某工程隧洞襯砌混凝土早期抗裂性能試驗(yàn)研究

宮治軍

（遼寧省水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧沈陽110003）

1 工程概況

某輸供水工程位于遼寧省沈陽市和鐵嶺市境內(nèi)，主體工程為輸水隧洞，隧洞全長14 km，縱坡坡比0.099‰。隧洞為有壓隧洞，采用鉆爆法開挖，開挖斷面為圓拱斜墻型，成洞斷面為圓形，直徑3.9 m。該工程共布置5條施工支洞，支洞斷面為圓拱直墻型，成洞斷面尺寸均為5.0 m×5.0 m（高×寬）。

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

受工程建設(shè)單位委托，對(duì)隧洞襯砌混凝土早期抗裂性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，為分析隧洞襯砌混凝土出現(xiàn)早期裂縫原因提供數(shù)據(jù)支持，更好地指導(dǎo)混凝土施工。

3 試驗(yàn)方案

3.1 原材料

1）水泥。采用撫順大伙房水泥有限責(zé)任公司P·O42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥（低堿）。

2）粉煤灰。采用遼寧中電工程有限公司F 類Ⅰ級(jí)灰，摻量為25%。

3）骨料。細(xì)骨料采用四寨子砂場(chǎng)天然中砂；粗骨料采用鐵嶺市眾興礦業(yè)集團(tuán)鵬程石料有限公司碎石，二級(jí)配5～20 mm、20～40 mm。

4）外加劑。采用沈陽晟豪化工有限公司SH-1 緩凝型聚羧酸高性能減水劑及SHYQ 型引氣劑，河北同邦建材有限公司TB-CSA 抗裂防水劑。

5）拌合用水。采用試驗(yàn)室自來水。

3.2 試驗(yàn)內(nèi)容

3.2.1 施工配合比驗(yàn)證試驗(yàn)

以施工單位提供的施工配合比為基準(zhǔn)（見表1）進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，分別測(cè)定混凝土拌合物的坍落度、擴(kuò)展度、含氣量；測(cè)定28 d、56 d 抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性能和抗凍性能；測(cè)定混凝土抗裂情況。

表1 C5635W12F150 基準(zhǔn)配合比

3.2.2 早期抗裂性能和膠材總量的關(guān)系試驗(yàn)

在現(xiàn)場(chǎng)施工配合比基礎(chǔ)上，保持水膠比不變，保持施工工作度不變，保持粉煤灰摻量不變，選取不同的膠材總量（390 kg/m3、400 kg/m3、410 kg/m3、420 kg/m3），分別測(cè)定28 d、56 d 抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性能和抗凍性能；測(cè)定混凝土拌合物坍落度、棍度、粘聚性、含砂情況、析水情況、坍落度1 h 經(jīng)時(shí)變化，含氣量；測(cè)定混凝土早期抗裂情況，綜合分析判斷早期抗裂性能與膠材總量的關(guān)系，見表2。

3.2.3 早期抗裂性能和水膠比的關(guān)系試驗(yàn)

在現(xiàn)場(chǎng)施工配合比的基礎(chǔ)上，保證膠凝材料總量不變，適當(dāng)增加和降低外加劑摻量，保證工作度不變，在原水膠比的基礎(chǔ)上分別降低0.02、0.04和增加0.02、0.04，分別測(cè)定28 d、56 d 抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性能和抗凍性能；測(cè)定混凝土拌合物坍落度、棍度、粘聚性、含砂情況、析水情況、坍落度1 h 經(jīng)時(shí)變化，含氣量；測(cè)定混凝土早期抗裂情況，綜合分析判斷早期抗裂性能與水膠比的關(guān)系，見表3。

表2 早期抗裂性能和膠材總量的關(guān)系試驗(yàn)組合

表3 混凝土抗裂性能和水膠比的關(guān)系試驗(yàn)組合

3.3 試驗(yàn)方法

依據(jù)《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[1]，按照表1、2 和3 方案組合進(jìn)行試驗(yàn)。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果處理

1）每條裂縫的平均開裂面積應(yīng)按下式計(jì)算：

2）單位面積上的開裂數(shù)目應(yīng)按下列計(jì)算：

3）單位面積上的總開裂面積應(yīng)按下式計(jì)算：

式中：Wi——第i條裂縫的最大寬度，mm，精確到0.01 mm；Li——第i條裂縫的長度，mm，精確到1mm；N——總裂縫數(shù)目，條；A——平板的面積處，mm2/條，精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位；a——每條裂縫的平均開裂面積，mm2/條，精確到1 mm2/條；b——單位面積的裂縫數(shù)目，條/m2，精確到0.1條/m2；c——單位面積上的總開裂面積，mm2/m2，精確到1 mm2/m2。

4）每組應(yīng)分別以2個(gè)或多個(gè)試件的平均開裂面積（單位面積上的裂縫數(shù)目或單位面積上的總開裂面積）的算術(shù)平均值，作為該組試件平均開裂面積（單位面積上的裂縫數(shù)目或單位面積上的總開裂面積）的測(cè)定值。

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 不同膠材總量對(duì)混凝土早期抗裂性能影響試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見表4 和圖1。

表4 不同膠材總量對(duì)混凝土早期抗裂性能影響試驗(yàn)結(jié)果

圖1 不同膠材總量對(duì)混凝土早期抗裂性影響曲線圖

4.2 不同水膠比對(duì)混凝土早期抗裂性能影響試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見表5 和圖2。

5 試驗(yàn)結(jié)論

5.1 試驗(yàn)結(jié)論

1）當(dāng)總膠量為420 kg時(shí)，單位面積上的總開裂面積最大，c=388 mm2/m2；當(dāng)總膠量為444.8 kg，即基準(zhǔn)配合比時(shí)，單位面積上的總開裂面積最小，c=158 mm2/m2。

2）當(dāng)水膠比為0.39 時(shí)，單位面積上的總開裂面積最小，c=84 mm2/m2；當(dāng)水膠比為0.37 時(shí)，單位面積上的總開裂面積最大，c=366 mm2/m2。

3）摻加抗裂防水劑對(duì)混凝土早期抗裂性能影響較大。在基準(zhǔn)配合比條件下，未摻加抗裂防水劑，c=308 mm2/m2；摻加抗裂防水劑，c=149 mm2/m2。摻加抗裂防水劑可降低早期裂縫達(dá)107%。

表5 不同水膠比對(duì)混凝土早期抗裂性能影響試驗(yàn)結(jié)果

圖2 不同水膠比對(duì)混凝土早期抗裂性影響曲線圖