隧道气密性混凝土性能试验研究.pdf

建筑技术开发 Bu i ld i n g T e c h n o l o g y De v e l o p me n t 道路桥梁 Ro a d s a n d Br i d g e s 第4 3 卷第9 期 2 0 1 6 年9 月 隧道气密性混凝土性能试验研究 郭海生 ( 中铁十八局集团第一工程有限公司，河北涿州0 7 2 7 5 0 ) 摘要 随着社会的不断发展 ，我国的经济科技水平不断提高，在如今的交通中，隧道建设在我国的交通发展中非常必要 ， 同时隧道还在运输其他物品中起着非常重要的作用，而随着混凝土的应用越来越广泛，需要研究混凝土的性能来保证隧道的气 密性 。 关键词 气务陛 ； 混凝土性能 ；隧道 中图分类号 T u 5 0 2 5 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X ( 2 0 1 6 )0 9 0 1 1 5 4) 2 Ex p e r i me n t a l S t u d y o n P e r f o r ma n c e o f Ai r Ti g h t Co n c r e t e i n Tu n n e l Gu o Ha i s h e n g Ab s t r a c t Wi t h t h e c o n t i n u o u s d e v e l o p me n t o f s o c i e t y , o u r c o u n t r y e c o n o my c o n t i n u o u s l y i mp r o v e t h e l e v e l o f t e c h n o l o g y , n o w t h e t r a f fi c ， c o n s t r u c t i o n o f t h e t u n n e l i n o u r c o u n t r y t r a ffi c d e v e l o p me n t i s v e ry n e c e s s a ry, a n d t u n n e l s t i l l o t h e r t r a n s p o r t g o o d s p l a y s a v e ry i mp o r t a n t r o l e ， a n d wi t h t h e c o n c r e t e i s u s e d mo r e a n d mo r e wi d e l y , we n e e d t o r e s e a r c h o n c o n c r e t e p e r f o r ma n c e t o e n s u r e t h e a i r t i g h t n e s s o f t h e t u n n e 1 K e y wo r d sa i r t i g h tne s s ； c o n c r e t e p e r f o r ma n c e ； t u n n e l 现如今 ，在 我 国的社会 主义 现代 化进程 中，混凝 土 得到 了广泛 的应用 ， 由于混凝土 使用 方 便，结构 稳固 ，所 以大多 应用在建筑工程的施工中。近些年，混凝土已应用于隧道的 建设中，混凝土的气密性 良好是非常重要的，所 以混凝土常 被应用于保证隧道的气密性。本文主要论述隧道气密性混凝 土性能试验研 究 。 1 隧道气密性混凝土性能试验研究的目的 在如今 发展 迅速 的社会 中，混 凝 土的 出现解 决 了交通 隧 道的问题，给交通带来了极大的便利，而隧道的应用不只在 于交通建设，对于一些输送高瓦斯或腐蚀性气体的隧道，其 气密性也就变 的相当重要。