气密性混凝土在公路瓦斯隧道中的应用

气密性混凝土在公路瓦斯隧道中的应用

陈琳

中交第三航务工程局有限公司厦门分公司 福建 厦门 361000

摘要:本文通过实测掺气密剂与未掺气密剂的混凝土质量结果进行比对，分析各因素对气密剂混凝土的影响，表明气密剂混凝土在瓦斯隧道施工中具有明显的防渗透效果。

关键词：气密剂混凝土，瓦斯隧道，应用

引言

孔隙在混凝土结构是不可避免的部分，孔隙越多对混凝土的耐久性，密实性，抗渗透性能等越不利，特别是对防水要求高及有毒气体的渗透具有极强的危害。往混凝土中加入一定量的气密剂，可以提升混凝土的性能，比如改善和易性，增加密实性，提高部分强度，提高防渗透能力等。本文根据笔者参建的工程案例，按照现有规范和混凝土各原材料特性，在满足现场施工条件下，对瓦斯隧道中使用气密性混凝土取得良好质量和经济效果上，探讨气密剂混凝土在公路中的应用问题。

1.概述

G7611都匀至香格里拉高速公路守望至红山段A6合同段红崖山隧道由中交第三航务工程局承建。在隧道施工过程中进行瓦斯探查超前水平地质钻孔时发现有瓦斯气体涌出，钻孔返水出现大量油状漂浮物，开挖过程中呈泥灰岩夹劣质炭煤及煤矸石结构。经过第三方专业鉴定机构现场循环监测鉴定，为低瓦斯工区。因遇上瓦斯隧道，根据设计文件要求，隧道二次衬砌、仰拱等部位的混凝土配合比采用气密性混凝土，以起到防止瓦斯等有毒气体及其他有害介质的渗透。

2．试验方案及结果

原设计配合比为C30P8，在施工段落进入瓦斯段后，根据设计文件要求，瓦斯段二次衬砌和仰拱等部位需提升一个强度等级，且混凝土的透气系数不应大于10^-10～-11cm/s，原设计的C30P8配合比已不能满足要求。故重新配置C35P8配合比，并用在配合比中掺加液体混凝土气密剂的方案以解决问题。

以下为经检验各项指标均合格的配合比原材料情况：

水泥：云南远东亚鑫水泥有限公司生产的P.O42.5水泥

粉煤灰：贵州银钉子环保科技有限公司生产的F类Ⅱ级灰

细骨料：机制砂，细度模数为2.9-3.1

粗骨料：比例为16-31.5mm：10-20mm：5-10mm=30%：60%：10%

减水剂：福州创先工程材料有限公司生产的缓凝高效减水剂，减水率为26% ，掺量为1.2%，固含量为26.95%

气密剂：福州创先工程材料有限公司生产的CX-10型混凝土液体气密剂，掺量为胶材总质量的10%，固含量为10.5%

按表1和表2进行配合比拌制，其中A1、B1、C1组未掺气密剂，A2、B2、C2组掺气密剂。

表1：未掺气密剂配合比

表2：掺气密剂配合比

注：以上实际用水量均有扣除减水剂及气密剂中的所含的水质量。

在同环境条件下进行试拌，各组的混凝土拌合性能均能满足设计及施工要求。按要求成型试块并标准养护，至同龄期后进行以上试验，试验结果如下：

表3：未掺气密剂混凝土试验成果汇总表

表4：掺气密剂混凝土试验成果汇总表

由试验结果可知：①抗渗等级均能达到要求，掺气密剂的混凝土的透气降低，渗透性有减小的趋势；②抗渗等级与透气系数无明显线性关联关系；③抗压强度越高，抗渗等级一般也越高，透气系数有减小的趋势；④在相同水胶比及材料用量下，掺加气密剂可一定程度提高混凝土抗压强度；⑤随着水胶比增大，混凝土透气系数逐渐增大。

