摘 要：文章針對隧道二襯混凝土易出現(xiàn)的施工質(zhì)量問題，利用自密實混凝土具有的流動性好、粘聚性大和硬化后優(yōu)異的力學性能及耐久性能的特性，將磨細的石灰石粉用于隧道二襯自密實混凝土的配制，確定最佳混凝土配合比，并在實際工程進行應(yīng)用。結(jié)果表明：當膠材用量為420 kg/m3，水膠比為0.4，砂率為0.44時，復摻石灰石粉和硅灰的隧道二襯自密實混凝土性能較優(yōu)，其在滿足混凝土工作性能與力學性能的同時，可提高隧道二襯的外觀質(zhì)量，相關(guān)技術(shù)可為工程實際應(yīng)用提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：隧道二襯；自密實混凝土；石灰石粉；應(yīng)用

中圖分類號：U455.91

0 引言

隧道二襯混凝土的質(zhì)量直接影響到隧道的長期穩(wěn)定與安全運行［1］。隧道中常見的病害有隧道滲漏水、二襯混凝土開裂破損等，這些病害與二襯混凝土的配制及施工有著密切的關(guān)系［2-4］。隧道二襯混凝土施工一般采用鋼模整體襯砌臺車一次模筑成型。由于施工區(qū)域狹窄和振搗困難，因此要求混凝土具有較大的流動性［5］，但大流動度混凝土一旦配制不當很容易出現(xiàn)泌水離析的問題，從而導致隧道二襯混凝土出現(xiàn)蜂窩麻面、錯臺及漏漿等質(zhì)量問題［6-7］。

自密實混凝土具有良好的流動性，在配筋復雜的結(jié)構(gòu)物中，能夠依靠自身重力自行流動，充分填充到模板的各個角落，且其流動性經(jīng)時損失量較?。?-9］。同時，自密實混凝土具有足夠的粘聚性，流動過程中可防止自身發(fā)生離析泌水。且自密實混凝土拌和物均勻密實，硬化后具有優(yōu)良的工程力學性質(zhì)和耐久性能［10-12］。因此，將自密實混凝土應(yīng)用于隧道二襯施工具有廣大前景。

本文結(jié)合某高速公路的隧道二襯混凝土施工環(huán)境，開展石灰石粉自密實混凝土配制及應(yīng)用等研究工作。研究膠材用量、砂率、水膠比等變量對自密實混凝土擴展度和抗壓強度的影響，同時開展不同膠凝材料體系和不同石灰石粉摻量的優(yōu)化試驗，最終確定水泥+硅灰+石灰石粉體系的自密實混凝土配合比，并將其在隧道二襯混凝土施工中進行應(yīng)用，可為相關(guān)工程實際應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 試驗概況

1.1 原材料

水泥采用華潤（田陽）生產(chǎn)的P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，3 d和28 d抗壓強度分別為28.5 MPa和49.8 MPa；粗骨料采用龍旺石場生產(chǎn)的5～25 mm連續(xù)級配碎石，壓碎指標值10.2%，含泥量為0.8%，表觀密度為2 680 kg/m3；細骨料采用龍旺石場生產(chǎn)的石灰?guī)r機制砂，細度模數(shù)3.0，表觀密度為2 650 kg/m3；礦渣粉采用首鋼盾石S95級，石灰石粉采用項目自磨，目數(shù)為500～600；硅灰為成都東藍星生產(chǎn)，比表面積為20～28 m2/g；外加劑采用江蘇蘇博特新材料股份有限公司的聚羧酸減水劑。

1.2 試驗方法及配合比設(shè)計

分別按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T 50080-2016）和《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081-2019）測試混凝土的擴展度及抗壓強度，隧道二襯自密實混凝土初步配合比和優(yōu)化配合比分別見表1和表2。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 初步配合比參數(shù)的影響

2.1.1 膠材用量的影響

采用三種不同的膠材用量（400 kg/m3、420 kg/m3和440 kg/m3），研究膠材用量對自密實混凝土擴展度和抗壓強度的影響，具體試驗結(jié)果見圖1。

