高性能衬砌抗渗混凝土配合比设计技术

[摘 要]在科学不断的发展和进步中，对铁路、公路隧道衬砌混凝土的施工工艺特点及施工现场条件在原有的基础上有很大变化和更高的要求，本文针对衬砌采用的高性能抗渗泵送混凝土在原材料的选择，配合比的选定以及施工应用的方面进行了试验和现场跟踪，取得了较好的经济效益。

[关键词]高性能抗渗混凝土 原材料选择 配合比 设计技术

中图分类号：TM725 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0012-02

贵广铁路六经部其岭隧道全长7047米，为双线隧道，隧道净空按通行双层集装箱设计，全隧道采用填充，仰拱，衬砌，部分地段采用钢筋混凝土衬砌，其他均为复合式衬砌，衬砌混凝土总量为9000余m3。

根据施工现场狭窄，障碍物多，二次衬砌部分有空洞，混凝土具有抗渗性要求等特点，我们施工中采用了高性能抗渗泵送混凝土的施工方法，这种方法具有输送速度快，输送范围大，生产效率高，质量易保证的特点。但高性能抗渗泵送混凝土对材料要求比较严格，对混凝土配合比要求较高，混凝土必须保证连续输送，避免因较长时间的间歇而造成堵塞。为此，本标段试验室对混凝土原材料的选用、配合比设计选定以及高性能抗渗泵送混凝土的施工工艺方面结合隧道衬砌施工特点在减少收缩、防止裂缝、提高抗渗性、抗冻、抗蚀；改善耐久性方面作了大量试验和较多的探索。

一、设计依据

1、《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011； 2、《新建贵广铁路工程设计文件》3、《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424-2010；4、《铁路混凝土工程施工技术指南》铁建设【2010】241号； 5、《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》 GB/T50080-2002； 6、《普通混凝土力学性能试验方法标准》 GB/T50081-2002； 7、《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009；8、《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》TB10005-2010 J1167-2011；9、；10、铁建设[2005]157号；11、JGJ55-2000；12、铁建设[2007]140号文；13、铁建设[2007]159号文；14、铁建设[2005]160号；15、.

二、设计技术指标及各原材料要求

1.（1） 设计强度等级C35，设计环境T2/H1； （2）56d电通量

（5）混凝土耐蚀系数不小于0.9；（6）混凝土抗渗等级：≥P10 。

2.泵送混凝土对原材料的要求

高性能抗渗泵送混凝土施工要求混凝土具有可泵性，及混凝土拌合料在泵压作用下，能在输送管道中连续稳定地通过而不产生离析的性能。可泵性良好的混凝土具有较好的粘塑性，混凝土泌水小，不易分离。混凝土的可泵性，主要取决于原材料本身的和易性。在施工中，正常情况下我们根据坍落度来判断其和易性，坍落度越小，要求的泵压越高，越容易造成堵管、爆管；但如果坍落度过大（如20mm 以上），虽然泵压降低，但因拌合料的离析现象很明显，也比较容易造成堵管；针对本隧道衬砌、桥梁墩柱最大输送高度约为70m ，最远输送距离为100m ，我们选定泵送混凝土的坍落度为160-200mm 。

（1）水 泥：要保证混凝土具有可泵性，很重要的就是混凝土必须要有保水性；我们选用广西鱼峰水泥股份有限公司生产的普通硅酸盐水泥（P.O42.5），同时，本水泥也经过自检试验，此水泥保水性较好，泌水性小；水泥砂浆起到输送管道和传递压力的作用，故水泥用量的多少对其可泵性非常重要，水泥用量过少，混凝土的和易性差，泵送阻力大，同时也加大了对泵和输送管的磨损，容易堵管；水泥用量过多，容易造成浪费，不经济，且水化热高，混凝土粘性增大，也会使泵送阻力增大。（2）粉煤灰：混凝土拌合物的流动性有屈服剪切应力和粘性系数两个参数来决定，粉煤灰掺入混凝土中可以显著降低混凝土的屈服剪切应力，从而提高流动性；（3）骨料：高性能抗渗泵送混凝土的骨料分为粗骨料和细骨料，骨料的种类、形状、粒径、和级配对泵送混凝土的性能有很大影响，必须严格控制。（4）减水剂：因高性能抗渗泵送混凝土的坍落度较大，为保证混凝土具有良好的工作性，减少和杜绝堵管、离析等情况发生，本项目采用了具有缓凝、减少拌合用水及增加混凝土流动性效果的缓凝高效聚羧酸减水剂，使用的减水剂是：深圳市五山建材实业有限公司生产的聚羧酸高效减水剂，各项指标均符合要求。

