摘要：本文主要以渝遂路大學(xué)城（梨樹灣）隧道的抗腐蝕氣密混凝土為工程對象，研究礦物摻合料對混凝土耐久性的影響。主要包括混凝土抗?jié)B性、抗氯離子滲透性能、抗氣滲透性能(氣密性)和抗硫酸鹽侵蝕的性能。測試結(jié)果表明：混凝土強(qiáng)度滿足C25和C30，防腐蝕系數(shù)大于0.90，透氣系數(shù)小于1.0×10-11cm/s ，抗?jié)B等級大于P10，均滿足抗腐蝕氣密混凝土的設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞：侵蝕性地下水；瓦斯煤層；抗腐蝕氣密混凝土；大學(xué)城隧道；
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
Study on sulphate resistance and low air permeability concrete on Chong Qing road DaXueCheng-tunnel
Abstract:The paper is base on the project Yusui road DaXueCheng-tunnel concrete, the influence of additive to concrete durability is studied. It contain the concrete property of permeability, Cl- penetrate resistance, air penetrate resistance and sulphate corrode resistance. The test result in job site show that, compressive strength of concrete accord with C25 and C30 design, corrode resistance coefficient is high than 0.90, air penetrate low than 1.0×10-11cm/s, permeability class is high than P10, all of these is satisfy corrode resistance low air permeability concrete design.
Key words: Sulphate Resistance Low Air Penetrate Concrete；road DaXueCheng-tunnel
前言
隨著建筑業(yè)的高速發(fā)展，現(xiàn)代混凝土工程正朝著大跨、高層、重載方向發(fā)展，并要求在惡劣的環(huán)境條件下使用較長年限，但是，混凝土材料非常復(fù)雜，工程破壞的原因多種多樣，迫切要求對混凝土的長期性能進(jìn)行深入研究。特別是當(dāng)前國家西部大開發(fā)的戰(zhàn)略部署，很多基礎(chǔ)設(shè)施諸如橋梁、涵洞、大壩、公路建設(shè)正在或即將建設(shè)，確保及盡可能延長其壽命至關(guān)重要。
我國地理?xiàng)l件與地質(zhì)條件都相當(dāng)復(fù)雜，除凍害、風(fēng)化等氣候條件的作用而破壞外，鹽堿地、海水、侵蝕性地下水、壓力水等對混凝土的侵蝕破壞比較普遍，使水泥砂漿和混凝土泛霜、開裂、剝落，使混凝土的使用壽命大大減少。如公路、鐵路隧道穿越的山體含有侵蝕性地下水，且為含有瓦斯氣體的煤層巖體, 必須要求隧道內(nèi)的混凝土具有很好的抗腐蝕性和氣密性。如果隧道襯砌層不夠密實(shí), 煤層中的瓦斯以及其它有害氣體將有可能透過隧道襯砌層而泄漏到洞內(nèi)，當(dāng)瓦斯氣體聚集到一定濃度時(shí)，就會引起爆炸，不僅對混凝土結(jié)構(gòu)工程造成嚴(yán)重破壞，而且還給隧道施工、車輛運(yùn)行和旅客的生命財(cái)產(chǎn)造成極大的危害。目前, 我國正在進(jìn)行西部大開發(fā),由于地形和地質(zhì)的原因，很多已建、在建和籌建的公路、鐵路隧道不可避免地要穿過煤層, 如廣渝高速公路華鎣山隧道段, 開挖時(shí), 東西穿煤點(diǎn)的瓦斯含量分別為9.16m3/min 和8.94m3/ min ; 瓦斯壓力值為1.44MPa 和1.87MPa[2] ，這就要求襯砌層混凝土要有較高的氣密性。
