C25自密實混凝土在隧道工程中的應用探究

龔毅

（湖南省高速公路集團有限公司,湖南 長沙 410003）

0 引言

隨整體模筑混凝土施工工藝在隧道工程中的全面應用，隧道二次襯砌的整體性、外觀質量得到了本質改善，隧道襯砌施工的自動化、機械化水平取得了飛躍式發展。但運用此種工藝，混凝土需要用機械泵送，在狹長的空間（或有鋼筋）流動，填充密實，要求具備良好的填充性、間隙通過性、抗離析性。以混凝土試驗指標來表征上述性能，即良好的坍落擴展度（SF）、離析率、擴展時間(T500)性能等，并且歷時損失小，屬于新拌和混凝土工作性能范疇。另外，考慮二襯臺車的周轉，襯砌混凝土應在24h內達到拆模強度；考慮隧道結構設計使用性能，襯砌混凝土28d應達到設計強度，屬于混凝土早期性能、硬化強度范疇。基于國內外學者對自密實混凝土大量的研究[1-4]，自密實混凝土已在諸多工程領域成功應用[5-7]，相關技術規范也不斷完善，其表現出優異的工作性能、良好的硬化后性能，全面滿足了隧道二次襯砌混凝土的性能需求，是改善混凝土工作性能，消除二襯混凝土脫空、蜂窩麻面問題的有效技術途徑。

自密實混凝土相較于普通混凝土，膠凝材料多、砂率大。一般公路隧道設計混凝土強度為C25，根據《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ 55），其水膠比大致為0.50，推薦最大砂率為40%（設計坍落度為220mm）。然而，在工程實踐中，為得到工作性能更佳的自密實混凝土，在水膠比不變、膠凝材料用量和外加劑用量合理的原則下，調整膠凝材料用量、外加劑用量或砂的體積分數等，直至符合自密實性能指標，最后根據試拌結果，確定混凝土強度試驗中的基準配合比。這對于設計強度較低的C25混凝土來說，配合比可調整范圍很小，對原材料質量、制備流程的控制要求更嚴苛，是制約其在隧道襯砌施工中廣泛應用的重要原因。

本文依托湖南高速公路隧道工程實際，制備了C25自密實隧道襯砌混凝，并研究應用現場試驗、檢測分析手段，以及各主要性能、技術效益，為C25自密實混凝土在隧道工程中的應用提供了工程實踐案例。

1 試驗

1.1 原材料和配合比

粗骨料為石灰石碎石，粒徑范圍為5mm～20mm、連續級配，表觀密度為2650kg/m3。細骨料為湘江產河砂，細度模數為2.8。中砂表觀密度為2660kg/m3，堆積密度為1460kg/m3。水泥為普通硅酸鹽水泥，強度等級為32.5，密度3.09g/cm3，比表面積330m2/kg。粉煤灰為湘潭電廠生產F類粉煤灰，密度2.34g/cm3，細度15%。減水劑為聚羧酸高效減水劑，減水率為17.8%，固含量21.5%。拌和用水為自來水。

基于流變參數設計的配合比設計方法和試拌調整，確定水膠比W/C取0.45，砂率βs取49%，基準配合比為mco：mfo：mgo：mso：mFDNo：mwo=352：99：856：856：3.61：180=1：0.28：2.43：2.43：0.10：0.51。

1.2 試驗方案

根據《自密實混凝土應用技術規程》（JGJ/T 283）規定，結合隧道二襯鋼筋最小間距為20cm（Ⅴ級圍巖）、襯砌最小厚度為30cm（Ⅱ級圍巖）等實際情況，選取坍落擴展度（SF，mm）、擴展時間(T500，s)為自密實性能評價控制指標，具體技術要求為：SF∈（500，655）；T500∈［2，30）。

試驗方法為對兩批次混凝土進行試驗，參照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T 50080-2016）中坍落擴展度試驗、擴展時間試驗方法實施。

根據當前隧道二襯施工實際（1天1班），要求在24h能拆除端頭模板并進行人工鑿毛，即混凝土24h強度大于鑿毛強度2.5MPa；要求36h能卸落二襯臺車，即混凝土36h強度大于拆模強度8MPa。此處認為初期支護已收斂穩定，參考《高速鐵路隧道施工技術指南》（鐵建設〔2010〕241號）規定。另外，為滿足設計使用功能，要求混凝土28d強度大于設計強度25MPa。

