隧道抗渗防腐混凝土研究与应用

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1、隧道抗渗防腐混凝土研究与应用中铁二十局集团第四工程有限公司程建平摘要：本文通过分析影响混凝土耐久性化学反应机理及特征，根据渝怀线11标段两座瓦斯隧道施工实际，论述该工程抗渗防腐混凝土从原材料及配合比选定到混凝土生产的全过程。关键词：铁路隧道瓦斯抗渗防腐混凝土1、前言混凝土结构在建成后不长时间，就会因各种化学的、物理的原因而出现过早的破坏，使结构耐久性大大降低，从而造成巨大损失。工程技术工作者研究发现，影响混凝土耐久性的化学反应主要有以下几种类型：表1影响混凝土耐久性化学反应的主要类型类型硫酸盐侵蚀碳酸水侵蚀氯盐侵蚀碱—骨料反应反应机理●　　　　　　SO42-·nH2

2、O+Ca(HO)2→CaSO4·2H2O+xOH-+yH2O●3CaSO4·2H2O+3CaO·Al2O3·6H2O+19H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O①雨季产生上述反应，生成的水化硫铝酸三钙含有大量结晶水，体积膨胀到反应前2.5倍以上，从而形成化学破坏；②旱季硫酸盐水分蒸发，在内部形成芒硝(Na2SO4·10H2O)结晶沉淀的膨胀，导致物理性破坏。空气中含有游离CO2形成的重碳酸盐与水泥中的Ca(HO)2在CO2有充足补给的情况下生成的Ca(HCO3)2极易溶于水，并随水流失，并使混凝土碱度降低。该现象称为“碳化”。●Ca(HO)2+MgC

3、l2→CaCl2+Mg(HO)2↓①CaCl2极易溶于水，并随水流失；②Mg(HO)2比Ca(HO)2胶结力更差；③氯离子坏钝化膜使钢筋表面锐化；④降低了混凝土碱度。●xSiO2+Na2O+nH2O→Na2O·xSiO2·nH2O①有碱与硅酸的反应(AAR)、碱—碳酸盐骨料反应(ACR)、碱--硅酸盐骨料反应(ASR)等三种。②反应生成类似水玻璃状的产物，体积膨胀。破坏特征①混凝土表面产生不规则裂纹，由表及里；②芒硝结晶沉淀的膨胀，混凝土表面会呈现一层“白霜”。①混凝土水泥石结构酥松而溃散；②钢筋锈蚀。①混凝土结构酥松溃散；②钢筋锈蚀；③使混凝土产生顺筋裂纹。①混凝

4、土在少钢筋的部位产生网状裂缝；②多钢筋的部位出现顺筋开裂。在实际施工中，常会碰到抗渗防腐混凝土施工，目前该方面的资料多偏重理论，比较适用于试验及研究。但对于直接从事施工的技术人员来讲，如何结合现场原材料供应以及设备等条件，合理设计满足结构强度以及耐久性要求，并节约成本的抗渗防腐混凝土配合比，才是最主要的目的。本文根据渝怀线11标段两座瓦斯隧道施工实际，简述该工程抗渗防腐混凝土的生产过程。2、工程概况渝(重庆)—怀(怀化)铁路白沙沱三号隧道全长761m，乌江峡谷地貌，洞身为灰岩夹页岩及煤层、煤线，灰岩溶蚀严重。洞身煤层埋深408m，为瓦斯风化带，不具突出危险，系瓦斯隧

5、道。洞身位于岩溶水垂直循环带，地下水具硫酸盐中等侵蚀(据现场对隧道内环境水质化验分析结果，PH值为4.7，SO2-4为850mg/L)和溶出性弱侵蚀，设计衬砌拱墙采用耐腐蚀混凝土。白沙沱四号隧道全长2118m，低中山剥蚀、侵蚀地貌，自然坡度大于40。。上覆第四系全新统坡残积(Q4dl+el)砂粘土、碎石土，下伏基岩为灰岩、硅质灰岩夹煤层及页岩、砂岩页岩。隧道穿越金子山向斜和桐麻湾背斜，洞身位于岩溶水垂直循环带。隧道雨季涌水量2052m3/d，旱季涌水量612m3/d。隧道四次穿越煤层，煤系地层共1040m占隧全长的49%，其中煤层地段两段长435m，具高瓦斯煤，具突

6、出威胁。考虑防瓦斯逸出及个别地段裂隙水具溶出性侵蚀，设计根据不同地质条件衬砌拱墙采用了气密性混凝土和耐腐蚀混凝土。两座隧道衬砌工程数量见表2。表2隧道衬砌圬工设计数量表工程数量C20气密性混凝土C20耐腐蚀混凝土C15普通混凝土m3NF型气密剂kgm3NF型耐腐蚀剂kgm3白沙沱三号隧道————11162217659586白沙沱四号隧道1620263187891281779961032合计16202631878202903956551618备注渗透系数K≤1×10-11cm/s抗渗等级不低于P8铺底及填充3、外掺料选定按照ISO9001：2000标准以及集团公司有关

7、要求，我们对高性能混凝土所使用的外掺料进行招标，对初审合格的NF型防腐剂、气密剂和Q/TKCU01—2002型高性能混凝土专用辅料(简称“辅料”),进行了技术经济对比。3.1物理及化学性能试验对比3.1.1耐腐蚀混凝土混凝土遭受侵蚀破坏主要是通过外界介质的渗透产生的。目前，国内设计大都以抗渗等级作为考察混凝土耐久性的重要指标。为了更进一步了解外加剂的防腐蚀性能，保证混凝土的耐久性，将两种外掺料进行抗渗等级和渗透性试验。按SD105—82标准试验方法，将恒定水压提高到1.2Mpa，恒压24小时(T)后，做劈裂试验，并测量六个试件的渗透高度，取其平均值，计算公式：式