淺談對(duì)隧道二襯膨脹防水混凝土設(shè)計(jì)與施工

1、淺談對(duì)隧道二襯膨脹防水混凝土設(shè)計(jì)與施工的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)陳元林,徐 青,朱木峰（江西省鷹瑞高速公路B段管理部，江西 南豐 344511）摘 要：結(jié)合白桑園隧道的工程實(shí)例，從配合比設(shè)計(jì)與施工的角度對(duì)影響隧道二襯膨脹混凝土膨脹效果的水灰比、用灰量、混凝土施工環(huán)境等幾個(gè)因素進(jìn)行分析與討論，提出相應(yīng)的措施；以及施工過程控制注意事項(xiàng)與取得效果。 關(guān)鍵詞：隧道工程；隧道二襯；膨脹混凝土；設(shè)計(jì)與施工；0 前 言目前，隨著交通建設(shè)的不斷發(fā)展，隧道作為一種重要的結(jié)構(gòu)形式越來越多地被應(yīng)用。然而，隧道作為一種地下構(gòu)筑物，其結(jié)構(gòu)的防水效果直接影響著它的正常使用與否及行車安全。為了達(dá)到防水要求，除了大量使用防水卷材外，還在襯砌

2、混凝土中采用加入一定量的外摻料，以達(dá)到增加混凝土自身防滲透能力的效果。目前較為普遍的方法是使用膨脹水泥或者在普通混凝土中摻入膨脹劑。本文結(jié)合六潛高速公路3標(biāo)段白桑園隧道防水混凝土的設(shè)計(jì)與施工談幾點(diǎn)自己的認(rèn)識(shí)與體會(huì)。1 工程簡(jiǎn)介白桑園隧道是安徽省六安至潛山高速公路上的一座雙連拱隧道，長(zhǎng)170m，凈寬10.25m+2.56m+10.25m，凈高7.05m，建筑限界高度5.0m，復(fù)合式中墻，二襯由50cm厚混凝土、間距為15cm雙鋼筋網(wǎng)組成。隧道位于安徽省岳西縣頭陀鎮(zhèn)白桑園村，大別山內(nèi)，年降雨量在1300mm-1500mm之間，平均氣溫12.60-15.80之間，年最高氣溫390-410，年最低氣溫

3、-100-80，晝夜溫差大；隧道進(jìn)口樁號(hào)K80+480，出口樁號(hào)K80+650，該地質(zhì)條件較差，全線穿越V級(jí)全強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖，巖體呈角礫碎塊松散狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙發(fā)育、破碎；且裂隙水入滲時(shí)，有大量滴水現(xiàn)象。2 膨脹混凝土的自防水原理對(duì)于水泥混凝土，無約束的自由收縮不會(huì)引起開裂；有約束的收縮在內(nèi)部產(chǎn)生的拉應(yīng)力達(dá)到某值時(shí)，必然會(huì)導(dǎo)致混凝土開裂；無約束的自由膨脹會(huì)使混凝土內(nèi)部疏松，甚至開裂；約束下的膨脹則使混凝土內(nèi)部緊密，補(bǔ)償混凝土的收縮。隧道二襯混凝土都處于鋼筋、模板、巖面及相鄰的混凝土面的約束下，各種原因引起的收縮都會(huì)產(chǎn)生混凝土不同程度的開裂，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象。在混凝土中摻入膨脹劑后，就

4、可以利用約束下的混凝土膨脹來補(bǔ)償混凝土的收縮變形，避免開裂滲水，從而達(dá)到混凝土的自防水效果。鑒于白桑園隧道有大量的滴水現(xiàn)象、施工環(huán)境溫差較大、及復(fù)合式中墻排水結(jié)構(gòu)等因素，為了達(dá)到加強(qiáng)二襯本身抗裂抗?jié)B能力，決定使用膨脹防水混凝土。3 材料及水灰比的確定3.1 材料的選擇設(shè)計(jì)為C25混凝土，施工要求坍落度140mm-180mm之間，為了降低成本，就地取材，方便施工；對(duì)周邊材料生產(chǎn)情況進(jìn)行調(diào)查，確定使用：1、碎石：自產(chǎn)反擊破花崗巖5mm-16mm、16mm-31.5mm兩檔料，碎石含堿量低，堿活量適合用于高標(biāo)號(hào)混凝土；2、砂：黃尾中砂，細(xì)模度為2.76；水泥：懷寧海螺牌Po32.5級(jí)；膨脹劑：選擇南

5、京特種建筑材料股份有限公司“南特牌UEAH高效混凝土膨脹劑”與浙江三獅集團(tuán)特種水泥有限公司“SHUEA高效低堿膨脹劑”進(jìn)行對(duì)比，見表1：表1% 成分SIO2AL2O3CaOMgOSO3堿含量UEA-H23.214.021.61.8726.80.72SH- UEA25.814.524.11.929.80.51兩種外加劑化學(xué)成分都適合砂、石、水泥材料性能；進(jìn)行試拌結(jié)果，見表2：表2抗?jié)B坍落度施工可操作性UEA-HS30滿足方便SH- UEAS30需添減水劑復(fù)雜（添多種）“UEAH”拌制的混凝土不泌水、不離析、坍落度損失小，良好的可泵送性，在相同條件可節(jié)約水泥率20%25%，提高坍度10cm以上，是

