隧道二次衬砌粉煤灰防水混凝土的配制技术研究

摘要

隧道二次衬砌混凝土强度等级较低，一般仅C25，但要求流态性好，且要有很好的抗裂防水功能。目前工程中大多采用掺防水剂、膨胀剂来配制二衬混凝土，这不仅增加了工程成本，而且由于水胶比较大，混凝土容易收缩开裂，渗漏水严重依然是目前大多数隧道的使用现状。 针对工程界对隧道二次衬砌防水混凝土存在的配制误区，本文采用平行试验方法和正交试验方法分别研究了防水外加剂和配合比设计参数对隧道二衬混凝土强度和抗渗性的影响。防水外加剂的影响结果表明，在较高水胶比0.52下，部分防水剂对混凝土的抗渗性有一定改善作用，在相对较低水胶比0.43下，各防水剂对混凝土抗渗性改善不明显，且复合防水剂的减水效果较低。正交试验研究结果表明，影响混凝土28d强度与抗渗性因素的主次关系为：水胶比>粉煤灰超量取代系数>粉煤灰掺量>胶凝材料用量。说明在选定的因素水平范围内，水胶比是影响混凝土强度和抗渗性最显著的因素，粉煤灰掺量影响相对较小。由此提出了隧道二衬粉煤灰防水混凝土的配合比设计思路，通过采用高效减水剂降低水胶比，增加粉煤灰掺量的方法来平衡隧道二衬混凝土低强度、大流态、高抗渗三个技术指标的关系，并达到降低工程成本的目的。 对隧道二次衬砌粉煤灰防水混凝土的配合比设计参数进行了优化，采用Ⅱ级粉煤灰和P．O32.5水泥配制的C25粉煤灰防水混凝土的配合比为：胶凝材料用量360kg/m3，水胶比为0.46，粉煤灰掺量为20％，超量取代系数1.3～1.4。 对隧道二次衬砌粉煤灰防水混凝土的抗裂耐久性进行了研究。利用平板法塑性收缩试验和椭圆环约束收缩开裂敏感性试验，砂浆脆性系数、混凝土弹强比、混凝土干缩率等指标评价混凝土的抗裂性，研究结果表明粉煤灰的掺入提高了其抗裂性。混凝土快速碳化试验表明，粉煤灰掺量在30％时，抗碳化性能仍可以满足隧道设计使用年限。混凝土NEL氯离子加速渗透试验结果表明，隧道二衬粉煤灰防水混凝土具有很好的抗氯离子扩散能力。抗硫酸盐侵蚀试验结果表明，隧道二衬粉煤灰防水混凝土具有较好的抗硫酸盐侵蚀能力。 最后，在大枫树岭隧道二次衬砌施工中，对隧道二次衬砌粉煤灰防水混凝土进行了工程应用试验，工程验证隧道二次衬砌粉煤灰防水混凝土具有良好的施工性能，浇筑出的混凝土内实外美，可以满足设计要求的力学性能和抗渗性能，而且降低了工程成本，具有一定的经济效益。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景与目的

1.2国内外研究现状、发展水平和存在的问题

1.2.1结构自防水混凝土的技术发展

1.2.2隧道二次衬砌混凝土的技术现状和存在的问题

1.3研究目标和研究内容

1.3.1研究目标

1.3.2研究内容

第2章原材料及试验方法

2.1隧道二衬防水混凝土试验原材料的选用原则

2.1.1水泥

2.1.2矿物掺和料

2.1.3粗集料

2.1.4细集料

2.1.5化学外加剂

2.1.6水

2.2试验原材料

2.2.1水泥

2.2.2矿物掺和料

2.2.3粗集料

2.2.4细集料

2.2.4外加剂

2.3试验方法

2.3.1水泥胶砂抗压、抗折强度试验

2.3.2混凝土抗压强度试验

2.3.3混凝土抗压弹性模量试验

2.3.4混凝土水压力抗渗性试验

2.3.5混凝土干缩性试验

2.3.6混凝土平板法塑性收缩试验

2.3.7椭圆环约束收缩开裂敏感性试验

2.3.8混凝土NEL氯离子扩散系数法快速试验

2.3.9抗硫酸盐侵蚀试验

2.3.10抗碳化性能试验

第3章隧道二衬混凝土强度和抗渗性影响因素研究

3.1防水外加剂的影响

3.2配合比设计参数的影响

3.2.1正交试验方案设计

3.2.2正交试验结果与分析

3.3混凝土养护龄期的影响

3.4本章小结

第4章隧道二次衬砌粉煤灰防水混凝土的配合比设计参数优化

4.1单方用水量的优选

4.2粉煤灰掺量的优选

4.3粉煤灰品质的优选

4.4粉煤灰超量取代系数的优选

4.5本章小结

第5章隧道二衬粉煤灰防水混凝土抗裂耐久性研究

5.1隧道二衬粉煤灰防水混凝土的抗裂性能研究

5.1.1干燥收缩抗裂性研究

5.1.2塑性收缩抗裂性研究

5.1.3混凝土的弹强比试验

5.1.4砂浆椭圆环法约束开裂试验

5.1.5水泥胶砂的脆性系数

5.1.6粉煤灰提高混凝土抗裂性的机理分析

5.2混凝土抗氯离子渗透性能

5.3混凝土抗硫酸盐侵蚀性能

5.4混凝土抗碳化性能

5.5本章小结

第6章隧道二衬粉煤灰防水混凝土的工程应用试验

6.1工程简介

6.2混凝土配合比试验

6.2.1现场原材料

6.2.2配合比设计主要技术指标

6.2.3试验段施工配合比设计

6.3试验段施工及观测

6.3.1施工准备

6.3.2混凝土搅拌、运输、浇筑、振捣

6.3.3试验段观测

6.4技术经济评价

6.5本章小结

第7章结论

参考文献

致谢

附录