1、浅谈对隧道二衬膨胀防水混凝土设计与施工的几点认识摘 要：结合白桑园隧道的工程实例，从配合比设计与施工的角度对影响隧道二衬膨胀混凝土膨胀效果的水灰比、用灰量、混凝土施工环境等几个因素进行分析与讨论，提出相应的措施；以及施工过程控制注意事项与取得效果。关键词：隧道工程；隧道二衬；膨胀混凝土；设计与施工；0 前 言目前，随着交通建设的不断发展，隧道作为一种重要的结构形式越来越多地被应用。然而，隧道作为一种地下构筑物，其结构的防水效果直接影响着它的正常使用与否及行车安全。为了达到防水要求，除了大量使用防水卷材外，还在衬砌混凝土中采用加入一定量的外掺料，以达到增加混凝土自身防渗透能力的效果。目前较为普遍
2、的方法是使用膨胀水泥或者在普通混凝土中掺入膨胀剂。本文结合六潜高速公路 3 标段白桑园隧道防水混凝土的设计与施工谈几点自己的认识与体会。1 工程简介白桑园隧道是安徽省六安至潜山高速公路上的一座双连拱隧道，长 170m，净宽10.25m+2.56m+10.25m，净高 7.05m，建筑限界高度 5.0m，复合式中墙，二衬由 50cm 厚混凝土、间距为 15cm 双钢筋网组成。隧道位于安徽省岳西县头陀镇白桑园村，大别山内，年降雨量在 1300mm-1500mm 之间，平均气温 12.60-15.80之间，年最高气温 390-410，年最低气温-10 0-80，昼夜温差大；隧道进口桩号K80+480
3、，出口桩号 K80+650，该地质条件较差，全线穿越 V 级全强风化花岗片麻岩，岩体呈角砾碎块松散状结构，节理裂隙发育、破碎；且裂隙水入渗时，有大量滴水现象。2 膨胀混凝土的自防水原理对于水泥混凝土，无约束的自由收缩不会引起开裂；有约束的收缩在内部产生的拉应力达到某值时，必然会导致混凝土开裂；无约束的自由膨胀会使混凝土内部疏松，甚至开裂；约束下的膨胀则使混凝土内部紧密，补偿混凝土的收缩。隧道二衬混凝土都处于钢筋、模板、岩面及相邻的混凝土面的约束下，各种原因引起的收缩都会产生混凝土不同程度的开裂，导致混凝土出现渗漏水现象。在混凝土中掺入膨胀剂后，就可以利用约束下的混凝土膨胀来补偿混凝土的收缩变形
4、，避免开裂渗水，从而达到混凝土的自防水效果。鉴于白桑园隧道有大量的滴水现象、施工环境温差较大、及复合式中墙排水结构等因素，为了达到加强二衬本身抗裂抗渗能力，决定使用膨胀防水混凝土。3 材料及水灰比的确定3.1 材料的选择设计为 C25 混凝土，施工要求坍落度140mm-180mm 之间，为了降低成本，就地取材，方便施工；对周边材料生产情况进行调查，确定使用：1、碎石：自产反击破花岗岩 5mm-16mm、16mm-31.5mm 两档料，碎石含碱量低，碱活量适合用于高标号混凝土；2、砂：黄尾中砂，细模度为 2.76；水泥：怀宁海螺牌 Po32.5 级；膨胀剂：选择南京特种建筑材料股份有限公司“南特
5、牌 UEAH 高效混凝土膨胀剂”与浙江三狮集团特种水泥有限公司“SHUEA 高效低碱膨胀剂”进行对比，见表 1：表 1% 成分 SIO2 AL2O3 CaO MgO SO3 碱含量UEA-H 23.2 14.0 21.6 1.87 26.8 0.72SH- UEA 25.8 14.5 24.1 1.9 29.8 0.51两种外加剂化学成分都适合砂、石、水泥材料性能；进行试拌结果，见表 2：表 2抗渗 坍落度 施工可操作性UEA-H S30 满足 方便SH- UEA S30 需添减水剂 复杂（添多种）“UEAH”拌制的混凝土不泌水、不离析、坍落度损失小，良好的可泵送性，在相同条件可节约水泥率 2
6、0%25%，提高坍度 10cm 以上，是一种复合型外加剂，性能稳定；厂家生产多年，在以往的项目取得良好的信誉；而“SHUEA ”因需添加缓疑减水剂方能满足坍落度要求，给施工带来不便；决定使用“UEAH ”高效缓疑膨胀剂。3.2 水泥用量对膨胀混凝土的影响及确定理论上，混凝土内水泥完全水化所结合的水占水泥质量的 0.227，而使水泥完全水化并具有最低毛细孔隙率的水灰比为 0.438。实际上，即使水灰比达到 0.5，随着水化的不断进行，水化物增多，自由水减少，混凝土中的水泥也不可能完全水化。混凝土中的自由水随水灰比的降低而减少，膨胀剂中重要组分 CaSO4 的溶出量随自由水的减少而减少，当水灰比很
