鋼筋)流動,填充密實,要求具備良好的填充性、間隙通過性、抗離析性。以混凝土試驗指標來表征上述性能,即良好的坍落擴展度(SF)、離析率、擴展時間(T500)性能等,并且歷時損失小,屬于新拌和混凝土工作性能范疇。另外,考慮二襯臺車的周轉(zhuǎn),襯砌混凝土應在24h內(nèi)達到拆模強度;考慮隧道結構設計使用性能,襯砌混凝土28d應達到設計強度,屬于混凝土早期性能、硬化強度范疇?;趪鴥?nèi)外學者對自密實混凝土大量的研究[1-4],自密實混凝土已在諸多工程領域成功應用[5-7],相關技術規(guī)范也不斷完善,其表現(xiàn)出優(yōu)異的工作性能、良好的硬化后性能,全面滿足了隧道二次襯砌混凝土的性能需求,是改善混凝土工作性能,消除二襯混凝土脫空、蜂窩麻面問題的有效技術途徑。

        自密實混凝土相較于普通混凝土,膠凝材料多、砂率大。一般公路隧道設計混凝土強度為C25,根據(jù)《普通混凝土配合比設計規(guī)程》(JGJ 55),其水膠比大致為0.50,推薦最大砂率為40%(設計坍落度為220mm)。然而,在工程實踐中,為得到工作性能更佳的自密實混凝土,在水膠比不變、膠凝材料用量和外加劑用量合理的原則下,調(diào)整膠凝材料用量、外加劑用量或砂的體積分數(shù)等,直至符合自密實性能指標,最后根據(jù)試拌結果,確定混凝土強度試驗中的基準配合比。這對于設計強度較低的C25混凝土來說,配合比可調(diào)整范圍很小,對原材料質(zhì)量、制備流程的控制要求更嚴苛,是制約其在隧道襯砌施工中廣泛應用的重要原因。

        本文依托湖南高速公路隧道工程實際,制備了C25自密實隧道襯砌混凝,并研究應用現(xiàn)場試驗、檢測分析手段,以及各主要性能、技術效益,為C25自密實混凝土在隧道工程中的應用提供了工程實踐案例。

        1 試驗

        1.1 原材料和配合比

        粗骨料為石灰石碎石,粒徑范圍為5mm~20mm、連續(xù)級配,表觀密度為2650kg/m3。細骨料為湘江產(chǎn)河砂,細度模數(shù)為2.8。中砂表觀密度為2660kg/m3,堆積密度為1460kg/m3。水泥為普通硅酸鹽水泥,強度等級為32.5,密度3.09g/cm3,比表面積330m2/kg。粉煤灰為湘潭電廠生產(chǎn)F類粉煤灰,密度2.34g/cm3,細度15%。減水劑為聚羧酸高效減水劑,減水率為17.8%,固含量21.5%。拌和用水為自來水。

        基于流變參數(shù)設計的配合比設計方法和試拌調(diào)整,確定水膠比W/C取0.45,砂率βs取49%,基準配合比為mco:mfo:mgo:mso:mFDNo:mwo=352:99:856:856:3.61:180=1:0.28:2.43:2.43:0.10:0.51。

        1.2 試驗方案

        根據(jù)《自密實混凝土應用技術規(guī)程》(JGJ/T 283)規(guī)定,結合隧道二襯鋼筋最小間距為20cm(Ⅴ級圍巖)、襯砌最小厚度為30cm(Ⅱ級圍巖)等實際情況,選取坍落擴展度(SF,mm)、擴展時間(T500,s)為自密實性能評價控制指標,具體技術要求為:SF∈(500,655);T500∈[2,30)。

        試驗方法為對兩批次混凝土進行試驗,參照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》(GB/T 50080-2016)中坍落擴展度試驗、擴展時間試驗方法實施。

        根據(jù)當前隧道二襯施工實際(1天1班),要求在24h能拆除端頭模板并進行人工鑿毛,即混凝土24h強度大于鑿毛強度2.5MPa;要求36h能卸落二襯臺車,即混凝土36h強度大于拆模強度8MPa。此處認為初期支護已收斂穩(wěn)定,參考《高速鐵路隧道施工技術指南》(鐵建設〔2010〕241號)規(guī)定。另外,為滿足設計使用功能,要求混凝土28d強度大于設計強度25MPa。

        試驗方法為制作同條件養(yǎng)護150mm×150mm×150mm的立方體試件6組,參照《普通混凝土力學性能試驗測試方法標準》(GB/T 50081-2002)完成抗壓強度試驗,檢測其24h、36h、3d、7d、28d、56d立方體抗壓強度;對隧道襯砌28d抗壓強度,采用《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規(guī)程》(JGJ/T23)方法檢測不同部位強度情況。