由圖1可知：隨著膠凝材料用量的增加，混凝土的擴展度和28 d抗壓強度均逐漸增加，且增長規(guī)律相近，但在試驗過程發(fā)現(xiàn)，當混凝土膠凝材料用量較少時（400 kg/m3），混凝土漿液包裹性不足，和易性偏差，而當膠材用量為420 kg/m3時，混凝土的工作性能和和易性適中，可以滿足泵送要求，且其經(jīng)濟性好，因此，后續(xù)試驗的膠材用量均為420 kg/m3。

2.1.2 水膠比的影響

采用三種不同的水膠比（0.38、0.4和0.42），研究水膠比對自密實混凝土擴展度和抗壓強度的影響，具體試驗結(jié)果見圖2。由圖2可知，隨著水膠比的增加，自密實混凝土擴展度逐漸增加，但混凝土28 d抗壓強度卻出現(xiàn)逐漸降低的現(xiàn)象。從試驗結(jié)果可以看出，當混凝土水膠比為0.4時，混凝土擴展度和抗壓強度均能達到混凝土施工要求，因此，取混凝土水膠比為0.4。

2.1.3 砂率的影響

采用三種不同砂率（0.44、0.46、0.48），研究砂率對自密實混凝土擴展度和抗壓強度的影響，具體試驗結(jié)果見圖3。從圖3可以發(fā)現(xiàn)，隨著砂率的增加，混凝土擴展度逐漸增加，但混凝土28 d抗壓強度出現(xiàn)逐漸降低的現(xiàn)象。從試驗結(jié)果可以看出，當砂率為0.44時，混凝土擴展度和抗壓強度滿足混凝土施工要求，超過0.44后雖流動性能有一定提升，但強度降低較快，因此取砂率為0.44。

通過上述試驗，初步確定了自密實混凝土配合比設(shè)計參數(shù)，膠材用量為420 kg/m3，水膠比為0.4，砂率為0.44。

2.2 膠凝材料體系對混凝土性能的影響

在初步配合比的基礎(chǔ)上，研究不同膠凝材料體系對自密實混凝土擴展度和抗壓強度的影響，本次試驗設(shè)計了四種膠凝材料體系，分別是水泥、水泥+礦粉、水泥+石粉、水泥+石粉+硅灰。

2.2.1 礦粉摻量對混凝土性能的影響

在水泥+礦粉膠材體系下，研究不同礦粉摻量（15%、20%和25%）對自密實混凝土擴展度和抗壓強度的影響規(guī)律，如下頁圖4所示。由圖4可知，隨著礦粉摻量的增加，混凝土擴展度和抗壓強度均逐漸降低，不同的是，在礦粉摻量≤20%時，混凝土擴展度降低幅度較小，而混凝土抗壓強度降低幅度較均衡。因此，綜合擴展度和抗壓強度的試驗結(jié)果，自密實混凝土配制時盡量不采用礦粉。

2.2.2 石粉摻量對混凝土性能的影響

在水泥+石粉膠材體系下，通過研究不同石粉摻量（15%、20%和25%）對自密實混凝土擴展度和抗壓強度的影響規(guī)律，如圖5所示。

由圖5可知，隨著石粉摻量的增加，混凝土擴展度顯著增加，而混凝土28 d抗壓強度卻逐漸降低，說明單摻石粉可以使混凝土工作性能提升，但會降低混凝土強度，因此，在使用石粉配制混凝土時，必須要復摻一些可以提高抗壓強度的材料。

