百花山隧道二次襯砌中水灰比對抗滲性能影響

李 從 德

(云南交通職業技術學院，云南 昆明 650500)

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百花山隧道二次襯砌中水灰比對抗滲性能影響

李 從 德

(云南交通職業技術學院，云南 昆明 650500)

結合武易高速公路百花山隧道二次襯砌工程實例，以抗滲標號法為測試方法，水灰比為變量,齡期和外摻料為衡量，分析了C30混凝土在不同水灰比下對抗滲性能的影響，指出水灰比是混凝土抗滲性能最重要的因素。

混凝土，水灰比，抗滲性，耐久性

1 概述

混凝土的抗滲性能是指混凝土抵抗有壓介質(水、油、溶液等)滲透作用的能力。影響混凝土抗滲性能的因素很多，主要包括水灰比、水泥用量、砂率等。一般情況下認為，混凝土各項材料組成與配合比中對抗滲性最具影響力的因素是水灰比。事實上，在水灰比小于0.13，特別是摻有硅灰時，混凝土對于水與氯化物來說是不可滲透的，理論上我國規范水灰比最大限值為0.6。因此本文的目的就是分析不同水灰比對武易高速公路百花山隧道二次襯砌C30混凝土抗滲性能的影響。

2 試驗原材料

2.1 水泥

本試驗采用云南昆鋼嘉華水泥建材有限公司P.O42.5水泥。

1)對水泥的物理性能：水泥凝結時間(初凝與終凝)見表1。

表1 水泥的物理性能

2)水泥膠砂強度。

水泥膠砂試驗用于確定水泥的強度等級，用于檢測水泥的抗折強度和抗壓強度。根據試驗測出了水泥膠砂強度見表2。

表2 水泥膠砂強度

2.2 集料

1)粗集料。

本試驗中粗集料采用武定滑坡采石場碎石(連續級配5.0 mm～31.5 mm)?？節B混凝土所用粗集料為碎石，是混凝土的主要組成材料，也是影響混凝土強度的重要因素之一。粗集料中針狀顆粒過多，會降低混凝土強度，其含量應加以控制。粗骨料宜采用連續級配，其最大公稱粒徑不宜大于31.5 mm,含泥量不得大于1.0%，泥塊含量不得大于0.5%。

2)細集料。

本試驗中細集料采用仁興西村石場機制砂(Ⅱ區中砂)。抗滲混凝土用細集料應采用級配良好，質地堅硬，顆粒潔凈的河沙或海砂。當工程所在地沒有河沙或海砂資源時，也可使用符合要求的山砂或機制砂。各類砂的技術指標必須符合要求才能使用。細集料宜采用中粗砂，含泥量不得大于3.0%，泥塊含量不得大于1.0%。

2.3 拌合水

百花山隧道抗滲性混凝土拌合用水采用經試驗室檢驗合格的pH值為4.5的潔凈自來水。

2.4 外加劑

外加劑為昆明安夏新材料有限公司生產的防水減水劑，其摻量為水泥的1.5%，減水率為28%。

3 抗滲混凝土配合比設計

3.1 設計說明

本設計主要分析不同水灰比對C30抗滲混凝土性能的影響。設計坍落度為180 mm～200 mm；粗細集料潔凈、無風化；水泥為昆鋼嘉華P.O42.5水泥；外加劑為昆明安夏新材料有限公司生產的防水減水劑，其摻量為水泥的1.5%。

3.2 初步配合比計算

1)計算試配強度。

fcu，o=fcu，k+1.645σ=30+1.645×5=38.2 MPa。

2)計算水灰比。

W/C=(αa×fce)/(fcu，o+αa×αb×fce)=(0.53×1.12×42.5)∕(38.2+0.53×0.20×1.12×42.5)=0.58。

當W/C=0.2時，水泥不能充分產生水化作用，硬化后有未水化的水泥質點；當W/C=0.4時，水泥能充分進行水化作用，硬化后水泥石結構致密；當W/C=0.6時，過多的多余水蒸發后，在水泥中形成毛細孔。

