隧道工程中微膨脹引氣混凝土的應用

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臨沂市三河口隧道是山東省第一條內河隧道，也是防水面積17萬m2的大體積河底隧道。全長3.84km，主隧道1.92km，寬28m，高9.2m，雙向六車道，匝道暗埋段寬10m，高8.7m，單向兩車道。施工進行土石方開挖300萬m3，使用混凝土26萬m3，鋼筋4.3萬t。施工采用水下明挖，具有體積大、跨汛期、工期緊等特點。因是河底隧道，隧道整體常年完全泡在水中，鑒于此，在工期緊的情況下，如何保質保量的順利完成隧道建設，并解決好水下大體積混凝土澆筑的問題，對隧道建成后能否安全運行意義重大。

1隧道結構工程混凝土設計標準

整個水下隧道工程對混凝土結構的自防水提出了較高的要求，這完全取決于混凝土自身的致密程度和耐久性能。隧道主體工程混凝土設計為C35F300W8，采用泵送，塌落度要求140～160mm。混凝土抗碳化能力，以理論計算為100年，抗凍融指標DF≥0．6。混凝土60d干燥收縮率≤0.025％。貫穿裂縫不允許出現，表面裂縫寬度≤0．2mm。

2新型混凝土的配制與施工

新型微膨脹引氣混凝土施工要注意溫度的控制、入模坍落度及養護振搗。混凝土澆筑和拆模施工要嚴格按照規范進行，混凝土澆筑完成后必須采取保濕保溫養護。為進一步減少混凝土收縮對結構的影響，隧道施工過程中將隧道主體每15m劃分為一個單元進行分項跳倉澆筑。在模板數量足夠的情況下（為節省成本可鋼模結合木模）可同時進行多倉面，跳倉澆筑，這可以極大的縮短工期，有利于跨汛期搶工期施工。

2.1新型微膨脹引氣混凝土配合比設計

為實現預拌混凝土性能，保證預拌混凝土質量，必須進行混凝土配合比設計，這也是配制混凝土的重要環節。混凝土設計強度等級為C35；設計坍落度為210±20mm。材料選擇：水泥P•O42.5級；中砂細度模數2.8、含泥量1.4%；碎石級配5～31.5、含泥量0.5%；水用自來水；摻合料為Ⅰ級粉煤灰；外加劑為膨脹劑、引氣減水劑。

2.2新型微膨脹引氣混凝土配制

隧道主體工程混凝土設計為C35F300W8，采用泵送，塌落度要求140～160mm。在這種設計要求下，經過試驗在普通混凝土中添加2%引氣減水劑和10%的優質膨脹劑來提高混凝土抗凍性、抗滲性。該措施使混凝土內部連通的毛細孔道明顯減少，并產生了許多獨立且封閉的微小氣泡，它們分布均勻而穩定。當孔隙內的自由水被凍結的時候，這些封閉的微小氣泡會對冰凍給孔隙引起的壓力進行緩沖，能有效解決因凍融而對混凝土產生的破壞，從而提高混凝土的抗凍性。混凝土內部連通的毛細孔道因膨脹劑的微膨脹作用而減少，它進行二次水化反應時的產物可以對混凝土內部的孔道進行填充，從而提高了混凝土致密性、抗滲性。試驗表明，在膠凝材料用量相同的情況下，采用新型微膨脹引氣混凝土的6個試件（C35W8/175mm×185mm×150mm）在齡期28d，按照加壓至0.9MPa時至少4塊試件不透水的標準要求進行加壓均能符合抗滲要求，滲透高度為55mm，這表明其抗滲性比普通混凝土高很多。采用新型微膨脹引氣混凝土3個試件（C35F300/100mm×100mm×100mm），通過凍融前后質量損失率對比試驗，分析結果知，平均質量損失率為1.8%，強度損失率為5.6%，符合標準要求。

2.3具體措施及注意事項

1）嚴把混凝土原材料的質量關。膠凝材料、引氣減水劑、粗細骨料、水等原材料的質量要嚴格控制。嚴格控制混凝土總的氯離子及堿的含量，采用新型的聚羧酸系高性能混凝土減水劑，可減少氯離子和堿的含量，同時還可減小表面張力、增大減水率、坍落度損失小、和易性好。引氣減水劑的減水率為32±2%，含氣量為4.5%～6.0%，考慮引氣劑摻加量為膠凝材料用量的萬分之幾，在工地現場不好控制，可以讓外加劑廠直接在廠家就把引氣劑與聚羧酸系高性能混凝土減水劑配好。混凝土的膠凝材料用優質磨細粉煤灰等活性粉料替代部分水泥充當，水和膠凝材料的比例≤0．45，要嚴格控制。

2）微膨脹復合摻加料的細度較細、較輕。混凝土攪拌時需要增加混凝土的攪拌時間使混凝土更加均勻，同時為保證混凝土的質量，要嚴格控制混凝土單位用水量，以降低混凝土的泌水，混凝土過振后也容易造成其顆粒上浮形成泌漿，在施工振搗過程中，應嚴防過振。在澆筑過程中，當混凝土坡腳澆到頂端模板底部時改變澆筑方向，反方向澆筑收頭、清除泌水。摻加微膨脹復合摻加料的混凝土對養護要求標準更高。由于混凝土的膨脹效應，必須有膨脹結晶鈣礬石的生成才能充分發揮，而結晶鈣礬石生成需要大量的水。因此要加強保濕保溫養護，澆筑完成2h內進行灑水保濕養護，澆水養護時間不能少于15d。在混凝土澆筑后1～7d濕養護是養護關鍵期，混凝土的膨脹效應要在這7d里充分發揮其補償收縮作用。混凝土強度達到1.2MPa后上料施工。

3）生產新型微膨脹引氣混凝土，摻合料的比例較大，混凝土主體結構在后期強度增長空間較大，所以用混凝土驗收標準為60d或90d強度。

4）嚴格按《混凝土結構施工規范》GB50010-2002進行施工。

3結語

目前，臨沂市三河口隧道工程已通車2年多，經過2年運行后實際觀測，未出現后期裂縫。對水下工程來說，混凝土自身的致密程度和耐久性能直接影響整個工程的質量，整個工程要想達到理想的效果，必須設計、選材與施工并重，這就要求不僅要有明確的設計方案、選擇合適的建筑材料，還必須在施工過程中嚴格控制施工質量。經過2年多的運行驗證，新型微膨脹引氣混凝土在大體積內河隧道混凝土施工中的應用是切實可行的，它能在工期短的情況下，保質保量完成隧道建設，并提高了大體積混凝土結構的致密程度和耐久性，使隧道建成后安全運行。

作者：董濤 單位：臨沂市園林局