2.2.3 石粉和硅灰復摻對混凝土性能的影響

在水泥+石粉+硅灰膠材體系下，通過固定硅灰摻量，研究不同石粉摻量（15%、20%和25%）對自密實混凝土擴展度和抗壓強度的影響規(guī)律，如圖6所示。

由圖6可知，在固定硅灰摻量為5%的條件下，隨著石粉摻量的增加，混凝土擴展度顯著增加，而混凝土28 d抗壓強度先增加后降低，說明適當?shù)氖酆颗c硅灰協(xié)同可以提升混凝土強度，但當石粉含量較大時，混凝土強度會下降；當石粉與硅灰總摻量比例為20%+5%時，混凝土28 d抗壓強度與純水泥體系相當，而當石粉摻量＞20%后，混凝土抗壓強度顯著下降。因此，綜合經(jīng)濟與混凝土擴展度及抗壓強度的要求，應(yīng)控制石粉的摻量在20%左右，硅灰摻量在5%左右。

2.2.4 不同膠凝材料體系下混凝土性能分析

在上述試驗的基礎(chǔ)上，通過固定礦粉摻量（20%）和復摻石粉及硅灰（20%+5%），對比不同膠凝材料體系下混凝土擴展度及抗壓強度，并與純水泥體系進行對比，對比結(jié)果見圖7。由圖7可知，不同膠凝材料體系對混凝土擴展度及抗壓強度的影響較明顯，與純水泥相比，水泥+石粉+硅灰膠材體系下混凝土的流動性顯著改善，28 d抗壓強度與純水泥體系基本相當，適用于自密實混凝土的配制，而水泥+礦粉體系下混凝土的28 d抗壓強度有所下降，流動性也略有下降。對照上述擴展度及抗壓強度試驗結(jié)果，自密實混凝土最佳膠凝材料體系確定為水泥+石粉+硅灰。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 配合比推薦

由于二襯用混凝土設(shè)計強度等級為C35，考慮到現(xiàn)場施工質(zhì)量問題以及環(huán)境因素，推薦表3中配合比為施工配合比。

3.2 施工工藝

現(xiàn)場攪拌用自密實配合比采用經(jīng)實驗室驗證推薦的首選配合比，主要原材料水泥、石粉、硅灰、機制砂、石、水和外加劑等。拌制的自密實混凝土狀態(tài)良好，坍落度可達240 mm，擴展度可達650 mm，在整個泵送過程中，制備的自密實混凝土未出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，整個施工過程較為順暢。

3.3 評價

通過室內(nèi)預留試塊進行同條件養(yǎng)護28 d后進行抗壓強度試驗，同時通過回彈儀測試二次襯砌澆筑養(yǎng)護28 d后的回彈值推測出構(gòu)件強度，通過兩者對比進行綜合判定，試驗結(jié)果如表4。

由表4可知，配合比調(diào)整后的混凝土強度與原配合比基本相當，且完全滿足C35的強度設(shè)計要求，說明混凝土在現(xiàn)場施工效果較好。

對比調(diào)整前后混凝土配合比澆筑的隧道二襯外觀質(zhì)量，調(diào)整后的隧道二襯混凝土外觀質(zhì)量良好，表面光滑平整，且無明顯色差、蜂窩麻面和錯臺等現(xiàn)象，說明調(diào)整后的自密實混凝土具有良好施工性能。

4 結(jié)語

本文將石灰石粉用于隧道二砌自密實混凝土的配制，通過研究膠材用量、砂率、水膠比等變量對自密實混凝土性能的影響，結(jié)合膠凝材料體系優(yōu)化試驗，確定最佳混凝土配合比，并進行現(xiàn)場應(yīng)用，得到了以下結(jié)論：

（1）膠材用量、水膠比、砂率等對混凝土性能影響較大，當膠材用量為420 kg/m3，水膠比為0.4，砂率為0.44時，自密實混凝土綜合性能較優(yōu)。

（2）與其他膠凝材料體系相比，水泥+石粉+硅灰的膠凝材料體系體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，當石粉摻量為20%，硅灰摻量為5%時，可明顯提高混凝土的工作性能，體現(xiàn)出更好的經(jīng)濟性和力學性能。

（3）工程應(yīng)用表明，采用復摻石灰石和硅灰的自密實混凝土工作性能優(yōu)異，隧道二襯外觀質(zhì)量良好，混凝土力學性能滿足施工設(shè)計要求。

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