躯隧道混凝士性能研究
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作者:王拓新
摘要：随着我国经济的快速发展，众多交通线路也在不断完善。由于我国纬度跨度较大存在大量气候严寒的区域，在我国青藏高原和东北北部地区进行寒区隧道的修建必不可少。在众多高纬度严寒地区，具有充足的地下水，修建隧道的过程中容易出现开裂、漏水等冻害。本试验根据我国工程抗冻、外加剂种类掺量等相关要求检验，确保寒区隧道施工技术满足工程需求，设计合理的初步配合比，确定原材料运输及施工过程中的保温防冻措施。通过试件的抗压检测实际强度，并合理评价工程中抗防冻技术。结果表明，通过有效的寒区隧道抗防冻施工技术，取得了较为优良的混凝土抗防冻效果，在保证工程质量的同时，对类似工程具有指导作用。
关键词：寒区隧道;混凝土抗防冻;施工技术
中图分类号：U451+.2
文献标识码：A
文章编号：1001-5922（2020）07-0122-05
众所周知，我国大量隧道维持结构的主体部分由混凝土或者钢筋混凝土组成。由于混凝土自身具有脆性等特点，环境温度对实际混凝土的施工质量存在较为明显的影响。研究寒区隧道的抗防冻施工技术首先就需要考虑实际施工环境中混凝土的冻害。根据我国混凝土施工的相关规定，当施工期日平均气温连续在5C以下或者最低气温连续低于-3时，混凝土的施工过程进入冬季施工状态。与常温施工相比，混凝土在温度低于5C时出现明显的强度缓增情况，当气温低于混凝土的液相冰点时，混凝土结构内部存在的少量水分出现结冰现象，产生一定的体积增量，对混凝土内部结构产生破坏，最终形成了寒区混凝土的冻害。现阶段，我国已经有突破性的成功修建青藏铁路，在寒区隧道施工过程中取得了一定的突破，但是关于寒区隧道混凝土的抗防冻性能等研究仍处于初步发展的阶段，实际施工过程中，可以借鉴的经验较少。因此，该研究尝试用实践研究的方式，探讨在寒区混凝土中加入RSD外加剂后对混凝土抗压和抗冻性能的影响。
试验部分
1.1试验材料
1.1.1水泥
本试验中考虑产品质量和经济性选择牙克石蒙西水泥有限公司提供的水泥，水泥的标号为P042.5级，实际应用过程中运距约为120km。水泥的各项指标如表1所示。
1.1.2粗骨料
本试验中采取的粗集料主要是由临近项目博克图隧道中获取的碎石，经过碎石场加工最终制得，粗集
料星现连续级配，其基本的指标如表2所示。
1.1.3细骨料
本试验中采取的细集料主要是富拉尔基河砂生产场供应的富拉尔基产河沙，关于本次试验中采取的细集料，具备的各项指标如表3所示。
1.1.4外加剂
根据本次试验实际的施工情况，想要提升整体混凝土施工质量，尽可能的降低混凝土冻害的可能性，本试验根据不同种类外加剂的效果和经济性，最终优选防水剂和早强防冻剂分别为我国内蒙古荣升达企业中RSD-7和RSD-3外加剂。
在使用过程中，本次试验选取RSD-7高效防水剂根据生产方推荐的掺量应该为2%～4%，试验中需要的早强防冻剂RSD-3根据生产方提供的添加方案，在-15C施工条件中应用2%～5%较为合理。在本次试验中根据实际的需求和不同外加剂掺量对比之后确定工程中应用RSD-7的用量为2.4%，RSD-3的用量为2.5%，能够确保混凝土基本工作性能的同时，满足抗冻等级要求和在-15C条件下的基本施工要球。
1.2寒区隧道混凝土配合比设计
根据我国隧道混凝土施工和相关工程抗防冻设计的基本要求显示，在隧道区域的混凝土应该至少具有40MPa的抗压强度，同时确保结构具有S8抗渗等级，基础的混凝土坍落度应该处于180-～220mm范围之内。
1.2.1初步配合比设计
根据我国在2009年发布的关于《普通水泥混凝上配合比设计规程》中的相关规定进行混凝土配合比的初步设计，其中每立方材料的基础用量为：胶凝材料水泥398kg，细骨料砂809kg，粗骨料石1072kg，水171kg，外加剂中防水剂用量为0.024kg，防冻剂用量为0.025kgo
1.2.2试拌调整提出基准配合比
在实验室中与施工阶段采取相同的拌合方式，并且一次拌合量约为35L。通过实验室内进行的混凝土和易性调试实验最终确定了施工过程中应用的基本配合比。在进行试验中混凝土强度检测的时候通过三组不同的配合比进行强度试验，其中以确定的基准配合比进行实验，分别将另外两组水灰比进行0.05幅度的增减，砂率分别进行1%的增减，制备混凝土试件。
第1组胶凝材料水泥15.75kg，细骨料砂26.88kg，粗骨料石37.135kg，水5.985kg，防水剂0.378kg，防冻剂0.394kg，基准的水灰比为0.38，实验中确定的砂率为42%;
第2组胶凝材料水泥13.93kg，细骨料砂28.315kg，粗骨料石37.52kg，水5.985kg，防水剂0.334kg，防冻剂0.348kg，基准的水灰比为0.43，实际的砂率为43%;
