特长隧道耐久性混凝土配合比设计及施工控制.pdf

2 0 1 4年第 l 期 铁道建筑 Ra i l wa y Eng i ne e r i n g 文章 编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 4 ) 0 1 0 1 2 1 0 4 特长 隧道 耐久性混凝 土配合 比设计及 施工控 制 姚 保 新 ( 中铁 十一局五公 司 中南通 道项 目部 ， 重庆4 0 0 0 0 0 ) 摘要 ： 南吕梁山特长隧道施工中断面小、 物料运输难度大、 泵送管道长、 通风差 ， 每节衬砌 混凝土均为大 体积混凝土， 养护 困难 ， 对衬砌混凝土耐久性要求高。在分析各种原材料性能的基础上， 对威 顿、 吉港、 冀 东3种水泥进行耐久性混凝土配制试验 ， 比选结果表明采用威顿 P 0 4 2 5水泥配制的混凝土性能较 优 ， 并从拌合、 运输、 浇筑、 养护、 脱模 5个工序 阐述 了耐久性混凝土的质量控制要点。 关键 词 ： 南 吕梁 山特 长 隧道 粉 煤灰 耐久 性 混凝 土 配合 比 中 图分 类号 ： U 4 5 5 4文献 标 识码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 4 0 1 3 5 1 工 程 概 况 山西 中南部铁路通道为 国内首条重载铁路 ， 是 国 家“ 十一五” 重 点工 程与 大能力运 煤通道 建设项 目。 南 吕梁 山特长隧道位于 山西省临汾市境 内， 为全线第 一 长隧、 一级风险隧道、 全线三大重难点控制性工程 ， 号称集煤窑采空 区、 突泥涌水 、 高瓦斯 、 大断层于一体 的“ 地质 博物馆 ” 。设计 为双洞单 线隧 道 ， 线 间距 为 3 0 m。施工现场断面小 、 物料运输难 、 泵送 管道长、 通 风差 、 养护难 、 突发事件多。 隧道衬砌 耐 久性 混凝 土 设计 强 度 等 级为 C 2 5 ， c 3 0 ， C 3 5 ， 根据施工节段的划分 ， 每节衬砌混凝土均为 大体积混凝 土 ， 特别 是洞 口处 和风机段处 配筋很密 。 这就要求混凝土必须具有 高施工性 能、 高力 学性 能和 高耐久性能。为了配制符合要求 的混凝土 ， 选择 3个 品牌 的 P 04 2 5水 泥进 行 了耐 久 性 混 凝 土 的配 制 试 验 ， 进行相应的对 比， 达到优 中选优的 目的。 2 南 吕梁 山特长 隧道 衬砌 耐 久性 混凝 土配 合 比设计 2 1配 合 比设 计 准则 隧道衬砌耐久性混凝土配合 比设计主要 以 铁路 隧道工程施工质量验收标准 ( T B 1 0 4 1 7 -2 0 0 3 ) 、 铁 路混凝土施工质量验收标准 ( T B 1 0 4 2 4 -2 0 1 0 ) 、 铁 路混凝土施工技术指南 ( 铁建设 2 0 1 0 2 4 1号) 、 设 计 图纸等为指导规范。严格遵守规范和图纸中相应条 款 的规 定 ， 按 照 普 通 混 凝 土 配 合 比设 计 规 程 ( J G J 5 5 2 0 1 1 ) 的设计 步骤 和要求 ， 经过多次试验选 配 ， 力求兼顾耐久性 、 可施工性和经济性 。 2 2 试 验 用原材 料 1 ) 水 泥 对威顿 、 吉港 、 冀东 3家水泥生产厂家生产的 P O 4 2 5号 水 泥 分 别 取 样 进 行 试 验 ， 检 测 结 果 如 表 1 所示 表 1水泥检测结果 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 5 0 6 ； 修回 日期 ： 2 0 1 3 1 0 - 2 5 作：者简介 ： 姚保新 ( 1 9 8 4 一 )， 男 ， 重庆市人 ， 工程师 。 