三、混凝土配合比设计步骤

1.试配强度的确定

根据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011选取标准差σ为5，混凝土配制强度按下式计算：

fcu.o≥fcu.k+1.645δ= 35+1.645×5=43.2MPa

2.水胶比

根据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011中要求，粉煤灰掺量βf为28%；选用水泥强度等值的富余系数γc为1.16，粉煤灰的影响系数γf为0.65。

fce=γc fce ，g

=1.16*42.5

=49.3（MPa）

fb=γfγsfce

=0.65*49.3

=32.0

W/C=αafb/fcu.o+αa×αb×fb）

=（0.53×32.0）/（43.2+0.53×0.20×32.0）

=0.36

3.确定水灰比（水胶比）

依据现行《铁路混凝土》TB/T3275-2011、《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424-2010等技术标准及设计文件的要求，C35混凝土的胶凝材料最大用量为400kg/m3，当混凝土中粉煤灰的掺量大于30%时，混凝土的水胶比不宜大于0.50，经试验水胶比选取0.38，满足耐久性要求。

4.确定单位用水量

结合所用粗骨料最大粒径（31.5mm）和泵送混凝土坍落度要求160-200mm，经试验确定混凝土的用水量为225Kg/m3，该减水剂按胶凝材料的1.0%时，减水率为32.4%，选定用水量mw0 =152（Kg/m3）。

5.计算单位胶凝材料用量

胶凝材料总量MC=152÷0.38=400kg ，取400kg/m3

粉煤灰掺量为：28%，故粉煤灰用量Mfo=112kg/m3，水泥用量Mco=288kg/ m3.减水剂掺量为胶凝材料的1.0%，即M减=4.00 kg/m3；

6.根据骨料的技术指标、混凝土拌合物性能和施工要求，该混凝土为泵送混凝土，需具有良好的和易性，因为使用的是人工机制砂，故确定砂率为：βs=43% 。

7.采用假定质量法计算混凝土配合比时，混凝土假定容重为2400（Kg/m3），确定每立方米混凝土粗、细骨料用量：

Mso+Mgo=Mcp-Mc-Mwo-M减=2400-400-152=1848 kg

Mso=794kg，Mgo=1054 kg.

8.混凝土基准配合比

水泥：粉煤灰：砂：石：减水剂：水=288：112：794：1054：4.00：152

按计算的配合比进行试拌，其工作性符合要求。则计算配合比即为基准配合比。

9.混凝土配合比的试配

以基准混凝土配合比的水胶比为基础，另外两个混凝土配合比较基准水胶比分别增加和减少0.03，砂率增加和减少1%，按同样的方法确定水胶比0.35和0.41的配合比如下：

10.试拌调整：试拌混合料测定混凝土的工作性能：

混凝土强度试验实测结果（见下表）

拌合物性能实测结果汇总表

考虑到各项指标及经济性，混凝土的和易性等条件要求，最终选定水胶比为0.38，即理论配合比为：

水泥：粉煤灰：砂：碎石： 水：减水剂

=288：112：794： 1054：152：4.00

= 1：0.39：2.76：3.66：0.53：0.014

四、现场施工的试验检测及注意事项

对于混凝土的质量管理，必须从源头抓取：原材料的质量是保证混凝土各项指标的最根本的前提，必须对原材料进场---取样---试验，一系列过程严格把关；对混凝土配合比进行多次试验，检测其可泵性；在混凝土拌合之前必须进行如下试验：

（1）对混凝土粗细骨料颗粒级配、含泥量、含水率等，每次进行混凝土拌合前必须进行检测。

（2）混凝土拌制前，应测定砂、石含水率，并根据测算结果和理论配合比，确定施工配合比；还应对首盘混凝土的坍落度、含气量、泌水率、匀质性和拌合混凝土温度进行测试。

（3） 当原材料的品质在合格的基础上发生波动时，可以对混凝土外加剂用量进行微调；粗骨料掺配比例、砂率进行适当调整，调整后混凝土的拌合物性能应与原配合比一致。

五、高性能抗渗泵送混凝土在施工中的应用

高性能抗渗泵送混凝土在施工中的使用效果比较良好，和易性达到了拌和站的单位时间最大混凝土量；混凝土工作性好，较少发生堵管情况，爆管等情况，混凝土进入施工现场，进行施工时无离析泌水现象，而且拆模后混凝土表面气泡较少，平整度好，颜色均匀一致，外观质量较好。

在搅拌站拌制混凝土时，需定期及时对拌和站的操作计量系统进行定期校验，确保计量准确。