一旦发生瓦斯泄漏、有毒气体释 放等情况，对社会的危害极大，严重的话会造成非常严重的 人身安全和经济财产损失，为防止这种状况发生，混凝土气 密性应用于隧道 已迫在眉睫，试验研究主要对隧道衬砌混凝 土进行分析水胶 比、掺合料、外加剂等，最终得 出最适合的 混凝土配合比，保证混凝土最好的气密性。 2 隧道气密性混凝土性能试验研究前的准备阶段 为完成隧道气密性混凝土性能的试验研究，需在试验前 进行充分准备， 包括试验材料和试验仪器。试验材料必须充足， 保证试验的需要，同时须考虑到试验时的各种突发状况，保 证试验能顺利进行 。主要 的试验材 料包括水泥、 骨料 、 掺 合料、 外加剂和水。主要的试验器材包括混凝土气密性测试仪、混 凝土搅拌机、恒温培养箱等试验器材。在试验前的准备阶段， 做好充分准备才能保证试验研究的顺利完成。 3 隧道气密性混凝土性能试验研究的方法和步骤 此试验研究作为对混凝土气密性的检测，通俗来讲就是 检测混凝土的透气度，主要方法 是利用混凝土气密性测试仪 检测混凝土的气密性，进行分组比较试验的方法，设计三组 试验，将干燥2 8 d的试件用石蜡密封完好并保存，之后通过气 泵对密封的试件施加气压，约为0 8 MP a ，待压力稳定后约6 h ， 再使用混凝土气密性检测仪检测试验结果。首先选取三种外 加剂制作成三种试件，密封保存后放置于空气不流通 的实验 室中， 使用气泵对三种试件分别加压， 加压完成后待气压稳定， 再使用混凝土气密性测试仪检验试件的气密性，并记录试验 结果。 收稿 日期 ： 2 0 1 6 - 0 5 1 7 作者简介 ： 郭海生 ( 1 9 7 9 _ _ ) ，男，山东成武人，工程师 ，主要研究 方向为混凝土。 4 隧道气密性混凝土性能试验研究的结果及影 响 隧道气密性混凝土性能的试验研究关系到我国隧道运输 工程的建设，由此可见，试验结果对我国隧道气密性建设 的 发展 非常重要。 4 1 非粉体纳米材料复合细颗粒掺合料对隧道气密性混凝土性能 的影 响 现在很多国家和地区仍使用粉体纳米材料，但这些材料 还存在很大问题，主要在于粉体材料成本较高，在施工过程 中极易造成粉体污染等 问题，对生态环境造成非常严重的污 染。同时在施工过程中，工作人员吸入了大量的粉尘容易导 致肺痨等疾病。为减少成本，保护生态环境，且还要保护工 作人员的生命健康。国家科研部门研制出了非粉体纳米材料 ， 这种材料增强了混凝土的粘合强度，减少回弹，同时这种材 料的工作性能、抗渗性、力学性都得到了较大的提升。试验 研究表明，非粉体纳米材料制作的试件有 良好的性能，非粉 体纳米材料制作成胶凝材料气密性较高，在试件 中这种非粉 体纳米材料的抗压强度约 7 0 MP a ，同时在施工过程中这种 材料可充分发挥纳米活性，在施工过程中迅速发挥作用，而 且这种材料随着时间的增长，气密性也随之增长，检测出在 2 8 9 0 h ，其抗 压强度 会 提升 2 0 左右 。这种 非粉体 纳米材 料对 于隧道气密性 的建 设将有很大的帮助 。 4 2 高含量石粉机制砂对 隧道气密性混凝土性能的影响 随着混凝土的使用越来越广泛，我国对混凝土的需求量 也越来越多，曾经大量开采天然砂的方法早 己不适用，开采 大量 的天然 砂势必会 对 生态环 境造成 严重 影响 ，因此 必须 淘 汰开采 天然 砂制作混 凝 土 的方法 。据此 ，我 国的科研 部 门采 用高含量的石粉机制砂制造混凝土，但机制砂不能制作成骨 料，所以国家有关部门采用在天然砂中掺入机制砂的方法，这 样可在不降低混凝土各项性能的情况下，解决天然砂短缺的 状况，同时还保护了生态环境。