瓦斯隧道氣密性混凝土性能研究

寇建平

Cement and concrete production 水泥與混凝土生產

瓦斯隧道氣密性混凝土性能研究

寇建平

（中鐵十七局集團第一工程有限公司，山東 青島 266000）

本文將分析膠凝材料體系和氣密劑摻入量對氣密性混凝土性能所造成的影響。研究中，將會通過調整膠凝材料組成及比例和氣密劑的摻入量，最終配置出不同配合比的C30氣密性混凝土，分析不同配合比混凝土的性能。

瓦斯隧道；氣密性混凝土；透氣性能

隨著我國交通網絡建設的持續加快，隧道建設過程中經常會遇到穿越瓦斯地帶的情況，進而導致隧道建設出現額外的問題和難題。在此情況下，為增強隧道的氣密性，需要在隧道建設過程中采用氣密性混凝土，但結合實際情況來看，通過不同材料、不同配合比所制備出的氣密性混凝土，其實際抗滲透性、抗透氣性和耐久性能也不盡相同。基于此，本文為能夠確定不同材料和配合比對氣密性混凝土性能的影響，進行相應的實際研究，以期能夠為后續氣密性混凝土的推廣應用提供理論參考。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 膠凝材料

試驗中所使用的膠凝材料均為某公司所生產的強度為42.5的普通硅酸鹽水泥，此水泥的初凝和終凝時間分別為130min和210min，在3d時的抗壓強度和抗折強度分別為5.8Mpa和25.9Mpa，在28d時的抗壓強度和抗折強度分別為8.5Mpa和49.8Mpa，比表面積為350kg/m2；粉煤灰均為某粉煤灰場所生產的Ⅱ級粉煤灰，此粉煤灰在經過45μm方篩篩余量為8.5%，實際流動度比為103%，需水比為96%，燒失量為5.24%。

1.1.2 骨料

骨料主要分別粗骨料和細骨料兩部分。粗骨料采用粒度為5mm~20mm的連續級配天然碎石，含泥量和泥塊含量分別為0.75和0.3%，孔隙率為32%；細骨料選用細度模數為2.7的天然河砂，孔隙率為37%，石粉含量為4.8%。

1.1.3 外加劑

試驗中所使用的外加劑主要分別減水劑和氣密劑兩種，其中減水劑會選用由某公司所生產的減水率為30%的聚羧酸高性能減水劑，在進行膠凝材料制備中的摻入量為1.0%；氣密劑選用混凝土專用防腐氣密劑，其中氯離子含量為0.02%，堿含量為0.49%，水含量為0.09。

1.2 配合比設計

結合現有的研究成果，通過不斷調整膠凝材料使用量和氣密劑的摻入量來最終制備出不同配合比的C30氣密性混凝土。另外，為確保試驗結果的精確有效性，避免加入不必要的變量因素，試驗中會將混凝土水膠比控制在0.45，砂率控制在45.7%，具體配合比設計方案如表1所示。

表1 混凝土配合比設計表

1.3 試驗方法

在試驗中，會將不同配合比的氣密性混凝土澆筑層大小分布為100×100×100mm以及100×100×400mm的混凝土試件，然后對混凝土的經時坍落度和經時含氣量【1】；在7d、28d以及56d時混凝土試件的抗壓強度和抗折強度進行測定；具體氣密性混凝土要求標準將會參考《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》（TB 10424-2018）。

2 結果與討論

通過試驗分析，最終獲取到圖1中的試驗結果。

圖1 氣密性混凝土試驗結果圖

（1）含氣量

如圖（a）所示，隨著膠凝材料中粉煤灰的摻入量不斷減少，氣密性混凝土中的含氣量將會不斷減少（1號~3號）。另外，從圖（a）中還可以了解到隨著膠凝材料中氣密劑摻入量的不斷減少，氣密性混凝土中的含氣量將會不斷減少（2號~5號）。