        2 試驗結果及分析

        2.1 新拌混凝土工作性能

        先后對2批次混凝土進行坍落度、坍落擴展度、擴展時間完成測試,結果如表1所示。

        表1 C25自密實混凝土工作性能

        如表1所示,C25自密實混凝的坍落度在265mm~295mm之間,滿足施工需要(200mm);C25自密實混凝的坍落擴展度在610mm~670mm之間,擴展時間在2.7s~3.7s之間。根據(jù)《自密實混凝土應用技術規(guī)程》規(guī)定,已到達自密實混凝土拌和物性能填充性(控制性指標)的要求,能較好地適用于鋼筋間距大于200mm、模板寬度大于300mm的隧道襯砌施工中。另外,對比兩個批次測試結果,二者差異較小,表明了制備的C25自密實混凝新拌工作性能穩(wěn)定,適應施工需要。

        2.2 強度

        對6組同條件養(yǎng)護試塊分別于24h、36h、3d、7d、28d、56d,進行立方體抗壓試驗,結果如表2所示。對試驗段28d隧道二襯混凝土強度進行回彈檢測,縱向在臺車中間、兩端(內(nèi)側(cè)1m)選取3個斷面,每個斷面有拱頂、左右拱腰、左右邊墻5個測點,共15個測點,強度換算后結果如表3所示。

        表2 C25自密實混凝土強度

        表3 C25自密實混凝土回彈強度

        如表2所示,同條件養(yǎng)護C25自密實混凝土強度的增加速度前期大、后期小,至28d以后趨于水平。坍落度在265mm~295mm之間,滿足施工需要(200mm)。C25自密實混凝24h強度為5.8MPa,大于混凝土鑿毛強度要求2.5MPa,滿足二襯澆筑完成后次日拆除堵頭模板開始鑿毛作業(yè)的需求;C25自密實混凝34h強度為8.4MPa,大于隧道二襯拆模強度要求8MPa,滿足二襯澆筑完成后第2日移動臺車的施工需求。

        根據(jù)施工實際,隧道二襯混凝土前期帶模養(yǎng)護,水化熱不能完全消散,致使二襯混凝土實體溫度要高于同條件養(yǎng)護試塊,故可推理得到,帶模養(yǎng)護階段二襯實體混凝土的強度高于同條件養(yǎng)護試塊。C25自密實混凝28d強度為31.1MPa,大于設計強度25MPa,滿足設計使用要求。

        如表3所示,C25自密實混凝土隧道二襯28d強度均大于設計強度25MPa,且隧道二襯各測點處強度無顯著差異,表明制備的C25自密實混凝土均勻、性能穩(wěn)定,適應施工需要。

        3 技術效益分析

        3.1 社會效益

        基于隧道工程中的應用實踐,C25自密實混凝在質(zhì)量保障、低碳節(jié)能、工作環(huán)境等方面有顯著的社會效益,體現(xiàn)了“技術先進、低碳環(huán)保”的理念,具體分析如表4所示。

        表4 C25自密實混凝土的社會效益分析

        3.2 經(jīng)濟效益

        對比分析普通C25混凝土與自密實C25混凝土的直接材料成本,如表5所示。

        表5 C25自密實混凝土的經(jīng)濟效益分析

        C25自密實混凝土比普通C25混凝土的直接材料成本略微低一點,而且C25自密實混凝土在施工中對機械消耗、耗電、人工費的節(jié)約較大,其間接經(jīng)濟效益較大。綜合而言,C25自密實混凝土應用在隧道工程中具有顯著的經(jīng)濟效益。

        4 結束語

        通過對C25自密實混凝在隧道工程的實踐,經(jīng)過現(xiàn)場試驗、檢測研究及技術效益分析,本文所提出的C25自密實混凝土,坍落擴展度、擴展時間等工作性能指標達到自密實性的要求,很好地滿足了隧道二襯混凝土的需要。

        C25自密實混凝土,24h、36h強度能滿足隧道二襯施工端頭鑿毛、臺車移動的施工需求,28d強度符合設計強度要求,大規(guī)模制備性能均勻、穩(wěn)定,適應隧道工程施工。同時,在隧道施工的質(zhì)量保障、低碳節(jié)能、工作環(huán)境等方面有明顯的技術優(yōu)勢,直接材料成本較普通混凝土低0.3%,綜合經(jīng)濟效益顯著。

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