3.影响因素分析

3.1水胶比的影响

根据试验数据可知，随着水胶比的增大，混凝土的透气系数增大，抗压强度减小。过大的水胶比容易使混凝土黏聚性降低，硬化后的混凝土内部孔隙率也随之增加，更容易产生大孔和连续孔，造成混凝土抗渗性显著下降。若水胶比过小，又会降低混凝土拌合物的流动性，使狭窄的施工作业面的插捣工作增加难度，影响混凝土的密实性。本项目瓦斯段隧道的仰拱及二衬的混凝土设计强度为C35，从质量和经济方面考虑，取水胶比为0.40的掺气密剂配合比，其强度，抗渗等级，透气系数均能满足要求。

3.2砂率的影响

根据试验结果可知，两种混凝土，不管是7d还是28d抗压强度，都有因砂率增加而出现强度下降的趋势。而掺气密剂的混凝土下降趋势相对比较平缓，说明气密剂对混凝土的抗压强度有一定影响。因本项目使用的是机制砂，棱角较多，总表面积和空隙率较大，导致混凝土流动性较差，在二衬施工时又采用泵送输送的方式，因此需采用合理的砂率以达到施工性能，若率较大，浆体较多，能一定程度上提升泵送施工性，但也会影响混凝土的干缩性，易产生裂纹，影响强度和防渗效果。若砂率过小，则影响混凝土的和易性和保水性等，严重时候产生离析现象，严重影响混凝土的质量。经试验室验证，现场施工时的最佳砂率一般控制在43-45%左右。

3.3胶凝材料的影响

从混凝土硬化机理及其组成各原材料的性质分析，在保证混凝土强度和耐久性的条件下，单方混凝土减少水泥用量有利于降低混凝土的收缩性，从而也能提高抗渗性能。水泥材料主要是防止混凝土硬化过程中，水泥与骨料的接触面产生裂隙，或因泌水产生的毛细孔道数量过多造成混凝土完整性降低而导致的防渗性能降低。粉煤灰在混凝土中既可起到润滑作用又起到填充作用，增强混凝土的施工性和密实性。且粉煤灰具有一定的活性，产生水化热小，抑制碱-骨料反应的特点，使混凝土的密实性进一步增强，降低或堵塞了部分孔隙。

3.4外加剂的影响

本试验采用的外加剂是减水剂和气密剂两种。为避免不同掺量对混凝土的影响，减水剂掺量均采用经验证的最佳掺量（1.2%）。减水剂具有降低用水量和水胶比的作用，在保证混凝土质量的情况下建议增加减水剂掺量，但也不是越多越好，减水剂超掺引起的混凝土离析泌水等情况，反而对混凝土密实度有降低影响。气密剂也具有一定的减水率，在配合减水剂使用时，在减少拌合用水量的情况下还能提高混凝土流动性能，增加混凝土施工和易性，提高混凝土强度，降低混凝土透气系数。根据试验结果，掺气密剂的那组混凝土拌和性能也有一定的提高，试验过程中表现为掺气密剂的混凝土更加柔软，流动度更好，保塌时间也更长，其透气系数结果也说明气密剂对改善了混凝土构造内部的孔隙结构有增益效果，能起到防止或减小由于各种原因导致混凝土塑性收缩、化学收缩、湿胀干缩、热胀冷缩等引起的裂纹裂缝而产生各种有害物质或者自然水的侵入带来的不良影响。

4.结论

4.1针对红崖山隧道瓦斯段的二次衬砌及仰拱等部位的混凝土，采用掺液体气密剂，在不改变水胶比，不改变胶凝材料、砂石用量、减水剂用量的前提下，降低了实际用水量，满足了瓦斯段隧道气密性的要求。

4.2 掺气密剂对混凝土的拌和性能有一定提升，在同种施工条件下，强度也有小幅提高。

参考文献：

1.《铁路瓦斯隧道技术规范》TB 10120-2002

2.《铁路混凝土工程施工施工质量验收标准》TB 10424-2018

3.G7611都匀至香格里拉高速公路两阶段施工图设计文件