高瓦斯隧道中的高性能气密性混凝土技术.pdf

2 0 1 2 年 第 7 期 (总 第 2 7 3 期 ) Nu mb e r 7 i n 2 0 1 2 ( T o t al N o ． 2 7 3 ) 混 凝 土 Co n c r e t c 实用技术 PRACTI CAL TECHNOLOGY d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ~ ． i s s n ． 1 0 0 2 3 5 5 0 ． 2 0 1 2 ． 0 7 ． 0 3 7 高瓦斯隧道中的高性能气密性混凝土技术 张迅 。贺雄飞 。张立波 ( 中铁 隧道集 团有限公司 工程试 验中心 河南 洛 阳 4 7 1 0 0 9 ) 摘要： 介绍了高瓦斯隧道中的高性能气密性混凝土技术和气密性原理 ， 通过正交试验选择工作性能、 强度、 抗渗性、 电通量、 耐蚀性、 气密性均能满足要求的配合比数据并进行了结果分析。 经实践检测满足了工程混凝土高性能和气密性的双重标准， 保证了施工和运营中 的安全和耐久要求。 关键词： 气密性 ；高性能混凝土；混凝土耐久性 中图分类号 ： T U5 2 8 ． 3 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 7 — 0 1 1 7 — 0 3 Hi gh pe r f or man c e a nd ges - t i gh t ne s s c on c r e t e s t e ch nol ogy i n t he hi gh ga s t unne l ZHANG Xu n， HEXi o n g- f e i ， ZHAN G Li - b o ( E n g i n e e ri n g T e s t a n d T ri a l C e n t e r o f C h i n a T u n n e l G r o u p ， L u o y a n g 4 7 1 0 0 9， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n t r o d u c e d t h e h i g h p e rf o r ma n c e a n d g a s - t i g h t n e s s c o n c r e t e s t e c h n o l o g y i n the h i g h g a s t u n n e l a n d the p ri n c i p l e o f g a s - t i ght l l e s s ， s e _ l e c t e d t h e c o n c r e t e mi x t u r e d a t a w h o s e wo r k p e r f o rm anc e ， s ~ e n g t h ， An t i - p e r me a b i l i t y ， e l e c t r i c fl u x ， c o r r o s i o n r e s i s t anc e ， g a s — t i ght n e s s a l l C an me e t the r e q u i r e me n t s b y o r t h o g o n a l e x p e r i me n t a n d ana l y z e d t h e r e s u l t s ． I t s ~ i s fi e d t h e h i gh p e r f o rm anc e and the g as t i g h t n e s s d o u b l e s t a n d a r d s o f t h e e n g i n e e rin g c o n c r e ~ b y p r a c t i c e， a n d e n s u r e d t h a t the c o n s t r u c t i o n and o p e r a t i o n o f the s a f e t y an d d u r a bi l i ty r e q u i r e me n t s ． K e y wo r d s ： g a s t i g h me s s ； h i gh p e rfo r manc e c o n c r e t e s ； c o n c r e t e d ura b i l i t y 0 引言 贵昆铁路六沾复线为国家一级双线铁路 ， 其中 W4 标段三 联隧道全长 1 2 1 3 6 1 1 1 ， 地质条件复杂， 部分地段通过含煤地层 ， 存在煤层采空区， 并富含高瓦斯， 侵蚀性地段为弱硫酸盐侵蚀 和弱一 中等溶出型侵蚀， 对其混凝土提出商陛能化和气密性双重 要求。 要求二次衬砌混凝土 5 6 d电通量 ≤1 2 0 0 C， 抗渗等级≥ P 1 2 ， 耐蚀系数≥0 ． 9 ， 透气系数≤1 0 c m／ s 。 如果隧道衬砌层不够密实， 煤层中的瓦斯以及其他有害气 体将有可能透过隧道衬砌层而泄漏到洞内， 当瓦斯气体聚集到 一 定浓度时 ， 就会引起爆炸， 不仅对混凝土结构工程造成严重 破坏， 而且还给隧道施工、 车辆运行和旅客的生命财产造成极 大 的危害 。 1 气密性原理 混凝土的抗渗性狭义上是指混凝土抵抗水渗透的性能 ， 广 义上是指各种气体 、 液体和可溶性有害物质受压力、 化学势或 者电场作用下， 在混凝土中渗透 、 扩散或迁移的难易程度和速 度。 