7、小时，膨胀剂中参与水化的膨胀剂组分在混凝土的使用期间的适当条件下，生成二次钙矾石，这种二次钙矾石的膨胀会造成混凝土的劣化。但是，有关研究资料也表明，当水灰比较高时，较大水灰比的混凝土中较大的孔隙率可以吸收较多的膨胀能，从而导致在此情况下的膨胀混凝土的膨胀率随水灰比的增大而减小，而较致密的混凝土才能产生较大的膨胀。由此可知，水灰比太大或太小对隧道二衬膨胀混凝土都是不利的。在混凝土内掺入剂量为 10%的某种膨胀剂进行试验：混凝土水中 14d 限制膨胀率见表 3。因结构厚度为 50cm，需满足0.015% 要求，确定基准水灰比为 0.50。表 3水灰比 0.50 0.45 0.55 备注膨胀率（%
8、） 0.025 0.028 0.0234 水泥用量的确定对膨胀混凝土影响施工要求混凝土要有较大的流动性（坍落度140mm-180mm） ，必然要求提高混凝土的水泥浆用量。水泥用量的增多，就使得混凝土中温升增高，同时膨胀剂的水化也会放出较大的水化热，使得混凝土内的温升更加有所提高。人工合成的钙矾石（C 3A.3CaSO4.32H2O）在温度约为 650C 时开始脱水，在 650C -850C 温度下钙矾石的形成受到限制。在常温下（20 0C） ，其混凝土内部的温度会超过750C。如果施工中控制不当，膨胀剂产生的膨胀应力不足以补偿温差应力时，就会发生开裂，影响混凝土质量及自防水效果。为了有效地降低
9、混凝土内部温升，除了必要时在施工中采取一些降温措施外，在保证混凝土强度情况下，尽量降低水泥用量，但不低于 300Kg/m3，经试拌W：C：S：G1：G2：UEAH=190kg：380kg ：724kg：434kg：652kg：38Kg配比，坍落度 15.5cm，得出 7d 抗压强度25.6MPa，28d 抗压强度 35.5MPa，满足要求。5 施工环境对混凝土质量的影响混凝土的搅拌对混凝土的匀质性具有关键性的意义。虽然混凝土配料机及强制式搅拌机的使用对混凝土拌合物的匀质性起到了有效的作用，但同时还必须充分地重视混凝土的有效搅拌时间，搅拌时间不足时，也会明显地影响着混凝土拌合物的匀质性。在实际生
10、产施工中，混凝土在搅拌站的实际搅拌时间很多都得不到充分的保证，因为种种原因，很多混凝土在搅拌站的实际搅拌时间只有 1min 左右，甚至有的只有 30s。就是普通混凝土，也需要约 75s 的时间才能使混凝土被充分地搅拌均匀，何况在隧道二衬混凝土中还要加入高效膨胀剂，如果搅拌不均匀，作用得不到充分的发挥，会影响混凝土的和易性及强度，膨胀剂分布不均匀会导致混凝土因不均匀膨胀而开裂。另外，输送泵与管道的损耗等因素；要求增大UEAH 的用量为 12%，在基准水灰比0.500.05（W：C：S：G1：G2：UEAH=190： 380：724：434：652：45.6Kg）进行配合比设计，见表 4。根据结果
11、，推荐使用水灰比0.50 为施工配合比。表 4水灰比 配合比坍落度7dMPa28dMPa0.50 190:380:724:434:652:45.6 16.5 26.4 36.20.45 190:420:705:434:652:50.4 18 27.7 38.10.55 190:345:740:434:652:41.4 14 23.0 32.56 施工过程控制1、现场拌制混凝土的拌和时间要比普通混凝土延长 30s，以保证膨胀剂和水泥拌和均匀，提高其匀质性；2、混凝土布料，震捣按施工规范要求进行；3、每模施工完毕，应封闭隧道门口，保持隧道内温度，降低温差的变化；4、膨胀混凝土要有充分湿养护才能更好的发挥其膨胀效应，对二衬混凝土提出更严格的养护要求，保湿14d。7 结 语本项目经各检测部门取芯进行试验以及雷达探测，各项指标均符合设计要求。参考文献：1JGJ55-2000，普通混凝土配合比设计规范S2JTJ04294，公路隧道施工技术规范S.3中交第一公路勘测设计院.六潜高速公路岳西(黄尾)至潜山段白桑园隧道施工图设计Z.4交通部，公路工程国内招标文件范本S.5南京特种建筑材料股份有限公司，浙江三狮集团特种水泥有限公司 各类膨胀剂的检测数据分析Z.6江西科力咨询监理有限公司六潜高速公路岳潜第二监理组.监理实施细则Z