經測定，適宜的水灰比宜為0.4～0.5，根據試驗選水灰比0.45。

3)選定用水量。

根據所用材料的粒徑及坍落度要求選取初步用水量mwo=205 kg/m3,減水劑的減水率為28%，計算摻外加劑后單位用水量mwa=mwo·(1-β)=205×(1-28%)=148 kg/m3。

4)計算摻外加劑后的單位水泥用量。

mco=mwa/(W/C)=148/0.45=329 kg/m3。

5)選取砂率。

根據碎石粒徑大小及W/C查表確定砂率βS=45%。

6)計算粗集料、細集料的用量。

假定每立方米混凝土容重為2 450 kg/m3。

mco+mgo+mso+mwa=mcp。

βs=mso/(mgo+mso)=45%。

得：mso=888 kg/m3，mgo=1 085 kg/m3。

7)外加劑用量。

防水減水劑摻量為水泥的1.5%。

mj=329×0.015=4.935 kg/m3。

8)提出初步配合比。

水泥∶水∶砂∶碎石∶外加劑=329∶148∶888∶1 085∶4.935=1∶0.45∶2.70∶3.30∶0.015。

3.3 試驗方案確定

為了分析水灰比對抗滲混凝土性能的影響，在集料級配相同的情況下，用不同的水灰比進行了混凝土的抗滲試驗。抗滲水泥混凝土的配合比以控制坍落度為主，水灰比從0.40～0.50進行了3組水泥混凝土抗滲試驗，每組試拌0.04 m3，3組不同水灰比下抗滲水泥混凝土配合比見表3。

表3 3組不同水灰比下抗滲混凝土各項材料拌合用量

根據上述混凝土配合比設計說明及抗滲混凝土初步配合比步驟計算出的拌制一個水灰比，將此水灰比作為基準水灰比,基準水灰比±0.05,可得到3個不相同的水灰比，見表3?？煞譃椋?/p>

1組：基準水灰比+0.05(水灰比即為0.50);2組：基準水灰比0.45;3組：基準水灰比-0.05(水灰比即為0.40)。

再根據表3各組的配合比稱量出所需拌制抗滲混凝土制作試件所需材料用量，按照每組水灰比制作6個圓臺形試件，每個試件的尺寸均為175 mm×185 mm×150 mm，一共18試件。試件成型1 d后脫模，在標準養生條件下養護28 d，養護完成后進行抗滲試驗，檢驗混凝土的抗滲等級是否達到要求。

3.4 抗滲混凝土制作與養護

1)主要試驗儀器。

a.振動臺。標準振動臺，頻率每分鐘3 000次±200次，負荷下的振幅為0.35 mm,空載時的振幅為0.5 mm；平板振動機，功率一般為1.1 kW。

b.試模?？節B混凝土試模為175 mm×185 mm×150 mm圓臺形試模。

2)試驗方法。

a.準備工作。取出新拌合的混凝土拌合物代表樣，認為品質合格后，即開始制作試件。在制作試件時，須在拌合后15 min內裝入試模并在45 min內成型完畢。

b.試件成型。在3組不同的水灰比下，每組試件為6個，共18個試件。試件抹面與試模邊緣高差不得大于0.5 mm。

c.試件養護。試件成型后1 d拆模，在室溫20 ℃±5 ℃,相對濕度在95%以上，試件宜放在鐵架或木架上，間隔至少10 mm～20 mm，避免用水直接沖淋,標準養護齡期為28 d。

4 混凝土抗滲性試驗

4.1 抗滲儀試驗原理

混凝土抗滲儀試驗原理是壓力傳感器可自動加壓升高水壓力，從而檢測液體滲透過混凝土的程度。

4.2 抗滲性試驗步驟

1)試件養生到期，取出擦干并刷凈兩端面，待干燥后在試件側面滾涂一層密封材料，然后馬上壓入預熱好的試模中，必須將試件底面和試模平齊，等試模冷卻后就解除壓力，接著裝在滲透儀上進行抗滲試驗檢測。