由于混凝土 自身具有多相、 多组分、 多尺度层次的非均质结 构特征， 且混凝土表面直接暴露于环境， 所以说抗渗性是影响 混凝土耐久性最重要的因素之一。 从理论上来说， 混凝土的抗渗性、 电通量以及气密性都是 衡量其密实程度的指标 ， 三者是相辅相成的关系， 只是检测手 段有区别而已， 并不相悖。 抗渗性是衡量混凝土抵抗围岩山体中 水压力的能力， 其缺点是对 C 3 0及以上的混凝土评价不确切 ； 电 收稿 日期 ：2 0 1 2 - -0 1 — 3 0 通量是高性能混凝土中提出的新指标、 新方法， 是对抗渗性的 一 种改进， 采用 c 1 规定时间内通过混凝土试件的电量总和来 衡量其密实性 ， 更加科学； 气密性则是专对瓦斯隧道提出的控 制指标， 意义是防止瓦斯的渗出， 混凝土对瓦斯的气密性和对 空气的气密性大体上属于同一数量级[ 】 l ， 与传统的抗渗性类似 ， 只不过从防渗水升级为防渗气 ， 检测设备也 由传统的抗渗仪改 装( 见图 1 ) 。 ( a ) 透气系数测定仪 f 户 ． ( b ) 原理示意图 ． 图 1 仪器及原理 混凝土是由大小不同的颗粒所组成的， 大颗粒的空隙由中 小颗粒去填充； 粗骨料的空隙由细骨料填充， 水泥浆则填充粗 细骨料堆积体的大小空隙， 并包裹它们形成一层润滑层， 使其 具有一定的工作性。 混凝土是一种复杂多相的复合材料， 它的结 构主要包括 3个相 ： 骨料 、 硬化水泥浆体以及二者之间的过渡 区。 过渡区是围绕骨料颗粒周边的一层薄壳， 厚度约 1 0 ~ 5 0 ix m， 是混凝土最薄弱的环节， 混凝土的破坏面均在过渡区。 瓦斯气 体主要是从过渡区中大量的孔隙、 气泡和裂纹渗透出来的。 1 1 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 过渡 区的特点 其改善原理为： 利用粉煤灰、 气密剂的活性和填充机能 ， 加强薄弱的过渡区， 改善混凝土的微观结构 ， 降低孔隙率， 减 少毛细孔和气泡孔数量【 2 ] ， 才能提高混凝土的密实性 、 耐久性 和气密性。 2混凝 土 配制 2 ． 1 原材料 ( 1 ) 水泥 ： 云南宣威宇恒厂生产的P 0 4 2 ． 5 级水泥。 ( 2 ) 粉煤灰： 云南宣威发电粉煤灰开发有限公司生产的 I 级 F类粉煤灰。 ( 3 ) 气密剂： 山西黄腾化工有限公司生产的气密剂。 ( 4 ) 细骨料： 宣威当地产机制砂， 粗砂， 细度模数 3 ． 4 ， 石粉 含量 7 ． 4 ％。 ( 5 ) 粗骨料： 宣威当地产 5 ～ 2 6 ． 5 rea l 连续级配碎石。 2 ． 2 配合 比设计及调整 设计为 C 3 0二次衬砌混凝土， 通过竖井下落， 罐车井底二 次搅拌倒运， 坍落度损失较大。 采用正交设计进行配合比试验， 取用水量、 水胶比、 粉煤灰掺量、 砂率、 减水剂掺量、 气密剂掺量 6 个因素， 其中气密剂掺量取 2 级水平， 其他 5 个因素取 3 级水 平， 试验排列及拌合物性能测试结果如表 2 。 取表 2中试验 3 、 5 、 9 ( 即混凝土拌合物和易性较好的) 进行 装模、 标养至规定龄期进行进一步试验 ， 配合比数据见表 3 。 表 2正交设计数据表 表3 混凝土配合比数据 k g ／ m3 混凝土透气系数测定按照《 铁路瓦斯隧道技术规范》 进行 2 ． 3 试验方法及结果分析 抗渗试验按照《 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》 进行试验 ， 采用顶面直径为 1 7 5 n l r n ， 底面直径 1 8 5 1I 1 1 1 1 ， 高度为 1 5 0 mn l 的圆台体试件， 逐级打压试验嘲 。 耐蚀系数试验按照《 铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》 的规定进行胶凝材料抗硫酸盐侵蚀试验， 通过胶凝材料胶砂试 件浸泡在硫酸钠溶液中抗折强度与饮用水中的同龄期抗折强 度之比计算耐蚀系数 。 电通量试验按照《 铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》 进行测试 ， 通过测量混凝土试件在 6 O V直流恒电压下 6 h通过 的总电量来评价混凝土的氯离子渗透性能 ， 从而评价混凝土的 密实性嘲 。 l1 8 试验， 主要步骤如下： 试件尺寸同抗渗试验的圆台体， 标养 2 8 d后， 室内气干 1 4 - 2 8 d o 按抗渗试验要求装模后， 放置于改装后的气密仪上( 见 图2 ) 。 从 0 ． 3 MP a开始加压， 稳定 6 h后每 0 ． 5 h测读透气量 ， 直至连续 2次透气量差值在其平均值的 1 0 ％内为止。 每组 6个 试件中舍弃最大值和最小值， 取剩余 4个平均值为该组试件的 透气量， 代人达西公式计算透气系数旧 ： 一 ： ． 墨 塾 1 0 - 2 ( 1 ) ( P I 一 j ) A 各试验结果见表 4 。 试验结果分析 ： ( 1 ) 抗渗试验结果均未透水， 故劈裂试件后测量其透水高 度 ， 也验证了抗渗试验对 C 3 0及以上等级混凝土的评价不太适 宜的结论 。 ( 2 ) 按规范规定耐蚀系数 大于0 ． 8时即合格， 各组所测结 果均合格， 且所测抗蚀系数均大于 1 ， 说明被 3 0 ／ o Na 2 S O 4 ~ H2 S O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m