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        高海拔高速公路隧道混凝土抗凍耐久性能試驗(yàn)研究

        2024-06-03 17:52:32李大清
        交通科技與管理 2024年6期
        關(guān)鍵詞:混凝土

        李大清

        摘要 高海拔地區(qū)高速公路隧道用混凝土對(duì)抗凍性能、耐久性能等要求較高,文章為研究適應(yīng)高海拔高速公路隧道的高性能混凝土,做了混凝土配合比優(yōu)化與抗凍耐久性能試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:(1)玄武巖纖維(BF)0.15%摻量內(nèi)能夠降低混凝土受凍后質(zhì)量損失率、提高動(dòng)彈性模量;摻量0.15%時(shí)混凝土抗硫酸鹽等級(jí)為KS90;試驗(yàn)確定BF最佳體積摻量為0.15%。(2)適量硅灰摻加能夠提高隧道混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能與抗?jié)B性能,試驗(yàn)確定硅灰最佳摻量為40 kg·m?3。(3)優(yōu)化配合比的混凝土應(yīng)用于高海拔高速公路隧道澆筑中,混凝土和易性更佳,凝結(jié)硬化表面相對(duì)平整,無混凝土脫落,28 d抗壓強(qiáng)度54.72 MPa,抗硫酸鹽等級(jí)KS90。

        關(guān)鍵詞 高海拔高速公路;隧道;混凝土;抗凍性能;耐久性能

        中圖分類號(hào) U455.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949(2024)06-0101-03

        0 引言

        隨著國家出臺(tái)提高公共設(shè)施建設(shè)能力的系列政策,國內(nèi)在高速公路、高速鐵路建設(shè)等方面建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大。近年來,高速公路、鐵路逐漸向西部地區(qū)延伸的同時(shí),給工程施工帶來很大難度。一方面自然工況惡劣,施工難度大;另一方面施工所需材料性能要求高,普通材料無法滿足工程應(yīng)用要求。該試驗(yàn)研究結(jié)合目前施工難度較大的高海拔地區(qū)高速公路隧道混凝土做相關(guān)研究。

        針對(duì)高速公路隧道混凝土,國內(nèi)許多專家學(xué)者也有相關(guān)研究。王杰之[1]等人做了高速公路隧道用洞渣混凝土耐久性研究與應(yīng)用,何柳[2]研究了機(jī)制砂成分對(duì)隧道混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響。劉飛[3]系統(tǒng)梳理了隧道襯砌混凝土抗?jié)B抗凍性能研究進(jìn)展。

        雖然針對(duì)隧道混凝土研究很多,但針對(duì)高海拔高速公路的研究鮮有報(bào)道。該文試驗(yàn)研究高海拔高速公路隧道混凝土的抗凍性能及耐久性能,得到抗凍性能、耐久性能最佳的混凝土。試驗(yàn)研究為高海拔地區(qū)隧道用高性能混凝土提供了理論與數(shù)據(jù)參考。

        1 試驗(yàn)原材料

        膠凝材料:水泥,P·O42.5R,早強(qiáng)普通硅酸鹽水泥。硅灰,活性二氧化硅(SiO2),SiO2含量≥92%。粉煤灰,Ι級(jí)粉煤灰。

        外加劑:減水劑,聚羧酸減水劑,液體,TPEG合成。速凝劑,Ⅱ型無堿速凝劑,液體,硫鋁酸鹽合成。

        骨料:人工砂,破碎花崗巖,符合Ⅱ區(qū)中型砂;碎石子,5~10mm連續(xù)粒級(jí)碎石。

        纖維:玄武巖纖維,簡稱BF。

        水:實(shí)驗(yàn)室自來水。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 混凝土基礎(chǔ)配合比試驗(yàn)

        該文試驗(yàn)研究混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)C45,經(jīng)計(jì)算得到C45噴射混凝土基礎(chǔ)配合比,混凝土為細(xì)石混凝土??紤]混凝土應(yīng)用于實(shí)際工程高海拔地區(qū)高速公路隧道中,隧道內(nèi)自然狀況相對(duì)較差,不確定環(huán)境因素較多,對(duì)混凝土澆筑后影響較大,混凝土存在侵氯離子蝕、動(dòng)水滲透、凍融影響等缺陷??紤]在基礎(chǔ)配合比基礎(chǔ)上,做試驗(yàn)配合比優(yōu)化以提高混凝土抗凍性能、耐久性能。

