石膏岩区隧道衬砌混凝土侵蚀机理分析及配合比设计

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1、铁道建筑RailwayEngineeringJune，201572文章编号：1003-1995(2015)06—0072-03石膏岩区隧道衬砌混凝土侵蚀机理分析及配合比设计唐清宽，王静，吴银亮(1．中交路桥华南工程有限责任公司，广东中山528400；2．东湖学院，湖北武汉430212；3．中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉430052)摘要：从凉水井隧道石膏类围岩的化学成分分析入手，通过水泥净浆试验结合扫描电镜测试，分析了石膏岩对隧道衬砌混凝土的侵蚀机理。当石膏岩被误作为混凝土集料时，在水泥与

2、岩石的接触面上产生了大量的钙矾石，对接触面直接产生破坏作用，降低了试块强度。根据相关规范及规定，设计了高性能防腐蚀混凝土的配合比，并对该配合比进行了试验验证，结果显示矿物掺合料和纤维均能够提高混凝土的强度并降低氯离子扩散系数，改善其抗裂性能。关键词：扫描电子显微镜硫酸盐侵蚀配合比设计隧道中图分类号：TU451文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1003—1995．2015．06．19从工程的安全角度考虑，在工程建设过程中应尽含量，将样品s2干燥后磨成岩粉，在中国地质大学量避开石膏岩这类特

3、殊岩石地段¨，当无法避免时就(武汉)国家重点实验室进行化学成分全分析，结果见需要特别注意石膏岩溶蚀生成的硫酸根离子对混凝土表2。结构的外部侵蚀作用，以及将石膏岩误作为混凝土骨表1石膏岩样能谱分析结果％料对混凝土结构的内部侵蚀作用。无论是哪种侵蚀，均会对混凝土产生一系列如结构膨胀、强度降低、结构破坏、性能劣化等破坏作用。鉴于此，本文以宜巴高速凉水井隧道为研究对象，通过扫描电子显微镜(SEM)成像方法，分析硫酸盐对隧道混凝土的侵蚀机理，并针对建设在石膏岩区的隧道专门设计了高SiO2A1203CaOMgOK2

4、OSO3SrOZrO2烧失量性能混凝土配合比，这种配合比的混凝土能有效防止1．380．073O．271．970．0540．850．190．0425．14石膏岩溶蚀生成的硫酸根离子对衬砌结构的破坏，对隧道安全运营具有重要的现实意义。2石膏岩对混凝土侵蚀方式及侵蚀机理分析1石膏岩成分分析2．1石膏岩对混凝土的侵蚀方式凉水井隧道位于宜巴高速公路上，隧址区石膏类石膏岩对混凝土的侵蚀主要有以下两种方式。围岩主要为三叠系嘉陵江组嘉二段至嘉五段海相沉积1)石膏岩溶蚀后使周围水溶液中含有大量硫酸岩，矿物成分主要为石膏、

5、硬石膏和白云石，岩性主根离子，硫酸根离子扩散进入混凝土内部与水泥水化要为含膏质白云岩、白云质石膏岩、石膏岩以及硬石的Ca(OH)反应再次生成石膏而结晶膨胀、与水化铝膏岩。酸钙或单硫型水化硫铝酸钙(AFm)反应生成膨胀性从凉水井隧道中出露的典型石膏类围岩中取样物质三硫型水化硫铝酸钙(AFt)，使得混凝土发生膨sl和s2，室内进行能谱分析，结果见表1。这些值与胀开裂，从而产生硫酸盐侵蚀(外部侵蚀)，侵蚀等级石膏岩中CaO的理论含量32．6％，SO，的理论含量为D级。46．5％十分接近，可判定隧道围岩主要为石

6、膏岩。2)误用含石膏岩的骨料配制混凝土时，骨料表面此外，为了更加准确地了解石膏岩的化学成分及的石膏矿物将参与水泥的水化反应，与水泥中的铝酸钙、铁铝酸钙矿物反应或与水化形成的水化铝酸钙或收稿日期：2014．12-10；修回日期：2015-04-19单硫型的水化硫铝酸钙(AFm)继续反应，形成膨胀性作者简介：唐清宽(1964一)，男，陕西蒲城人，高级工程师。物质三硫型水化硫铝酸钙(AFt)，骨料一浆体界面的74铁道建筑June，20153．3高性能防腐蚀混凝土设计配合比试验验证果显示矿物掺合料和纤维均能够提

7、高混凝土的强度并根据上述设计配合比，按标准方法成型试件并养降低氯离子扩散系数，同时改善其抗裂性能。护，测定7d和28d的强度以及28d的氯离子扩散系参考文献数，结果如表4所示。可见，掺矿物掺合料的混凝土在强度方面有很大优势，矿渣粉和粉煤灰对氯离子扩散[1]肖允发，杨华砚，罗健，等．硬石膏水化和芒硝结晶膨胀性的测定[J]．勘察科学技术，1985(5)：7—10．系数的影响差别不大，掺人两种合成纤维后氯离子扩[2]吴银亮．石膏岩工程地质特性及其对隧道混凝土结构危害散系数进一步下降，同时也可以改善抗裂性。机制

8、研究[D]．武汉：中国地质大学，2013．表4设计配合比试验验证结果[3]于丽芳，杨志军，周永章，等．扫描电镜和环境扫描电镜在地学领域的应用综述[J]．中山大学研究生学刊(自然科学、医学版)，2008，29(1)：104—106．[4]曾昭东，刘洋，何茂文．防碱性溶出型侵蚀混凝土配合比设计与施工[J]．混凝土，2010(4)：104-106．[5]夏丁，汤晶，吴银亮．隧道石膏质围岩沉积环境及矿物组成分析[J]．西南公路，2014(4)：13