（2）坍落度

如圖（b）所示，隨著混凝土膠體材料中粉煤灰摻入量的不斷減少，氣密性混凝土的坍落度也會隨之增加（1號~3號）。之所以會出現此種情況，主要是因為粉煤灰中存在粉煤灰顆粒，在實際應用過程中會出現微珠效應情況，可以在膠體材料中起到滾珠效果，進而降低混凝的坍落度，提高混凝土性能【2】。

（3）力學性能

由圖（c）和（d）可知，當試件制備試件達到7d后，其實際強度和將會快速增長，基本上均可以達到56d時的60%~70%，但試件制備試件達到28d后，試件的實際抗壓強度的增加幅度開始小幅度下降，此時試件的實際強度基本上可以達到56d時的85%左右，之后隨著時間的不斷推移，試件的實際強度將會逐步趨于穩定。

如圖（c）所示，隨著粉煤灰摻入量的逐步減少，在7d時，氣密性混凝土的實際抗壓強度卻不斷下降，隨著時間的不斷推進，當在56d時，氣密性混凝土的實際抗壓性能下降幅度相比較7d時進一步加大（1號~3號）。之所以會出現此情況，主要是因為粉煤灰中含有火山灰活性物質和微集料物質，在該些物質的填充下，氣密性混凝土的致密性得到進一步提升，降低孔隙率，最終提高氣密性混凝土的實際抗壓性能【3】。隨著氣密劑摻入量的逐步減少，氣密性混凝土的抗壓強度持續下降，且隨著時間的不斷推移，此下降幅度還會進一步增加（2號~5號）。與粉煤灰所產生的作用大致相同，氣密劑摻入量的增加將會導致氣密劑與水泥水化反應中所生產的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等化合物的產生量增加，進而降低氣密性混凝土的孔隙率，提高氣密性混凝土的整體抗壓性能。

如圖（d）所示，隨著粉煤灰摻入量的不斷減少，氣密性混凝土的抗折強度也在不斷下降，且此種下降情況會隨著時間的不斷推移還會得到進一步增加（1號~3號）。隨著氣密性混凝土中氣密劑摻入量的不斷降低，氣密性混凝土的抗折強度將會不斷下降，且此種下降情況還會隨著時間的不斷推移而小幅度增加。由此可知，隨著粉煤灰和氣密劑摻入量的不斷增加，氣密性混凝土的抗折性能也將會得到一定增長。

（4）透氣性

如圖（e）所示，在水泥和粉煤灰的質量比為280：100時，氣密性混凝土試件的實際透氣率將為0.59×10-11cm/s，相比較2號和3號來說，1號氣密性混凝土透氣系數提高了近20%；隨著氣密劑摻入量的逐步增加，氣密性混凝土的透氣系數也會得到進一步增加，結合5種氣密性混凝土來看，最佳的氣密劑摻入量應為6.59%。

3 結語

在研究中，本文通過不同配合比的膠凝材料和不同摻入量的氣密劑制備出了不同性能的C30氣密性混凝土，并對相關混凝土的含氣量，坍落度以及力學性能進行分析測定，最終得到以下結論：

（1）增加氣密性混凝土中的氣密劑的摻入量，將可以有效提高氣密性混凝土的力學性能，降低混凝土坍落度；

（2）增加膠凝材料中的粉煤灰摻入量，將可以有效減少混凝土的含氣量，增強氣密性混凝土的力學性能，但卻會增加氣密性混凝土的坍落度。

（3）當氣密性混凝土中水泥和粉煤灰的質量比為280：100，氣密劑的摻入量不應低于6.59%

[1]邱瑩.新高坡瓦斯隧道氣密性混凝土配合比設計[J].國防交通工程與技術,2018,v.16；No.98(S1):20-22.

[2]楊育紅.瓦斯隧道高性能氣密性混凝土的配制及應用[J].鐵道建筑,2018,058(004):83-86.

[3]姬建東.瓦斯隧道氣密性混凝土配制及施工技術的分析[J].建筑工程技術與設計,2018,000(006):161.

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