1 工程概況及抗腐蝕氣密混凝土的設(shè)計(jì)要求
大學(xué)城隧道是重慶至遂寧高速公路重慶段的重要工程之一，為單向雙洞汽車專用隧道，左線起止里程K1+570.223～K5+450.159，長3879.394m，右線起止里程YK1+575～YK5+449.782，長3874.782m。B1合同段為左線隧道進(jìn)口段，起于K1+565，至于洞身變坡點(diǎn)K3+500，全長1935m，全部為隧道工程，由中鐵二十二局集團(tuán)施工；B2合同段為右線出口段，起于YK1+547.02～YK3+539，全長1992m，凈高5.0m，由中鐵十二局組織施工。隧道B1合同段進(jìn)口段，洞身分布有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類巖，Ⅲ類圍巖為主，約占全隧道長度的45%，部分洞身，在ZK1+616～ZK2+628段穿越高壓富水帶，存在巖溶及巖溶水，涌水突泥，煤窯采空區(qū)，穿煤、壓煤及有害氣體等不良地質(zhì)地段，部分介質(zhì)水質(zhì)分析結(jié)果見表1，設(shè)計(jì)按中等侵蝕設(shè)防。隧道B2合同段，主要圍巖為泥巖夾砂巖、煤層，圍巖裂隙有發(fā)展趨勢，地下水具有弱、中、強(qiáng)不同程度的腐蝕性，其中Ⅱ類圍巖占14.8%，Ⅲ類圍巖占48.8%，Ⅳ類占36.4%，在YK3+250～YK3+324段處，不良地質(zhì)有巖溶、突水、突泥、煤窯采空區(qū)、煤與瓦斯、坍方及地下水腐蝕性。該工程量大、工期短，工期為20個(gè)月。 
根據(jù)該工程所屬地質(zhì)情況，設(shè)計(jì)隧道中二次襯砌混凝土為：一般地質(zhì)段為C25泵送混凝土；高壓富水段為C30S10泵送混凝土；過煤和瓦斯段為C25S10和C30S10防腐蝕氣密泵送混凝土，其中混凝土 透氣系數(shù)＜1×10-11cm/s，抗腐蝕系數(shù)0.90≮；在地下水無腐蝕段襯砌拱、墻及仰拱混凝土采用氣密性混凝土。
2 試驗(yàn)
2.1原材料
隧道B1合同段采用南川嘉南水泥有限公司生產(chǎn)的普通32.5級，B2合同段采用重慶拉法基水泥有限公司生產(chǎn)的復(fù)合32.5級； 細(xì)骨料均采用60%特細(xì)砂與40%機(jī)制砂混合而成；粗骨料均采用5～31.5mm碎石；粉煤灰均采用Ⅱ級粉煤灰；防腐蝕氣密劑采用礦物摻合料、高效減水劑和其他添加劑按一定比例復(fù)合。
2.2試驗(yàn)方法
采用現(xiàn)場成型試件后，移入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后測試其相應(yīng)的指標(biāo)，主要包括混凝土抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B標(biāo)號、透氣系數(shù)和抗腐蝕系數(shù)，具體測試方法如下：
(1) 抗壓強(qiáng)度：采用100×100×100mm立方體試件，按GB/T50081-2002標(biāo)準(zhǔn)測試強(qiáng)度；
(2) 抗?jié)B等級：采用175×185×150mm圓臺試件，按GBJ82-85標(biāo)準(zhǔn)測試抗?jié)B標(biāo)號；
(3) 透氣系數(shù)：采用175×185×150mm圓臺試件，按TB10120-2002標(biāo)準(zhǔn)測試透氣系數(shù)；
(4) 抗腐蝕系數(shù)：采用40×40×160mm棱形試件（用篩子篩去5mm以上的骨料），浸泡在20℃的飽和硫酸鈉溶液中6個(gè)月，在試件浸泡的最初的14天，每天調(diào)節(jié)溶液的PH=7，14天后每隔3天調(diào)節(jié)一次溶液的PH，每隔7天調(diào)節(jié)一次Na2SO4溶液的濃度，測試其抗折強(qiáng)度與同齡期浸泡在水中試件的抗折強(qiáng)度之比。
(5) 混凝土的強(qiáng)度損失和質(zhì)量損失：采用100×100×100mm立方體試件，浸泡在20℃的飽和硫酸鈉溶液中6個(gè)月，測試其強(qiáng)度損失和質(zhì)量損失。