1 2 2 铁道建筑 由表 1 可见 ， 3种水泥的细度和水化热水平相 当， 均 能满 足配 制耐 久性 混凝 土 的要求 。 2 ) 砂 砂采用山西堤村砂厂生产的河砂 ， 其性 能检测结 果如表 2所示。该砂属中砂 ， 为非活性集料。 3 ) 碎 石 碎石采用本地福星石厂生产的石灰岩 碎石， 其性 能 检测 结果 如表 3所示 。 该碎石符合 5 0 3 1 5 m m连续级 配， 为非 活性 骨料。 表 2砂的性能检测结果 4 ) 粉煤灰 粉煤灰采用 山西霍州 电厂生产 的 F类 I级粉煤 灰( 兆电牌 ) ， 其性能检测结果如表 4所示 。 表 4粉煤灰的性能检测结果 5 ) 外 加剂 外加剂选用山西康特尔精细化工有限公司生产的 K T P C A高性能减水剂 ， 其性能指标如表 5所示。 表 5外加剂的性能指标 2 3试验 结果 与分 析 对 3个 品牌 的 P 04 2 5水 泥 进行 耐 久性 混 凝 土 配制试 验 ， 结果 如 表 6表 8所 示 。 表 6 威 顿水泥配合 比试验结果 2 0 1 4年第 1 期 姚保新 ： 特长隧道耐久性混凝 土配合 比设计及施工控制 1 2 3 由表 6表 8可见 ： 1 ) 掺加粉煤灰会使混凝土的早期强度增长缓慢 ， 因此对于早期强度有要求 的预应力混凝土可减少粉煤 灰掺量 ， 对于使用硅酸盐水泥的混凝土粉煤灰掺量不 、宜大于 1 0 。 2 ) 掺加粉煤灰后 ， 混凝土的强度增长期变长 ， 2 8 d 后强度仍有较大增长。在合理 的掺量范 围内， 掺粉煤 灰的混凝 土 5 6 d强度要大于空 白组。对于 C 4 0以下 使用 普通硅 酸盐 水泥 的混凝 土， 粉 煤灰 掺量控 制在 2 5 之 内 ， 其 配制 强度 均能达到试配强度 的要求 ( 试 配强度按规范要求不低于强度等级 的 1 1 5倍 ) 。 3 ) 坍落度和扩展度试验结果显示 ， 混凝土和易性 随着粉煤灰掺量的增加而变好 。在粉煤灰掺量 占胶凝 材 料总 量 2 5 的 条 件 下 ， 混 凝 土 的 和 易 性 均 很 好 ， 有 利于混凝土的泵送 和振捣 。对 比而言 ， 表 8中混凝土 的和易性稍差 ， 说明外加剂与水泥的适应性较差 ， 可通 过增加用水量和外加剂用量 的方法加以解决 。 4 ) 通过倒坍 落度 桶法测混凝 土流下时 间用 以判 断混凝 土的黏滞性 。从试验结 果看 ， 在合理的掺量范 围 内 ， 随着粉 煤 灰掺 量 的增 加其 流下 时 间变 长 ， 说 明混 凝土的黏滞性越好 ， 混凝土的均匀性越好 ； 要想保持 良 好 的可泵 性 ， 流下时 间控 制在 1 04 0 S范围 内比较 合 适 。 3 南 吕梁 山特长隧道衬砌 混凝土耐久性分析 由上节可知 ， 威顿水 泥和吉港水 泥的性 能优于冀 东水泥 。本着经济节约、 就地取材的原则 ， 最终决定选 用威顿 P 0 4 2 5水泥作为供应水 泥， 并对混凝土的耐 久性进行了相应 的试 验研究 。结果表明 ： 适量掺加优 质粉煤灰可以减少混凝土 的干缩 。掺加 2 0 粉煤灰 的混凝土 2 8 d干缩率 比空 白混凝土减 少 2 7 。混凝 土的抗渗性随粉煤灰掺量的增加而提高 ， 掺加 2 5 粉 煤灰的混凝土 ， 在相同抗渗压力下其渗水高度只有空 白混凝土的 5 1 。粉煤灰掺量在 3 0 以内时混凝 土 具有较好 的抗冻性 ， 混凝土 的碳 化深度均 不大 ， 2 8 d 的碳化深度不大于 6 m m， 5 6 d不大于 7 mm( 标准条件 下碳化 2 8 d相当于大气条件下碳化 5 0年) ， 对钢筋能 起到较好 的保护作用。掺加 3 0 的粉煤灰可有效地 抑制碱骨料反应 ， 粉煤灰掺量越大对抑制碱 骨料反应 的效 果越 明显 。 