这种高含量的石粉机制砂在 隧道气 密性混凝土性 能试 验研 究中随着机制砂 掺入量的提高 ， 制作的混凝土抗压强度也在不断地提高，但是随着机制砂掺 入量 的加大，抗压强度也会在到达一个高峰后逐渐降低，在 活性和气密性方面，高含量的石粉机制砂对隧道气密性并没 有非粉体纳米材料好。 4 3 聚丙纤维网对隧道气密性混凝土性能的影响 纤维混凝土是由高新材料制作的混凝土，是高科技产物， 它不 同于普通混凝土材料，这种混凝土采用水泥加纤维骨料 ( 下转第 1 1 8 页 ) l 1 5 第4 3 卷第9 期 2 0 1 6 年9 月 道路桥梁 Ro a d s a n d Br i d ge s 建筑技术开发 Bu il d i n g T e c h n o l o g y De v e l o p me n t 6 常见质量事故处理及预防措施 钻机施工过程中，常见的质量事故包括坍孔，钻孔偏斜， 缩孔扩 孔和断桩等。 6 1坍孔 在钻孔过程中，孔 内水位 突然下降 ，孔 口冒细密水泡 ，此 时不见钻机进尺， 但钻孔 负荷显著增加， 泥浆泵压 力突然上升 ， 造成憋泵，证明已经坍孔。造成坍孔的主要原因有 ： 孔内泥 浆流速 过大，直接冲刷孔 壁 ；泥浆性能不合 要求 ，比重偏小 、 胶体率偏 少，护壁作用 差 ； 施工操作不 当，钢筋笼下放挂壁 ； 孔内泥浆低于地下承压水，降低了护壁作用； 在砂层、流沙层、 砾石层中，由于钻进速度过快，泥浆效果差造成坍孔 ；成孔 后，未及时放下钢筋笼和混凝土浇筑，放置时间过长。实践 中， 由于 混凝土 的供应 问题，常发 生成 孔 后不 能及 时浇筑 混 凝土 的情 况。 6 -2钻 孔偏 斜 由于施 工现场 场地 不平整 ，地 表软基 未 处理 ，枕木 支垫 不牢 靠 ，钻机摇 晃偏离 中心 点，地 层软硬 不一 把钻 头挤 向一 边均 能造 成钻 孔偏斜 。因此在 开钻前应 做 到 ： 机座 水平 ，钻 头在 中心点上，地表软基须经过加固处理后才能开钻。如发 生斜孔，则必须回填后重钻。 6 3缩孔 扩孔 桥梁沿线存在大量的鱼塘且地下水位高，地质为高粘性 土 ，因此 施工 中易造成 缩孔 。另外 ，钻 杆摆 动大 ，砂 层地带 泥浆 比重轻易造成扩孔。因此在施工前，钻头及时补焊，水 位高时把护筒加高，高粘土砂层地质加大泥浆比重 ； 施工过 程 中，钻 杆连接须严密 防止摆动。 6 4断桩 施 工 中， 断桩很难 处 理 ，导致 出现 断 桩 的原 因主 要有 ： ( 上接 第 1 I 5 页) 为基体，增强混凝土的气密性及抗压能力，这种复合材料在混 凝土 中是不定 向的，纤 维在混凝土 中乱 向排列 ，程度也不同。 此混 凝土包含两种 以上 的纤维材料 ，与普通 的混凝 土相 比它极 大程 度的改善 了混凝土 的收缩性能、气密性 、抗冲击性及疲劳 韧性等诸多性能。隧道气密性混凝土性能试验研究结果表明， 聚丙 纤维 网加入混凝土 中会改变 混凝土结构 ，使混凝土抗压能 力提 升不大 ，一旦加入 过高的聚 丙纤维网就会 改变 混凝土的 内 部结构 ，使纤维混凝土 的致密性产生不 良影 响，混凝土 的致密 性与气密性息息相关，一旦致密性出现差错，气密性就会大大 降低 ，在 隧道运输过程中产生不 良影响 。 5 隧道气密性混凝土性能试验研究结论 由以上试验结果看 出，由非粉体纳米材料制作成胶凝材 料对混凝土气密性有较好保障，同时它的成本较低且不会影 响生态环境的发展，是保障隧道气密性的 良好材料。对高含 量 的机制 砂混凝 土来说 ，这种材料 所制造 出混凝土 虽然气密 性 良好 ，但 是对机制 砂含 量有着 相当高 的要 求，机制砂 含量 过高使混凝土气密性大大降低，若机制砂含量过少，混凝土 抗压 能力也会大大降低。