2)進行抗滲試驗檢測時，起始水壓力是0.2 MPa，每隔8 h就自動增加水壓力0.1 MPa，同時認真觀察試件表面情況，持續加壓到6個試件中有3個試件表面滲出水，記錄好此時的水壓力就停止試驗。若試驗中,發現試件周邊滲出水,應立即停止試驗重新密封試件。

3)若加壓水壓力達到設計抗滲標號，經過8 h后第3個試件表面仍沒有水滲出，此時證明混凝土滿足抗滲設計要求，即可停止抗滲檢測。

4)取出表面沒有滲出水的試件，將試件劈裂并測定滲水高度。

4.3 抗滲性結果計算

混凝土抗滲標號等級一般分為：S2,S4,S6,S8,S10,S12。

抗滲標號按下式計算：

S=10H-1。

其中，S為混凝土抗滲標號；H為第三個試件表面開始有滲水時的水壓力，MPa。

4.4 試驗過程

第1組C30抗滲混凝土試件，其水灰比為0.50，當第三個試件表面滲水時的壓力為0.8 MPa，其抗滲標號為S7。

第2組C30抗滲混凝土試件，其水灰比為0.45，當第三個試件表面滲水時的壓力為1.1 MPa，其抗滲標號為S10。

第3組C30抗滲混凝土試件，其水灰比為0.40，當第三個試件表面滲水時的壓力為1.3 MPa，其抗滲標號為S12，且劈裂后可量出它們的平均滲水高度為2.6 cm。

5 試驗結果與分析

5.1 試驗檢測結果

根據混凝土的抗滲試驗測出三組試件的試驗結果如表4所示。

表4 混凝土抗滲標號結果

5.2 試驗結果分析

根據表4試驗結果可以分析得出：

1)當基準水灰比為0.45時，抗滲標號為S10，劈裂后混凝土的平均滲水高度為4.4 cm；當水灰比為0.50時，抗滲標號為S7，劈裂后混凝土的平均滲水高度為7.1 cm；當水灰比為0.40時，抗滲標號為S12，劈裂后混凝土的平均滲水高度為2.6 cm。

2)根據試驗我們可以看出,當把混凝土劈裂后發現滲水的最高部位往往是有大粒徑粗集料的地方，硬化后的水泥漿體部位滲水高度相對更低。

3)混凝土的抗滲能力主要取決于其內部膠結作用和內部漿體與集料的密實性，水灰比逐漸增大，混凝土的內部膠結和密實性都降低。

6 結語

1)水灰比對混凝土孔隙大小與數量起決定作用，直接影響混凝土密實程度。水灰比越小，混凝土密實性越高，抗滲性及強度越高。反之，水灰比過大，混凝土抗滲性也隨之降低。

2)水灰比過大時，用水量太多，水泥在水化過程中，會在混凝土中留下大量的孔隙，同時孔隙相互貫通，使混凝土結構抗滲性能降低。

[1] JTG E42—2005,公路工程集料試驗規程[S].

[2] JGJ 55—2011,普通混凝土配合比設計規程[S].

[3] TZ 204—2008,鐵路隧道工程施工技術指南[Z].

The comparison impermeability performance influence of water cement ratio in secondary lining of Baihua mountain tunnel

Li Congde

(YunnanJiaotongVocationalTechnicalInstitute,Kunming650500,China)

Combining with the secondary lining engineering example of Baihua mountain tunnel of Wuyi hignway, taking the anti permeability label method as measurement method, water cement ratio as variables, age and extravasation material as measurement, this paper analyzed the influence of C30 concrete to impermeability under different water cement ratio, pointed out that the water cement ratio was the most important factor of concrete impermeability performance.

concrete water， cement ratio, impermeability, durability

1009-6825(2017)13-0162-03

2017-03-01

李從德(1972- ),男，副教授，高級工程師

U451.4

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