隧道防蚀混凝土配合比设计探讨.doc

隧道防蚀混凝土配合比设计探讨徐波2中铁十一局武广客运专线SDIV标摘要：本文结合牛岭隧道工程对防腐蚀混凝土进行配合比设计和试验研究，详细阐述了防蚀混凝土配合比设计过程关键词：隧道 混凝土耐久性 防蚀 电通量 配合比设计 Abstract： Combined with concrete Niuling tunnel projects, this paper presents the mix design and experimental study on anti-corrosion concrete, and the mix design procedures of it are also stated. Keywords： tunnel, concrete durability, anti-corrosion, dielectric flux.1前言随着我国交通建设的快速发展，隧道的建设也大量涌现近年来隧道建设彰显突出的问题就是在复杂地质条件下隧道建设的安全和使用寿命问题而混凝土的耐久性是影响隧道正常使用寿命的一个重要方面，混凝土的耐久性差主要表现为在侵蚀介质环境中混凝土受腐蚀而劣化，如地下水中SO42-、Cl-、Mg2+、H+等对混凝土的侵蚀。

南方地区主要的腐蚀性离子是SO42-，因此，南方地区隧道耐久性混凝土就是解决与具有硫酸盐等腐蚀性地下水接触的混凝土的防腐蚀问题在武广铁路SDIV标的牛岭隧道所在地区属低山深丘地貌，地形起伏较大，最大埋深约510米，隧道经过地段岩性主要为花岗岩、石英砂岩夹页岩局部夹硫铁矿，地下水和地表水对砼具中等溶出性侵蚀及中等硫酸型酸性侵蚀设计文件提出，混凝土要求能抗腐蚀，其防蚀系数要求超过0.8，抗渗等级大于P12混凝土防腐蚀措施目前有两种方法，一是从结构上防腐，如设置防水层、止水带和钢筋防腐外涂等措施二是从混凝土本身出发，设计出能直接抵挡腐蚀的防腐蚀混凝土因此具有内防腐功能的混凝土的设计就显得特别重要，下面结合武广客运专线SDIV标隧道工程对防蚀混凝土配合比设计进行探讨2、硫酸盐对混凝土破坏机理对于穿越特殊地质条件下的隧道用混凝土的防腐主要是防止地下水中含有SO42- 或 Cl-的盐或酸对混凝土的侵蚀，对于Cl-会腐蚀混凝土中起支撑作用的钢筋，而硫酸盐通常会与混凝土中的水泥发生化学反应，使混凝土膨胀开裂甚至粉化而不能保持原有的性能，化学反应方程式为：反应生成的钙矾石沉淀结晶出来，钙矾石晶体长大的结晶压导致混凝土膨胀开裂而使其结构破坏。

当SO42-浓度大于1000PPm时，还会有Ca2SO4 ·2H2O结晶析出，Ca2SO4 ·2H2O使混凝土体积进一步增大，使混凝土开裂破坏如果溶液中还有Mg2-的话，还会出现水化硅酸镁和石膏，水化硅酸镁没有胶凝作用，导致混凝土强度降低使其出现双重破坏3防蚀混凝土设计要求及设计思路3.1设计要求隧道防蚀混凝土其实是高性能混凝土中的一种，它除了满足普通混凝土标准的要求，还必须满足TB10210-2001、JGJ55-2000、铁建设[2005]160号、TZ214-2005、TZ210-2005等标准对隧道喷射、衬砌混凝土的规定如防腐蚀和耐久性要求铁建设[2005]160号规定在化学侵蚀环境及氯离子侵蚀下的混凝土结构，混凝土的耐久性应满足表1、表2的规定表1 化学侵蚀环境下混凝土的电通量（库仑）设计使用年限级别一(100年)二(60年)、三（30年)环境作用等级H1、H2H3、H4H1、H2H3、H4电通量（56d），C＜1200＜1000＜1500＜1000表2 Cl-环境下混凝土的电通量（库仑）设计使用年限级别一(100年)二(60年)、三（30年)环境作用等级L1L2、L3L1L2、L3电通量（56d），C＜1000＜800＜1500＜10003.2设计思路防蚀混凝土配合比设计主要特点是在满足强度、和易性的要求下，对其防蚀性能、耐久性能进行设计。