这对制作技术有着相当高的要求。 对于聚丙纤维网混凝土来说，它在一定程度上改变了混凝土 结构 ，提 高了混凝 土抗压 强度和 疲劳韧性 ，但 因为 结构的改 变使 混凝土 的致密性降低 ，混凝土的气密性也 随之 降低 。 1 1 8 混凝土坍落度小、骨料较大、运输较远、气温较高、坍落度 损失较大造成堵管，堵管疏通时间较长造成桩身出现夹层 ； 现场指挥者盲 目提管 ，导致导管 提 出混凝土面； 导管接 口漏浆 、 混凝土中夹泥 和混凝土供应不及 时造 成堵管。 7 结束语 在钻孔灌注桩施工过程中，常由于施工工艺不当、管理 不严 ，从而 导致 断桩 、堵管、夹 泥、少灌等质 量问题 的发生。 因此 ，应 严格 按照 操作规程 进行 施工 ，确保 施工 安全 和施工 质量 。通 过对 该铁 路桥梁基础 的钻 孔灌注 桩施工 过程 进行经 验总结，归纳 了施工质量的控制要点，同时，分析了常见质 量事故发生的原因，研究讨论了相应的预防对策，以便找出 更好的质量控制措施，为钻孔灌注桩的施工质量提供经验 指导 。 参考文献 【 1 】 黎 远 征 港 口工 程水 下 钻孔灌注 桩 施 工分析 【 J 珠江 水 运 ，2 0 1 5 ( 2 3)：9 0 - 91 2 韩继东 桥 梁桩基础现场施工技术 研究 【 J J 交通世界( 运输 车辆 ) ， 2 01 5 ( 1 1 )：1 28 -1 2 9 【 3 】 唐黎黎 钻孔 灌注桩技术在道桥施 工中的应用 【 J 1 ， 民营 科技 ，2 0 1 5 ( 1 2)：1 7 6 【 4 冯俊淋 桥梁 桩基施工质量控制 的要 点 J 黑龙江交通 科技 ，2 0 1 3 ( 7)：1 l 2 5 袁 以堂 ，覃 荣斌 ，黄 启 明 浅谈 桥梁桩 基缺 陷成 凶及 处理 措施 J J l 西部交通科技 ，2 0 1 0 ( 6 )： 8 4 8 8 6 许锡 庶 钻孔 灌注 桩嵌岩质量控制 J 建筑 技术 ，2 0 1 5 ，4 6 ( 3 )： 2 6 9 - 2 7】 6 结束语 在 当今社 会 ， 已生产 出各种 高新材 料，很 多材料 对 隧 道气 密性都 有很 大保 障，不同材 料对 混凝土来 说有 不 同的影 响，若想保 障 隧道 的气密性 ，须 更加 严格谨 慎，一 旦发 生了 由于混凝土隧道气密性不佳而造成大量有害气体的泄漏，会 产 生极大 的危 险。 参考文献 1 余 志刚 隧道 气密 性混凝土性能试 验研 究 J 混凝 土，2 0 1 5( 9 ) ： 5 4 -5 5 2 王秀芬 高瓦斯隧道混凝土气密性能试验研究 J l 铁道工程学报， 2 01 6 ( 4)：26 4 - 2 6 5 3 夏 吉涛 ，王海 彦 ，战启芳 ，等 高含量 石粉机 制砂对 隧道 ： 衬混 凝土 性能影 响 试 验研 究 石家 庄铁 道 大学 学报 (自然科 学版 ) ， 2 O l 5 ( 1)：8 -61 4 孙亚婷，梅 志荣 ，李 蓉 非粉体纳米材 料复合细颗粒 掺合料对隧道 衬砌混凝土性能影 响的试验研究 J 现代 隧道技术 ，2 0 1 2 ，4 9( 5 ) ： 1 6 O 一1 68 5 边亦海 ，朱 永全 ，华渊 隧道用 聚 丙烯 纤维 网混凝 土 力学 性能 的 试验研究 J 石家庄铁道 大学学报 (自然科学版 ) ，2 0 0 3 ，1 6 ( 1 )： 4 1 4 3 6 汪嗣活 ， 温 军 南极 中山站建筑保温 及气密性施工技 术研究 J J l 建 筑技术，2 0 1 5 ，4 6( 4 )： 3 7 7 3 7 9