        2.2 BF對(duì)高海拔高速公路隧道混凝土抗凍耐久性能影響

        大量研究表明,大多數(shù)合成纖維(鋼纖維、玄武巖纖維、聚乙烯醇纖維等)摻加到隧道用混凝土中會(huì)提高混凝土致密性與整體性,由于細(xì)度大、比表面積大,其與漿體及骨料會(huì)形成致密網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。因此該部分試驗(yàn)考慮通過摻加BF,研究對(duì)混凝土抗凍耐久性能的影響,以期提高隧道混凝土抗凍性能、耐久性能。BF摻量(體積摻量)分別為0%、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%,如圖1所示,為抗凍性能試驗(yàn)結(jié)果。如圖2所示,為耐久性能試驗(yàn)結(jié)果。

        圖1試驗(yàn)結(jié)果得出:經(jīng)過50次凍融循環(huán),隨著BF摻量增加,質(zhì)量損失率先減小后增大,相對(duì)動(dòng)彈性模量先增大后減小。經(jīng)過200次凍融循環(huán),隨著BF摻量增加,質(zhì)量損失率先減小后增大,相對(duì)動(dòng)彈性模量先增大后減小。試驗(yàn)分析表明,BF有助于提高隧道混凝土抗凍性,原因是混凝土中摻加BF促使水泥漿體與骨料顆粒之間的接觸更大,增強(qiáng)了水泥水化產(chǎn)物附著于粗細(xì)骨料表面的能力,混凝土的整體密實(shí)度大幅度提高,抗凍性能也隨之提高[4-5]。

        圖2試驗(yàn)結(jié)果得出:BF摻量0%,混凝土干濕交替90次時(shí)抗壓強(qiáng)度耐腐蝕系數(shù)、質(zhì)量損失率分別為73.5%、4.6%,抗壓強(qiáng)度耐腐蝕系數(shù)低于75%,混凝土抗硫酸鹽等級(jí)為KS60。BF摻量0.05%,混凝土抗硫酸鹽等級(jí)同為KS60。BF摻量0.1%,混凝土抗硫酸鹽等級(jí)同為KS60。BF摻量0.15%,混凝土干濕交替90次時(shí)抗壓強(qiáng)度耐腐蝕系數(shù)、質(zhì)量損失率分別為75.6%、4%,混凝土抗硫酸鹽等級(jí)為KS90。BF摻量0.2%,混凝土抗硫酸鹽等級(jí)同為KS60。試驗(yàn)表明,BF會(huì)提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能。原因是BF會(huì)使混凝土各組分之間的整體連接的整體性更強(qiáng),結(jié)構(gòu)更加致密,微觀孔隙同時(shí)大幅減少[6]。該部分試驗(yàn)得出結(jié)論:BF最佳體積摻量為0.15%。

        2.3 硅灰對(duì)高海拔高速公路隧道混凝土耐久性能影響試驗(yàn)研究

        上述試驗(yàn)研究得出,BF對(duì)高海拔高速公路隧道混凝土抗凍耐久性能的影響,得到BF最佳摻量。研究表明,在氯鹽侵蝕環(huán)境較為嚴(yán)重的水工隧洞工程中復(fù)摻一定比例的礦物摻合料,如硅灰、礦粉等,會(huì)提高混凝土耐久性能。因此,該文考慮摻加適量硅灰,研究對(duì)隧道混凝土耐久性能的影響,耐久性能以混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)指標(biāo)表征。硅灰摻量分別為0 kg·m?3、20 kg·m?3、40 kg·m?3、

        60 kg·m?3、80 kg·m?3,如圖3所示為抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)結(jié)果。