而对于硫酸盐盐侵蚀来说，其主要是通过提高混凝土的自身密实性和降低混凝土中的易腐蚀的成分（氢氧化钙、铝酸三钙）等来达到防蚀效果和提高其耐久性的4防腐蚀混凝土配合比设计流程（1）主要参数指标：强度：对于用于隧道混凝土首先要考虑其抗压强度要满足设计要求该工程要求的混凝土的抗压强度为C25，C30和C35工作性：隧道用混凝土一般采用泵送混凝土，而泵送混凝土的坍落度要求140～220㎜，并且坍落度经时损失不能太大,即要求能有1～2小时保塑功能抗腐蚀性：设计规定防腐蚀系数K＞0.8耐久性：56d电通量＜1000库仑含气量；在有冻融环境条件要求含气量在4.0%左右，在冬温气候条件，含气量规定在3.0%左右抗开裂性：规范规定裂缝宽度＜0.02mm在满足主要参数指标的前提下，配合比尽可能经济2）主要试验项目：原材料检测、含气量及坍落度试验、1、28、56天抗压强度试验、28天抗渗试验，56天电通量和防腐蚀系数试验3)设计流程防腐蚀混凝土配合比设计过程比普通混凝土更复杂，因为除了强度、工作性及经济性外还必须考虑混凝土的防腐蚀、耐久性和抗开裂性图1是防腐蚀混凝土配合比设计流程图：原材料检测水及砂石检测外加剂检测水泥及掺合料检测防腐蚀实验防蚀系数K>0.8否根据工作性及强度要求计算配合比是强 度工作性试 配电通量抗裂性确定配合比性能满足要求否 是图1 防腐蚀混凝土设计流程图 5配合比设计5.1原材料选用 经过反复试验，最后确定水泥选用广东粤秀P·O42.5；减水剂选用瑞士西卡的聚羧酸减水剂(掺量1.1%),其减水率能达到30%以上，在添加万分子之四葡萄糖酸钠后混凝土2小时坍落度损失小于2cm。

防腐剂用的是重庆交通科研设计院研制的混凝土防腐蚀剂LWS-F（掺量6.0%-8.0%）5.2设计与验证⑴防腐性能实验参照国家标准GB2420-81，防腐性能采用砂浆试件来测试，实验结果见表3表3 砂浆试件防腐性能结果配比/%CFALWS-FCFALWS-FCFALWS-FCFALWS-F1000080200703007030856d防蚀系数K1.081.181.081.03注：C为水泥；FA为粉煤灰；LWS-F为防腐剂从表3可以看出，不管是否掺加粉煤灰和防腐剂，其56d的防腐系数均大于0.8，满足设计要求但考虑到配合比中加了粉煤灰，可以改善混凝土拌合物的和易性，降低水泥水化过程中氢氧化钙的含量，降低混凝土内、外的温度差，提高混凝土的耐久性因此，选用掺加粉煤灰而不掺加防腐剂作为防腐混凝土的胶凝材料⑵防腐混凝土配合比设计及验证首先按照普通混凝土配合比设计，在混凝土强度和工作性满足要求时进行下一步试验为了比选及验证防腐混凝土配合比采用粉煤灰分别取代20%和30%水泥，防腐蚀剂分掺和不掺两种方案，水胶比设计由0.34～0.42变化（中间间隔为0.02）实验结果见表4：表4 防腐混凝土实验结果表编号水胶比C用量(㎏/m3)F用量(㎏/m3)LWS-F(㎏/m3)28d抗压强度(Mpa)抗开裂性56d电通量(库仑)C-10.4228672046.0＜0.02mm832.1C-20.422867228.649.0＜0.02mm755.3C-30.42250107045.5＜0.02mm831.4C-40.4225010728.648.5＜0.02mm754.2C-50.4030075049.0＜0.02mm810.0C-60.40300753054.0＜0.02mm745.8C-70.40262112050.0＜0.02mm812.3C-80.402621123053.0＜0.02mm742.0C-90.3831679054.0＜0.02mm799.5C-100.383167931.659.0＜0.02mm731.0C-110.38276118053.8＜0.02mm798.0C-120.3827611831.658.4＜0.02mm729.0C-130.3633383057.2＜0.02mm678.0C-140.363338333.366.0＜0.02mm540.3C-150.36292125058.1＜0.02mm677.0C-160.3629212533.365.0＜0.02mm544.0C-170.3435388063.2＜0.02mm630.5C-180.343538835.370.0＜0.02mm420.2C-190.34309133064.0＜0.02mm631.0C-200.3430913335.371.0＜0.02mm422.0注：防腐蚀剂LWS-F掺量为胶凝材料的8%，混凝土工作性通过减水剂及砂率进行调节，砂率范围：0.38-0.42；抗开裂＜0.02mm是指裂纹宽度。

试验结果表明，30%粉煤灰取代比20%取代的防腐蚀性高，电通量变化小，强度略有下降，大约低2~5Mpa，成本降低，综合考虑选用30%取代掺加防腐蚀剂电通量有较大降低，胶凝材料的防蚀系数K值增加，强度增加3~5Mpa；说明掺加8.0%的防腐蚀剂后混凝土的耐久性得到了提高，同时施工成本增加在不掺防腐蚀剂情况下，胶凝材料的砂浆实验抗腐蚀系数K大于0.8，综合考虑材料成本及设计要求，配合比最后选取不用防腐蚀剂方案对比各项性能指标，武广客运专线SDIV标隧道工程用混凝土配合比可采用表5所列配合比表5 防腐蚀混凝土配合比强度等级材料水泥粉煤灰砂5~31.5mm石料水Sika聚羧酸减水剂C25每m3用量（㎏）25011080810711504.14比例0.70.32.242.980.420.0115C30每m3用量（㎏）27611974611191504.977比例0.70.31.892.830.380.0126C35每m3用量（㎏）29212574111111505.18比例0.70.31.782.660.360.01246 结论⑴ 本文详细阐述了防腐蚀混凝土配合比的设计过程，通过试验研究得到了牛岭隧道工程防腐蚀混凝土适宜的配合比。

⑵ 防腐蚀混凝土应根据具体的施工环境进行设计，但是胶凝材料的防腐蚀试。