瓦斯隧道气密性混凝土性能研究

2021-01-18寇建平

四川水泥 2021年1期

关键词：气密气密性胶凝

寇建平

Cement and concrete production 水泥与混凝土生产

瓦斯隧道气密性混凝土性能研究

寇建平

（中铁十七局集团第一工程有限公司，山东青岛 266000）

本文将分析胶凝材料体系和气密剂掺入量对气密性混凝土性能所造成的影响。研究中，将会通过调整胶凝材料组成及比例和气密剂的掺入量，最终配置出不同配合比的C30气密性混凝土，分析不同配合比混凝土的性能。

瓦斯隧道；气密性混凝土；透气性能

随着我国交通网络建设的持续加快，隧道建设过程中经常会遇到穿越瓦斯地带的情况，进而导致隧道建设出现额外的问题和难题。在此情况下，为增强隧道的气密性，需要在隧道建设过程中采用气密性混凝土，但结合实际情况来看，通过不同材料、不同配合比所制备出的气密性混凝土，其实际抗渗透性、抗透气性和耐久性能也不尽相同。基于此，本文为能够确定不同材料和配合比对气密性混凝土性能的影响，进行相应的实际研究，以期能够为后续气密性混凝土的推广应用提供理论参考。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 胶凝材料

试验中所使用的胶凝材料均为某公司所生产的强度为42.5的普通硅酸盐水泥，此水泥的初凝和终凝时间分别为130min和210min，在3d时的抗压强度和抗折强度分别为5.8Mpa和25.9Mpa，在28d时的抗压强度和抗折强度分别为8.5Mpa和49.8Mpa，比表面积为350kg/m2；粉煤灰均为某粉煤灰场所生产的Ⅱ级粉煤灰，此粉煤灰在经过45μm方筛筛余量为8.5%，实际流动度比为103%，需水比为96%，烧失量为5.24%。

1.1.2 骨料

骨料主要分别粗骨料和细骨料两部分。粗骨料采用粒度为5mm~20mm的连续级配天然碎石，含泥量和泥块含量分别为0.75和0.3%，孔隙率为32%；细骨料选用细度模数为2.7的天然河砂，孔隙率为37%，石粉含量为4.8%。

1.1.3 外加剂

试验中所使用的外加剂主要分别减水剂和气密剂两种，其中减水剂会选用由某公司所生产的减水率为30%的聚羧酸高性能减水剂，在进行胶凝材料制备中的掺入量为1.0%；气密剂选用混凝土专用防腐气密剂，其中氯离子含量为0.02%，碱含量为0.49%，水含量为0.09。

1.2 配合比设计

结合现有的研究成果，通过不断调整胶凝材料使用量和气密剂的掺入量来最终制备出不同配合比的C30气密性混凝土。另外，为确保试验结果的精确有效性，避免加入不必要的变量因素，试验中会将混凝土水胶比控制在0.45，砂率控制在45.7%，具体配合比设计方案如表1所示。

表1 混凝土配合比设计表

1.3 试验方法

在试验中，会将不同配合比的气密性混凝土浇筑层大小分布为100×100×100mm以及100×100×400mm的混凝土试件，然后对混凝土的经时坍落度和经时含气量【1】；在7d、28d以及56d时混凝土试件的抗压强度和抗折强度进行测定；具体气密性混凝土要求标准将会参考《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424-2018）。

2 结果与讨论

通过试验分析，最终获取到图1中的试验结果。

图1 气密性混凝土试验结果图

（1）含气量

如图（a）所示，随着胶凝材料中粉煤灰的掺入量不断减少，气密性混凝土中的含气量将会不断减少（1号~3号）。另外，从图（a）中还可以了解到随着胶凝材料中气密剂掺入量的不断减少，气密性混凝土中的含气量将会不断减少（2号~5号）。

（2）坍落度

如图（b）所示，随着混凝土胶体材料中粉煤灰掺入量的不断减少，气密性混凝土的坍落度也会随之增加（1号~3号）。之所以会出现此种情况，主要是因为粉煤灰中存在粉煤灰颗粒，在实际应用过程中会出现微珠效应情况，可以在胶体材料中起到滚珠效果，进而降低混凝的坍落度，提高混凝土性能【2】。

（3）力学性能

由图（c）和（d）可知，当试件制备试件达到7d后，其实际强度和将会快速增长，基本上均可以达到56d时的60%~70%，但试件制备试件达到28d后，试件的实际抗压强度的增加幅度开始小幅度下降，此时试件的实际强度基本上可以达到56d时的85%左右，之后随着时间的不断推移，试件的实际强度将会逐步趋于稳定。

如图（c）所示，随着粉煤灰掺入量的逐步减少，在7d时，气密性混凝土的实际抗压强度却不断下降，随着时间的不断推进，当在56d时，气密性混凝土的实际抗压性能下降幅度相比较7d时进一步加大（1号~3号）。之所以会出现此情况，主要是因为粉煤灰中含有火山灰活性物质和微集料物质，在该些物质的填充下，气密性混凝土的致密性得到进一步提升，降低孔隙率，最终提高气密性混凝土的实际抗压性能【3】。随着气密剂掺入量的逐步减少，气密性混凝土的抗压强度持续下降，且随着时间的不断推移，此下降幅度还会进一步增加（2号~5号）。与粉煤灰所产生的作用大致相同，气密剂掺入量的增加将会导致气密剂与水泥水化反应中所生产的水化硅酸钙和水化铝酸钙等化合物的产生量增加，进而降低气密性混凝土的孔隙率，提高气密性混凝土的整体抗压性能。

如图（d）所示，随着粉煤灰掺入量的不断减少，气密性混凝土的抗折强度也在不断下降，且此种下降情况会随着时间的不断推移还会得到进一步增加（1号~3号）。随着气密性混凝土中气密剂掺入量的不断降低，气密性混凝土的抗折强度将会不断下降，且此种下降情况还会随着时间的不断推移而小幅度增加。由此可知，随着粉煤灰和气密剂掺入量的不断增加，气密性混凝土的抗折性能也将会得到一定增长。

（4）透气性

如图（e）所示，在水泥和粉煤灰的质量比为280：100时，气密性混凝土试件的实际透气率将为0.59×10-11cm/s，相比较2号和3号来说，1号气密性混凝土透气系数提高了近20%；随着气密剂掺入量的逐步增加，气密性混凝土的透气系数也会得到进一步增加，结合5种气密性混凝土来看，最佳的气密剂掺入量应为6.59%。