4南 吕梁 山特长 隧道 衬砌 耐 久性 混凝 土施 工 控制要点 南 吕梁 山特长 隧道 断 面 窄 、 暗险 多 、 物 流 运 输 难 ， 要 想保 证 衬砌 耐久 性混 凝土 施工 ， 必 须从 源头 抓起 ， 重 视各个工序 ， 节节把关。 1 ) 混凝土拌合控制要点 混凝土拌合必须保证计量器具 的精度 ， 严格按 照试验室所 出具 的施工配料单进行计量生产； 混凝 土生产要严格遵守投料顺序 ， 充分搅拌至均匀。 2 ) 混凝 土运 输控 制要 点 罐车投入使用前 ， 应认 真检查罐车 内是否存留 有积水 ， 是否留有其他强度等级混凝土。在运输混 凝土过程中， 宜以 3 4 r m i n的转速搅动。当搅拌运 输车到达浇筑现场时， 应高速旋转 3 0 4 0 S 后再将混 凝土拌合物喂入泵车受料斗或混凝土搅拌斗 中。混 凝土运输过程 中， 严禁私 自加水 。泵送混凝土前 ， 应 先用水泥浆或用同水灰 比的水泥砂浆通过管道 ， 使管 壁润滑。泵送混凝土时 ， 泵 的受料斗 内应时刻保持有 足够的混凝土， 避免吸入空气 ， 造成阻塞。严禁随意 向输送泵受料斗加水 ， 严禁将质量不符合 泵送要求 的 混凝 土入 泵 。 3 ) 混 凝土 浇筑 控制 要点 混凝土应分层浇筑 ， 每层厚度不宜大于 5 0 e m。 混凝土浇筑时的 自由倾落高度不应超过 2 m， 从下 部模板预留的一道窗开始逐层上升浇筑。混凝土浇筑 1 2 4 铁道建筑 过程中两侧混凝土浇筑面高差宜控制在 5 0 o m以内， 同时应合理控制混凝土浇筑速度不能过快。混凝土 应 分层 振捣 ， 不 得 随 意 留 置施 工 缝 。在 新 浇 筑 完 成 的 下层混凝土上再进行浇筑作业 时， 应在下层混凝土初 凝前浇筑完成 上层混凝土。在倾斜 面上浇筑 混凝土 时， 应从低处开始浇筑 ， 保持水平分层扩展升高 。捣 固 宜 采 用插 入式 振捣 棒 。浇筑 层厚 度不 得超 过振 捣器 作 用长度的 1 2 5倍。插入式振捣棒 的移动 间距要控制 在振捣棒作用半径 的 1 5倍 以内， 且插入下层混凝土 内 的深度 宜 为 51 0 c m， 每 一 次 振 捣 延 续 时 问 宜 为 1 5 2 5 s ， 以混凝 土不再沉落 ， 表层不 出现气 泡为度。 振捣时不得碰撞模板 、 钢筋和预埋部件。封顶混凝 土浇筑应从离堵头板远的一侧开始 ， 由远至近浇筑 ， 设 专 人 察看 混凝 土 浇筑 情 况 ， 拱 顶 部 混 凝 土 配 比要 有 所 调整 ， 宜采用细石流态混凝 土浇筑。混凝 土泵送 的 坍落度不宜过大 ， 以避免离析或泌水 。如发现坍落度 不足， 不 得 擅 自加 水 ， 应 采用 加 适 量减 水 剂 的方 法 解决 。 4 ) 混 凝土 养护 控制 要点 衬砌 耐 久性 混 凝 土 养 护 宜 采 用 喷 淋 洒 水 进 行 保 湿、 潮湿养护 。洒水次数应 以混凝土表面保持湿 润且 不留有积水为度 ， 养护用水应符合混凝土拌合用水 的 标 准 。 5 ) 混 凝土 脱模 控制 要 点 按施工规范采用最后一盘封顶混凝土制作试件 ， 经试验试件强度达到 8 k P a以上时方可脱模 。 5 应 用效 果 采用 表 6中的 H P C 3 5 1配 合 比配制 C 3 5混凝 土 ， 粉煤灰掺量 为胶凝材料 总量 的 2 5 ， 用于 隧道衬 砌 耐久 性混 凝土 的施 工 。对 已完 工 工 程取 2 4 1 9组试 件进行统计 ， 2 8 d强度平均值为 3 9 6 MP a ， 最 大值 为 4 4 6 MP a ， 最小值为 3 7 8 MP a ， 均方差为 2 1 1 ， 偏差系 数 C 为 3 0 ， 说 明混 凝 土 的强度 和 和 易 性较 好 。 混 凝土的出机坍落度宜控制在 1 8 0 2 2 0 m m之 内， 坍落 度经时损失很小 ， 泵送十分顺利 ， 易于振捣 ， 大大减轻 了工人的劳动强度 ， 提高了施工效率。 