第3组胶凝材料水泥12.46kg.细骨料砂29.61kg，粗骨料石37.695kg，水5.985kg，防水剂0.229kg，防冻剂0.312kg，基准的水灰比为0.48，实际的砂率为44%。
2实验设计
由于本次工程应用处于我国西北地区为博克图隧道工程，冬季嚴寒气候时间长，对实际的工程质量和进度存在明显的影响。为了确保工程在冬季施工的时候避免出现明显的冻害，降低工程质量，在进行混凝土配合比设计的时候尽可能的减少用水量，同时也需要确保原材料在施工过程中的基本保温。
2.1原材料运输及供应
为了确保工程冬季施工过程中拥有充足的原材料，需要在人冬前进行碎石生产等，并且将备料厂通过帆布覆盖。关于原材料的储存保温在施工区域设置六个基本的砂石仓库，通过常压锅炉和热力管道进行供暖和保温。在进行备料厂建造的时候充分考虑砂石保温的需求，在地面下设了预埋管道的地沟。在混凝土拌合的过程中通过多组暖气片进行封闭供暖，避免砂石等原材料温度过低产生相应的设备损失，通过温度计进行不同部位温度监测。 2.2浇筑过程保温
为了能够确保施工过程中隧道内保持正常的施工温度和基本环境，本试验在靠近隧道洞口的位置安装保温门，两道保温门的间隔约为15m，基本的制作方法如下：
在隧道洞口部分浇筑尺寸为50cmX5Ocm的C30混凝土基础，并且在混凝土基础前后2m的范围之内铺设便于交通的碎石形成斜坡。同时在建设基础的时候需要预埋后期的保温用管，采取套管的形式，两个套管之间间距为lm，不同的套管之间通过蝴蝶扣的方式进行连接，并且打膨胀螺栓，通过剪刀撑固定钢管架。门框的示意图1如下。
根据实际工程应用过程中的情况，在工程隧道中增加适当的暖气片提供热量，应用中的暖气片数量由供需平衡计算的热量确定。
公式（1）中Q为计算热量值，C为工程隧道中的空气比热，取值1KJ/（kg.C），m就是隧道中每单位长度的空气质量（kg），△t代表施工过程中的温差。根据测定发现隧道工程中每单位長度的空气质量为129.46kg。根据供需平衡计算出每片暖气片能够在30min内提供3307.5KJ，实际工程中每单位长度需要1.6片暖气片。
实验结果
3.1温度监测
为了能够确保混凝土在严寒地区施工过程中具有正常的原材料、拌合、浇筑、养护温度，需要进行温度的监测，合理调整保温措施的加热频率，提高能源利用率。
通过图2能够清晰显示施工阶段隧道外部环境从10月开始到次年4月每日最低温度的变化趋势。通过图3能够显示该时间段内储备原材料料仓中的加热情况，以及原材料加热的最低温度曲线。
根据图3可以发现隧道工程砂石材料由于备料仓增加了一定的保温措施，能够确保原材料的基本使用温度，说明通过锅炉加热以及管道铺设的方式进行原材料的供暖具有优良的效果。
通过图4能够显示隧道工程施工期间整个混凝土拌合站中的基本温度变化情况，通过测量发现试验中的混凝土拌合站平均温度高于0C。图5主要反映了施工阶段中隧道内部10m、100m和200m处基本环境的温度变化情况，由图中曲线的变化可以发现，当隧道中混凝土铺设的深度逐渐增加，温度也呈现上升的趋势，并且在施工过程中，隧道内部不同区域的温度均比预计的最低温度更高，说明通过在隧道施工过程中设定保温门进行隔热，并且增加暖气片的方式能够有效的确保混凝终季的正常施工。
3.2混凝土强度
根据混凝土强度的评定标准，本项目通过在混凝土浇筑点进行随机取样，制作标养试件3组和同养试件3组，分别测定抗压强度，如表4、表5所示。
3.3混凝土抗冻性能
本项目通过隧道工程中浇筑的混凝土取样制备100mmX100mmX400mm棱柱体混凝土试件，养护28d在龄期前4d浸泡于饱和石灰水中进行冻融试验。绘制混凝土质量损失与动弹性模量与混凝土冻融循环次数之间的关系曲线，分别为图6和图7所示。
3.4混凝土抗渗性
将现场取样的时间养护后擦净表面水渍，通过钢丝固定端面，涂覆一层密封材料，利用螺旋加压器压入烘箱中与试模底部平齐，装入渗透仪进行检测，具体结果如表6所示。
4结语
通过工程应用实践，明确了在寒区隧道施工技术中通过以下3种方式能够有效进行混凝土抗防冻施工：①在混凝土中增加高效的防水剂和防冻剂;②合理设计混凝土配合比;③确保施工阶段、养护等阶段混凝土原材料的保温工作。
通过对混凝土温度、强度、抗渗性和抗冻性的检测发现通过以上3种处理方式能够有效避免混凝土冻害的产生。期待在日后的寒区混凝土施工过程中，能够研制出适用范围更广的外加剂，操作更加简便的保温措施。
参考文献
[1]曹红彬.高寒地区隧道施工混凝土抗冻融技术研究[J].华北水利水电学院学报，2008，29（3）：33-36.
[2]吴桂娟.混凝土冻害机理及影响因素研究[J].辽宁建材，2016，2：13-15.
[3]曹红彬，王建华，张璐璐.高寒地区隧道施工混凝土抗冻融技术研究[J].地下空间与工程学报，2008，4（3）：513-516.
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