隧道工程中微膨胀引气混凝土的应用

临沂市三河口隧道是山东省第一条内河隧道，也是防水面积17万m2的大体积河底隧道。全长3.84km，主隧道1.92km，宽28m，高9.2m，双向六车道，匝道暗埋段宽10m，高8.7m，单向两车道。施工进行土石方开挖300万m3，使用混凝土26万m3，钢筋4.3万t。施工采用水下明挖，具有体积大、跨汛期、工期紧等特点。因是河底隧道，隧道整体常年完全泡在水中，鉴于此，在工期紧的情况下，如何保质保量的顺利完成隧道建设，并解决好水下大体积混凝土浇筑的问题，对隧道建成后能否安全运行意义重大。

1隧道结构工程混凝土设计标准

整个水下隧道工程对混凝土结构的自防水提出了较高的要求，这完全取决于混凝土自身的致密程度和耐久性能。隧道主体工程混凝土设计为C35F300W8，采用泵送，塌落度要求140～160mm。混凝土抗碳化能力，以理论计算为100年，抗冻融指标DF≥0．6。混凝土60d干燥收缩率≤0.025％。贯穿裂缝不允许出现，表面裂缝宽度≤0．2mm。

2新型混凝土的配制与施工

新型微膨胀引气混凝土施工要注意温度的控制、入模坍落度及养护振捣。混凝土浇筑和拆模施工要严格按照规范进行，混凝土浇筑完成后必须采取保湿保温养护。为进一步减少混凝土收缩对结构的影响，隧道施工过程中将隧道主体每15m划分为一个单元进行分项跳仓浇筑。在模板数量足够的情况下（为节省成本可钢模结合木模）可同时进行多仓面，跳仓浇筑，这可以极大的缩短工期，有利于跨汛期抢工期施工。

2.1新型微膨胀引气混凝土配合比设计

为实现预拌混凝土性能，保证预拌混凝土质量，必须进行混凝土配合比设计，这也是配制混凝土的重要环节。混凝土设计强度等级为C35；设计坍落度为210±20mm。材料选择：水泥P•O42.5级；中砂细度模数2.8、含泥量1.4%；碎石级配5～31.5、含泥量0.5%；水用自来水；掺合料为Ⅰ级粉煤灰；外加剂为膨胀剂、引气减水剂。

2.2新型微膨胀引气混凝土配制

隧道主体工程混凝土设计为C35F300W8，采用泵送，塌落度要求140～160mm。在这种设计要求下，经过试验在普通混凝土中添加2%引气减水剂和10%的优质膨胀剂来提高混凝土抗冻性、抗渗性。该措施使混凝土内部连通的毛细孔道明显减少，并产生了许多独立且封闭的微小气泡，它们分布均匀而稳定。当孔隙内的自由水被冻结的时候，这些封闭的微小气泡会对冰冻给孔隙引起的压力进行缓冲，能有效解决因冻融而对混凝土产生的破坏，从而提高混凝土的抗冻性。混凝土内部连通的毛细孔道因膨胀剂的微膨胀作用而减少，它进行二次水化反应时的产物可以对混凝土内部的孔道进行填充，从而提高了混凝土致密性、抗渗性。试验表明，在胶凝材料用量相同的情况下，采用新型微膨胀引气混凝土的6个试件（C35W8/175mm×185mm×150mm）在龄期28d，按照加压至0.9MPa时至少4块试件不透水的标准要求进行加压均能符合抗渗要求，渗透高度为55mm，这表明其抗渗性比普通混凝土高很多。采用新型微膨胀引气混凝土3个试件（C35F300/100mm×100mm×100mm），通过冻融前后质量损失率对比试验，分析结果知，平均质量损失率为1.8%，强度损失率为5.6%，符合标准要求。

2.3具体措施及注意事项

1）严把混凝土原材料的质量关。胶凝材料、引气减水剂、粗细骨料、水等原材料的质量要严格控制。严格控制混凝土总的氯离子及碱的含量，采用新型的聚羧酸系高性能混凝土减水剂，可减少氯离子和碱的含量，同时还可减小表面张力、增大减水率、坍落度损失小、和易性好。引气减水剂的减水率为32±2%，含气量为4.5%～6.0%，考虑引气剂掺加量为胶凝材料用量的万分之几，在工地现场不好控制，可以让外加剂厂直接在厂家就把引气剂与聚羧酸系高性能混凝土减水剂配好。混凝土的胶凝材料用优质磨细粉煤灰等活性粉料替代部分水泥充当，水和胶凝材料的比例≤0．45，要严格控制。

2）微膨胀复合掺加料的细度较细、较轻。混凝土搅拌时需要增加混凝土的搅拌时间使混凝土更加均匀，同时为保证混凝土的质量，要严格控制混凝土单位用水量，以降低混凝土的泌水，混凝土过振后也容易造成其颗粒上浮形成泌浆，在施工振捣过程中，应严防过振。在浇筑过程中，当混凝土坡脚浇到顶端模板底部时改变浇筑方向，反方向浇筑收头、清除泌水。掺加微膨胀复合掺加料的混凝土对养护要求标准更高。由于混凝土的膨胀效应，必须有膨胀结晶钙矾石的生成才能充分发挥，而结晶钙矾石生成需要大量的水。因此要加强保湿保温养护，浇筑完成2h内进行洒水保湿养护，浇水养护时间不能少于15d。在混凝土浇筑后1～7d湿养护是养护关键期，混凝土的膨胀效应要在这7d里充分发挥其补偿收缩作用。混凝土强度达到1.2MPa后上料施工。

3）生产新型微膨胀引气混凝土，掺合料的比例较大，混凝土主体结构在后期强度增长空间较大，所以用混凝土验收标准为60d或90d强度。

4）严格按《混凝土结构施工规范》GB50010-2002进行施工。

3结语

目前，临沂市三河口隧道工程已通车2年多，经过2年运行后实际观测，未出现后期裂缝。对水下工程来说，混凝土自身的致密程度和耐久性能直接影响整个工程的质量，整个工程要想达到理想的效果，必须设计、选材与施工并重，这就要求不仅要有明确的设计方案、选择合适的建筑材料，还必须在施工过程中严格控制施工质量。经过2年多的运行验证，新型微膨胀引气混凝土在大体积内河隧道混凝土施工中的应用是切实可行的，它能在工期短的情况下，保质保量完成隧道建设，并提高了大体积混凝土结构的致密程度和耐久性，使隧道建成后安全运行。

作者：董涛 单位：临沂市园林局