6 结 语 原材料对耐久性混凝土的强度和施工性能具有非 常大的影响， 特别是外加剂的减水率、 水泥的强度和安 定性 、 粉煤灰的细度 、 砂石料的含泥量等指标对混凝土 性 能 的影 响 比较 大 ， 原 材 料质 量 的控 制 程 度 直 接 决 定 着 配合 比设 计 的成 败 。所 以 ， 原 材 料 除 按 规 范 要 求 进 行检测外 ， 还应加大对外加剂的减水率 、 水泥的强度和 安定性 、 砂石料的含 泥量等指标的检测频率 。对外加 剂， 每进一批必须在应用前 7 d运到现场 ， 用施工配 比 验证外加剂的性能和混凝土试件 7 d强度 ， 合格后方 可应用 。对水泥， 要求 3 d强度和安定性合格后才可 应 用 。砂 石料 必须 严 格检 验 ， 对 于 达不 到标 准 要 求 的 原材料 坚 决不 能应 用于 工程 。 只有这 样才 能有 效保 证 混凝 土 的最终 强度 、 施工 性能 和匀 质性 。 南 昌梁 山特长 隧道 施工 具有 断面 小 、 物料运 输 难 、 泵送管道长、 通风差 、 养护难 、 突发事件多等特点， 应该 以优化混凝土配合 比设计为基础 ， 把控好原材料质量 ， 加强 过程 控制 ， 只有 这 样 才 能 保 证 隧 道衬 砌 耐 久 性 混 凝土配合 比设计和施工质量 。 参 考 文 献 1 李玉君 ， 孙红 梅 武广铁路客运专线高性 能混凝 土配制技 术 J 铁 道建 筑技术 ， 2 0 0 9 ( 增 1 ) ： 1 9 3 1 9 6 2 王魁 南 吕梁 山 隧道设计 图纸 z 天津 ： 铁道 第三 勘察 设 计院集团有限公 司， 2 0 1 0 3 中华人 民共 和 国铁 道部 J G J 5 5 2 0 l 1 普 通 混凝 土配 合 比设计规程 s 北京 ： 中国铁 道出版社 ， 2 0 1 1 4 中华人 民共 和国铁 道部 T B 1 0 4 2 4 -2 0 1 0 铁 路混 凝土 施 工质量验收标准 s 北京 ： 中国铁道 出版社 ， 2 0 1 1 5 中华人 民共和 国住 房和 城乡建 设部 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通混凝土长期性能 和耐久性 能试 验方法标准 S 北京 ： 中 国 建筑工业 出版社 ， 2 0 0 9 6 中华人 民共和 国住 房和 城乡建 设部 G B 5 0 1 6 4 -2 0 1 1 混 凝土质量控制标准 s 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 1 1 7 江京平 ， 戴友保 ， 彭 建萍 武广 铁路 客运专线 耐久性 混凝 土 施工技术 J 铁道建筑 ， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 1 5 3 1 5 5 8 齐红军 铁路客运专线高性 能混凝 土配 合 比设 计优 化 J 铁道建筑 ， 2 0 1 2 ( 7 ) ： 1 3 4 1 3 6 9 陈会升 铁路客运专线高性 能混凝 土施 工探讨 J 四川建 材 ， 2 0 0 9( 6)： 1 3 2 1 3 3 1 0 许 红梅 ， 王忆 宁 高性能混 凝土施 工质量 控制措 施 J 铁 道建筑 ， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 1 5 6 1 5 8 1 1 于奎峰 ， 韩玉海 ， 姜 福香 ， 等 双掺 高性能混 凝土 配合 比试 验研究 J 铁道建筑 ， 2 0 0 9 ( 5 ) ： 1 1 6 1 1 8 1 2 王伟 轨道板 高强 耐久 性混凝土施工控制技术 J 城市建 设理论研究 ， 2 0 1 2 ( 6 ) ： 1 4 8 1 4 9 ( 责任审编 葛全红)