        圖3試驗(yàn)結(jié)果得出:硅灰摻加對(duì)隧道混凝土抗侵蝕性能有一定影響。摻加硅灰所有配合比,混凝土干濕交替90次時(shí)抗壓強(qiáng)度耐腐蝕系數(shù)均大于75%,抗硫酸鹽等級(jí)均為KS90。隨著硅灰摻量增加,干濕交替30次的混凝土質(zhì)量損失率先增大后減小再增大,干濕交替60次的混凝土質(zhì)量損失率先減小后增大,干濕交替90次的混凝土質(zhì)量損失率先減小后增大。分析硅灰對(duì)隧道混凝土抗侵蝕性能影響,硅灰中主要成分為高火山灰活性SiO2,在偏堿性水泥漿體內(nèi)能夠與其中的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng),生成結(jié)構(gòu)致密凝膠體,凝膠體附著于骨料表面,增加黏結(jié)力與致密性[7-8]。通過該部分試驗(yàn)得出結(jié)論:硅灰最佳摻量為40 kg·m?3。

        2.4 高海拔高速公路隧道混凝土最佳配合比

        上述研究做了玄武巖纖維、硅灰對(duì)高海拔高速公路隧道混凝土抗凍及耐久性能試驗(yàn)研究,得到兩種材料的最佳摻量比例,即BF最佳體積摻量0.15%、硅灰最佳摻量40 kg·m?3。對(duì)比基礎(chǔ)隧道細(xì)石混凝土,試驗(yàn)結(jié)果見表1。

        對(duì)比表明:相比基礎(chǔ)混凝土,優(yōu)化配合比的混凝土應(yīng)用于高海拔高速公路隧道澆筑中,混凝土和易性更佳,凝結(jié)硬化表面相對(duì)平整,無混凝土脫落。同時(shí)測(cè)試混凝土28 d留??箟簭?qiáng)度分別為51.41 MPa、54.72 MPa;混凝土抗硫酸鹽等級(jí)分別為KS60、KS90。

        3 結(jié)論

        該文做了高海拔高速公路隧道混凝土抗凍耐久性能試驗(yàn)研究,通過綜合試驗(yàn)研究得出以下結(jié)論:

        (1)BF促使水泥漿體與骨料顆粒之間的接觸更大,增強(qiáng)水泥水化產(chǎn)物附著于粗細(xì)骨料表面的能力,混凝土的整體密實(shí)度大幅提高,進(jìn)而提高了隧道混凝土抗凍性能、耐久性能。

        (2)硅灰中的活性SiO2,在偏堿性水泥漿體內(nèi)能夠與Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng),生成結(jié)構(gòu)致密的凝膠體,增加混凝土的黏結(jié)力與致密性,進(jìn)而提高隧道混凝土耐久性能。

        (3)與基礎(chǔ)混凝土相比,優(yōu)化配合比的混凝土應(yīng)用于高海拔高速公路隧道澆筑中,混凝土和易性更佳,凝結(jié)硬化表面相對(duì)平整,無混凝土脫落,抗壓強(qiáng)度更高,抗硫酸鹽等級(jí)更高。

        參考文獻(xiàn)

        [1]王杰之, 溫樹磊, 魏文安, 等. 高速公路隧道用洞渣混凝土耐久性研究與應(yīng)用[J]. 建筑技術(shù), 2023(19): 2355-2358.

        [2]何柳. 機(jī)制砂成分對(duì)隧道混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響[J]. 混凝土與水泥制品, 2022(5): 21-25.

        [3]劉飛. 隧道襯砌混凝土抗?jié)B抗凍性能研究進(jìn)展[J]. 科技風(fēng), 2019(9): 113.

        [4]楊永豐. 纖維混凝土抗裂性能分析及在隧道工程中的應(yīng)用[J]. 四川水泥, 2021(2): 38-39.

        [5]梁世俊. 纖維噴射混凝土在隧道施工中的應(yīng)用研究[J]. 山西交通科技, 2022(3): 86-89.

        [6]肖艷斌. 高原高寒地區(qū)隧道混凝土溫控防裂研究[J]. 交通世界, 2023(21): 139-142.

        [7]林振濤. 硅灰摻量對(duì)噴射混凝土性能的影響試驗(yàn)研究[J]. 黑龍江水利科技, 2019(3): 1-3+8.

        [8]寧逢偉, 蔡躍波, 白銀, 等. 膨脹劑和硅灰改善C50噴射混凝土抗?jié)B性能的研究[J]. 硅酸鹽通報(bào), 2019(10): 3253-3259.

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