乌鞘岭特长隧道混凝土的耐久性研究

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1、乌鞘岭特长隧道混凝土的耐久性研究周文海1刘川1宋建平2（中铁十八局集团有限公司天津　　300222）摘要：针对乌鞘岭特长隧道衬砌混凝土“高寒、高海拔、高侵蚀”的工作环境，结合施工现场实际，将混凝土由传统的按强度设计转变为按耐久性设计。通过掺用优质外加剂和掺和科，提高了混凝土的抗冻、抗渗、抗侵蚀和抗碳化性能，采取限制原材料碱含量和混凝土总碱量等技术措施预防碱骨料反应，从而确保了乌鞘岭工程混凝土的耐久性。关键词：隧道工程；抗冻性；抗渗性；抗侵蚀；抗碳化；碱骨料反应；乌鞘岭特长隧道全长20050m，设计为两座单线隧道，最大埋深1100m左右。隧道穿越区整体属于祁连山

2、东北部中高山区，海拔高2900～3600m。地质结构为祁连优地槽褶皱带内，褶皱及断裂构造发育，现代地震较为活跃。气候垂直分带明显，气温寒冷，日温差大，冰冻时间长。年平均气温-0.1～5.1℃，绝对最高气温28.1～34.7℃，最低气温-29.0～-30.6℃。隧道范围内，地下水具有硫酸盐强侵蚀性。针对“高寒、高海拔、高侵蚀”的工作环境，乌鞘岭特长隧道混凝土已从传统的按强度设计转变为按耐久性设计。混凝土耐久性主要涉及到抗渗性、抗冻性、抗裂性，抗冲磨性、抗碳化、抗侵蚀性及碱骨料反应等性能。为了提高乌鞘岭工程混凝土的耐久性，从原材料的优选，配合比的优化方面，进行了大

3、量的试验研究工作，并采取了综合技术措施，通过掺用优质外加剂和掺和料，降低了混凝土绝热温升，提高了混凝土的抗冻、抗渗、抗裂和碳化性能，并采取了严格限制原材料碱含量和混凝土总碱量等预防措施抑制碱骨科反应，使混凝土耐久性得以保证。确保了“不渗、不漏、不裂”的质量目标的实现。1、混凝土设计指标12根据《兰新线乌鞘岭特长隧道设计说明》及现场施工实际确定如下混凝土设计指标（见表1）：乌鞘岭特长隧道衬砌混凝土设计指标表1工程部位强度等级抗渗等级抗冻等级备注洞口浅埋段（拱、墙、仰拱）C25S8D200*砼掺加抗裂性外加剂一般地段（拱、墙、仰拱）C25S8D150*硫酸盐侵蚀地

4、震设防地段（拱、墙、仰拱）C25S8D150*钢筋混凝土Ⅳ级围岩硬岩及Ⅲ级围岩地段C30S8D150*硫酸盐侵蚀Ⅵ级围岩地段（含仰拱）C25S8D150*硫酸盐侵蚀填充C25S8D150*说明：带*号的抗冻等级指标为根据施工现场混凝土的工作环境提出的控制指标。2、混凝土原材料的优选和配合比设计的优化乌鞘岭工程混凝土采用庄浪河河道开挖出来的河砂及卵石破碎作为骨料，母岩具有抗压强度较高，但其拉压比较小，破碎过程中容易产生隐性节理，骨料中含有较多的云母，而且易产生泌水。因此，给最大限度的减少水泥用量，优化配合比，尽可能减少水化热带来了极大的困难。由于对混凝土质量要求

5、中，特别突出了耐久性问题，因此，在混凝土配合比设计中，各项技术指标相互制约，同时要与混凝土温控、运输距离、拆模周期、大坍落度泵送施工等矛盾进行全面平衡和优化，因此是十分复杂的技术难题。为此做了大量的试验研究工作。2.1、采取的主要技术措施：2.1.1、优选混凝土原材料，高掺优质粉煤灰①选用42.5R低热水泥,12并尽可能多掺粉煤灰。混凝土最大掺量达到25%。水泥熟料中的MgO含量控制在3.-4.5%，使混凝土具有微膨胀性,补偿混凝土降温阶段体积收缩,减少混凝土裂缝。②采用I级粉煤灰，并坚持将Ⅰ级粉煤灰作为功能材料掺用。掺用Ⅰ级粉煤灰可取代部分水泥，而且由于Ⅰ级

6、粉煤灰具有减水效果，可降低混凝土用水量，利用Ⅰ级粉煤灰的微珠效应，还可大大改善混凝土的和易性。2.1.2、优选高性能复合外加剂，提高混凝土耐久性。为确保抗渗性、抗冻性、抗裂性，抗侵蚀性能指标的实现，有效解决混凝土用水量高的难题，选用了与其他原材料有良好适应性的，且减水率在16%以上、具有抗渗、抗蚀、抗裂性能的复合外加剂，为配制高耐久性混凝土创造了条件。2.1.3、在混凝土中掺加引气剂型外加剂。这是提高混凝土工作性、保证乌鞘岭工程混凝土耐久性和使用寿命的重要措施。2.1.4、为了防止发生碱骨料反应，严格限制原材料的碱含量和混凝土总碱量。限制低热水泥的碱含量小于0

7、.5%；粉煤灰碱含量小于2.0%；混凝土总碱量小于3kg/m3。2.2配合比的优化在混凝土配合比的设计中，坚持采用最大限度减小水胶比、并增加粉煤灰掺量的技术路线。水胶比是影响混凝土强度和耐久性的重要因素，水胶比越小，混凝土孔隙率越小，强度越高，耐久性越好。优化后的衬砌混凝土水胶比小于0.45，洞口浅埋段水胶比小于0.40，仰拱混凝土不大于0.50。12由于采用了多项技术措施，优选出的混凝土配合比使混凝土具有优越的性能。混凝土衬砌抗渗等级可达S12以上；抗冻性可达D150以上，洞口浅埋段衬砌抗渗等级可达S12以上；抗冻性可达D200以上。混凝土用水量由原来的22

8、5kg/m3降至185kg/m3，同时