6、一種復(fù)合型外加劑，性能穩(wěn)定；廠家生產(chǎn)多年，在以往的項(xiàng)目取得良好的信譽(yù)；而“SHUEA”因需添加緩疑減水劑方能滿足坍落度要求，給施工帶來不便；決定使用“UEAH”高效緩疑膨脹劑。3.2 水泥用量對(duì)膨脹混凝土的影響及確定理論上，混凝土內(nèi)水泥完全水化所結(jié)合的水占水泥質(zhì)量的0.227，而使水泥完全水化并具有最低毛細(xì)孔隙率的水灰比為0.438。實(shí)際上，即使水灰比達(dá)到0.5，隨著水化的不斷進(jìn)行，水化物增多，自由水減少，混凝土中的水泥也不可能完全水化?；炷林械淖杂伤S水灰比的降低而減少，膨脹劑中重要組分CaSO4的溶出量隨自由水的減少而減少，當(dāng)水灰比很小時(shí)，膨脹劑中參與水化的膨脹劑組分在混凝土的使用期間的

7、適當(dāng)條件下，生成二次鈣礬石，這種二次鈣礬石的膨脹會(huì)造成混凝土的劣化。但是，有關(guān)研究資料也表明，當(dāng)水灰比較高時(shí)，較大水灰比的混凝土中較大的孔隙率可以吸收較多的膨脹能，從而導(dǎo)致在此情況下的膨脹混凝土的膨脹率隨水灰比的增大而減小，而較致密的混凝土才能產(chǎn)生較大的膨脹。由此可知，水灰比太大或太小對(duì)隧道二襯膨脹混凝土都是不利的。在混凝土內(nèi)摻入劑量為10%的某種膨脹劑進(jìn)行試驗(yàn)：混凝土水中14d限制膨脹率見表3。因結(jié)構(gòu)厚度為50cm，需滿足0.015%要求，確定基準(zhǔn)水灰比為0.50。表3水灰比0.500.450.55備注膨脹率（%）0.0250.0280.0234 水泥用量的確定對(duì)膨脹混凝土影響施工要求混凝土

8、要有較大的流動(dòng)性（坍落度140mm-180mm），必然要求提高混凝土的水泥漿用量。水泥用量的增多，就使得混凝土中溫升增高，同時(shí)膨脹劑的水化也會(huì)放出較大的水化熱，使得混凝土內(nèi)的溫升更加有所提高。人工合成的鈣礬石（C3A.3CaSO4.32H2O）在溫度約為650C時(shí)開始脫水，在650C -850C溫度下鈣礬石的形成受到限制。在常溫下（200C），其混凝土內(nèi)部的溫度會(huì)超過750C。如果施工中控制不當(dāng)，膨脹劑產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力不足以補(bǔ)償溫差應(yīng)力時(shí)，就會(huì)發(fā)生開裂，影響混凝土質(zhì)量及自防水效果。為了有效地降低混凝土內(nèi)部溫升，除了必要時(shí)在施工中采取一些降溫措施外，在保證混凝土強(qiáng)度情況下，盡量降低水泥用量，但不低

9、于300Kg/m3，經(jīng)試拌W：C：S：G1：G2：UEAH=190kg：380kg：724kg：434kg：652kg：38Kg配比，坍落度15.5cm，得出7d抗壓強(qiáng)度25.6MPa，28d抗壓強(qiáng)度35.5MPa，滿足要求。5 施工環(huán)境對(duì)混凝土質(zhì)量的影響混凝土的攪拌對(duì)混凝土的勻質(zhì)性具有關(guān)鍵性的意義。雖然混凝土配料機(jī)及強(qiáng)制式攪拌機(jī)的使用對(duì)混凝土拌合物的勻質(zhì)性起到了有效的作用，但同時(shí)還必須充分地重視混凝土的有效攪拌時(shí)間，攪拌時(shí)間不足時(shí)，也會(huì)明顯地影響著混凝土拌合物的勻質(zhì)性。在實(shí)際生產(chǎn)施工中，混凝土在攪拌站的實(shí)際攪拌時(shí)間很多都得不到充分的保證，因?yàn)榉N種原因，很多混凝土在攪拌站的實(shí)際攪拌時(shí)間只有1m

10、in左右，甚至有的只有30s。就是普通混凝土，也需要約75s的時(shí)間才能使混凝土被充分地?cái)嚢杈鶆颍螞r在隧道二襯混凝土中還要加入高效膨脹劑，如果攪拌不均勻，作用得不到充分的發(fā)揮，會(huì)影響混凝土的和易性及強(qiáng)度，膨脹劑分布不均勻會(huì)導(dǎo)致混凝土因不均勻膨脹而開裂。另外，輸送泵與管道的損耗等因素；要求增大UEAH的用量為12%，在基準(zhǔn)水灰比0.50±0.05（W：C：S：G1：G2：UEAH=190：380：724：434：652：45.6Kg）進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，見表4。根據(jù)結(jié)果，推薦使用水灰比0.50為施工配合比。表4水灰比配合比坍落度7dMPa28dMPa0.50190:380:724:434:

11、652:45.616.526.436.20.45190:420:705:434:652:50.41827.738.10.55190:345:740:434:652:41.41423.032.56 施工過程控制1、現(xiàn)場(chǎng)拌制混凝土的拌和時(shí)間要比普通混凝土延長(zhǎng)30s，以保證膨脹劑和水泥拌和均勻，提高其勻質(zhì)性；2、混凝土布料，震搗按施工規(guī)范要求進(jìn)行；3、每模施工完畢，應(yīng)封閉隧道門口，保持隧道內(nèi)溫度，降低溫差的變化；4、膨脹混凝土要有充分濕養(yǎng)護(hù)才能更好的發(fā)揮其膨脹效應(yīng)，對(duì)二襯混凝土提出更嚴(yán)格的養(yǎng)護(hù)要求，保濕14d。7 結(jié) 語本項(xiàng)目經(jīng)各檢測(cè)部門取芯進(jìn)行試驗(yàn)以及雷達(dá)探測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。參考文獻(xiàn)：1JGJ55-2000，