試驗方法為制作同條件養護150mm×150mm×150mm的立方體試件6組，參照《普通混凝土力學性能試驗測試方法標準》（GB/T 50081-2002）完成抗壓強度試驗，檢測其24h、36h、3d、7d、28d、56d立方體抗壓強度；對隧道襯砌28d抗壓強度，采用《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》（JGJ/T23）方法檢測不同部位強度情況。

2 試驗結果及分析

2.1 新拌混凝土工作性能

先后對2批次混凝土進行坍落度、坍落擴展度、擴展時間完成測試，結果如表1所示。

表1 C25自密實混凝土工作性能

如表1所示，C25自密實混凝的坍落度在265mm～295mm之間，滿足施工需要（200mm）；C25自密實混凝的坍落擴展度在610mm～670mm之間，擴展時間在2.7s～3.7s之間。根據《自密實混凝土應用技術規程》規定，已到達自密實混凝土拌和物性能填充性（控制性指標）的要求，能較好地適用于鋼筋間距大于200mm、模板寬度大于300mm的隧道襯砌施工中。另外，對比兩個批次測試結果，二者差異較小，表明了制備的C25自密實混凝新拌工作性能穩定，適應施工需要。

2.2 強度

對6組同條件養護試塊分別于24h、36h、3d、7d、28d、56d，進行立方體抗壓試驗，結果如表2所示。對試驗段28d隧道二襯混凝土強度進行回彈檢測，縱向在臺車中間、兩端（內側1m）選取3個斷面，每個斷面有拱頂、左右拱腰、左右邊墻5個測點，共15個測點，強度換算后結果如表3所示。

表2 C25自密實混凝土強度

表3 C25自密實混凝土回彈強度

如表2所示，同條件養護C25自密實混凝土強度的增加速度前期大、后期小，至28d以后趨于水平。坍落度在265mm～295mm之間，滿足施工需要（200mm）。C25自密實混凝24h強度為5.8MPa，大于混凝土鑿毛強度要求2.5MPa，滿足二襯澆筑完成后次日拆除堵頭模板開始鑿毛作業的需求；C25自密實混凝34h強度為8.4MPa，大于隧道二襯拆模強度要求8MPa，滿足二襯澆筑完成后第2日移動臺車的施工需求。

根據施工實際，隧道二襯混凝土前期帶模養護，水化熱不能完全消散，致使二襯混凝土實體溫度要高于同條件養護試塊，故可推理得到，帶模養護階段二襯實體混凝土的強度高于同條件養護試塊。C25自密實混凝28d強度為31.1MPa，大于設計強度25MPa，滿足設計使用要求。

如表3所示，C25自密實混凝土隧道二襯28d強度均大于設計強度25MPa，且隧道二襯各測點處強度無顯著差異，表明制備的C25自密實混凝土均勻、性能穩定，適應施工需要。

3 技術效益分析

3.1 社會效益

基于隧道工程中的應用實踐，C25自密實混凝在質量保障、低碳節能、工作環境等方面有顯著的社會效益，體現了“技術先進、低碳環保”的理念，具體分析如表4所示。

表4 C25自密實混凝土的社會效益分析

3.2 經濟效益

對比分析普通C25混凝土與自密實C25混凝土的直接材料成本，如表5所示。

表5 C25自密實混凝土的經濟效益分析

C25自密實混凝土比普通C25混凝土的直接材料成本略微低一點，而且C25自密實混凝土在施工中對機械消耗、耗電、人工費的節約較大，其間接經濟效益較大。綜合而言，C25自密實混凝土應用在隧道工程中具有顯著的經濟效益。

4 結束語

通過對C25自密實混凝在隧道工程的實踐，經過現場試驗、檢測研究及技術效益分析，本文所提出的C25自密實混凝土，坍落擴展度、擴展時間等工作性能指標達到自密實性的要求，很好地滿足了隧道二襯混凝土的需要。

C25自密實混凝土，24h、36h強度能滿足隧道二襯施工端頭鑿毛、臺車移動的施工需求，28d強度符合設計強度要求，大規模制備性能均勻、穩定，適應隧道工程施工。同時，在隧道施工的質量保障、低碳節能、工作環境等方面有明顯的技術優勢，直接材料成本較普通混凝土低0.3%，綜合經濟效益顯著。