3 腐蝕氣密混凝土配合比設(shè)計(jì)與性能分析
為滿足設(shè)計(jì)對隧道B1和B2合同段混凝土腐蝕和氣密的要求，采用礦物摻合料+高效減水劑+其他添加劑復(fù)合的方案進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場施工的要求，隧道B1合同段混凝土的分為泵送與非泵送兩種工藝進(jìn)行施工，隧道B2合同段混凝土的分為泵送一種工藝進(jìn)行施工，為考察其耐久性能還測試了該混凝土抗氯離子滲透性能，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室的反復(fù)試配，施工所采用的混凝土配合比見表2，實(shí)驗(yàn)室成型與現(xiàn)場取樣成型的測試結(jié)果見表3和表4。 
從表2-表4中和現(xiàn)場的施工可以看出，在大學(xué)城隧道中B1和B2合同段中采用的高性能礦物摻合料+高效減水劑+其他添加劑復(fù)合的方案，所配制C25和C30混凝土可以順利施工，其中抗壓強(qiáng)度為31.0～42.8MPa，抗?jié)B等級不小于P12，透氣系數(shù)不大于9.2×10-12cm/s，抗腐蝕系數(shù)不小于0.92，均滿足防腐蝕混凝土設(shè)計(jì)要求，且目前已順利竣工見圖1～圖3，防腐氣密混凝土性能良好。
從實(shí)驗(yàn)室配制混凝土的測試性能看，混凝土抗壓強(qiáng)度值、透氣系數(shù)、抗?jié)B等級和抗腐蝕系數(shù)均滿足設(shè)計(jì)對氣密防腐混凝土，此外混凝土抗氯離子滲透能力按ASTM C1202 關(guān)于混凝土抗氯離子滲透性的分級標(biāo)準(zhǔn)達(dá)非常低的等級，從混凝土的腐蝕測試結(jié)果看，無論是C25和C30混凝土強(qiáng)度損失為4.7～9.5%，質(zhì)量損失為0.2～0.5%，由于目前尚無統(tǒng)一評價(jià)混凝土抗腐蝕性能的依據(jù)，參照抗凍混凝土對這兩個(gè)指標(biāo)的要求，判定該混凝土可以滿足腐蝕環(huán)境的要求。
從現(xiàn)場取樣的測試結(jié)果看，混凝土抗壓強(qiáng)度值、透氣系數(shù)、抗?jié)B等級和抗腐蝕系數(shù)也均滿足設(shè)計(jì)對氣密防腐混凝土的要求，但所測試結(jié)果看，所有指標(biāo)均有所下降，其中混凝土抗壓強(qiáng)度、抗腐蝕系數(shù)和抗氯離子滲透能力下降的幅度尤為明顯，抗壓強(qiáng)度下降最高達(dá)7.8MPa，抗腐蝕系數(shù)最高下降了21.9%，抗氯離子滲透能力下降了24.4%。
綜合比較，實(shí)驗(yàn)室配制和現(xiàn)場取樣的混凝土，可以知道在配合比相同的情況下，由于原材料的波動和現(xiàn)場施工的工藝以及條件的變化，在很大程度上會影響混凝土的性能，因此，在考慮配合比設(shè)計(jì)時(shí)，除了要滿足現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范外，還要考慮施工現(xiàn)場的情況和混凝土性能的特殊性，要充分考慮一定的富余值，只有這樣才能保證混凝土的長期性能和耐久性能，從而進(jìn)一步保證該工程混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。
4 結(jié)論
1) 采用高性能礦物摻合料+高效減水劑+其他添加劑復(fù)合的方案，可以配制出防腐蝕系數(shù)大于0.90，透氣系數(shù)小于1.0×10-11cm/s ，抗?jié)B等級大于P10的混凝土；
2) 采用高性能礦物摻合料+高效減水劑+其他添加劑的方案所配制的C25P10和C30P10防腐蝕氣密混凝土，在重慶大學(xué)城隧道的B1和B2合同中巖溶、突水、突泥、煤窯采空區(qū)、煤與瓦斯、坍方及地下水腐蝕性段應(yīng)用達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求；
3) 由于原材料的波動和現(xiàn)場施工的工藝以及條件的變化，對混凝土性能的影響較大，尤其對特殊工程中使用的混凝土，應(yīng)充分考慮其設(shè)計(jì)富余值。
