影響西北地區(qū)隧道泵送混凝土

影響西北地區(qū)隧道泵送混凝土表面質量的成因淺析鐵路蘭武二線A11標古豐1、2號隧道，位于青藏高原邊沿，河西走廊中部，緊鄰騰格里大沙漠，古“絲綢之路”交通要沖，海拔2150米以上的大西北古浪縣境內。該地區(qū)地表水主要為終年冰川的自然融化水，地下水主要為卵石層中的少量潛水及基巖裂隙水，均不發(fā)育。土壤最大凍結深度138cm，年平均降雨量357.8mm。下表為2003年10月至2004年4月的氣溫及雪蓋情況，其中2月份又分為1~11日及12~29日兩個階段。(氣溫單位:℃)鴉月份障10專11蠅12將1剖2狹3暈4鐘1~11殿12~2闖9請最低氣溫敲+2.8嘴-7.6問-14.鴨1象-14.妄6些-16.鞭4搏-5.0池+1.8濟+5.7物最高氣溫育+15.若0博+7.8朽+5.8蠻+4.3計+4.4婆+13.疑0銅+10.憑2課+18.痕7塌下雪天數叫5樹7風2念6導3匆2服6設5吐雪蓋天數愉12誼19繁20仍18蓮7瓜4瓣11逼7古豐1、2號隧道的拱墻襯砌采用泵送混凝土施工，其中表面質量問題是我們關注的重點問題之一。要使最終的成型混凝土光潔照人，混凝土及其澆鑄并不是一個簡單的技術操作與技術控制的問題，它與氣候，混凝土配合比，組成材料品質，模板質量，拌和、運輸及振搗工藝等很多因素有關。普通混凝土是由水泥、粗細骨料、水等經攪拌、成型、養(yǎng)護，通過水化反應凝結、硬化后形成的多相的、非勻質性的膠凝狀復合材料。由于組成材料“種類”多，成型體又不均勻，混凝土表面質量的好壞往往是多種因素綜合作用的結果。1水泥對混凝土表面質量的影響水泥對混凝土表面質量的影響主要體現在水泥的細度、安定性、泌水性、等級及用量五個方面。細度偏小的水泥有利于提高成型混凝土的表面質量，但細度提高會加快水化反應速度，使水化熱在較短時間內集中大量地釋放，將縮短凝結時間，易產生龜縮裂紋。水泥中生石灰、活性二氧化硅等材料因其緩慢的縮聚反應，長時見后將導致混凝土安定性降低，出現脹性裂紋。水泥的泌水性有一個十分復雜的反應機理，與水泥中鋁硅酸鹽、石膏等關系密切，而混凝土的泌水性還與骨料和外摻料有關，過高的泌水率將使混凝土迅速地失去其可塑性，對泵送混凝土的危害性更大。另外水泥等級要比較穩(wěn)定，波動幅度不宜過大，同是P.O32.5級的水泥，如有時28d強度達到42.5MPa以上，有時卻稍有富余。使用“等級”波動較大的水泥在施工時較難掌握其水化熱的不均勻釋放，在溫差變化較大、空氣干燥的西北施工，如養(yǎng)護不良就容易形成因應力不均產生的拉裂現象。水泥對混凝土表面質量影響的另一個重要因素是水泥的用量，這一點，《普通混凝土配合比設計規(guī)程》等標準或規(guī)范都有明確的“最小用量”規(guī)定，但標準規(guī)定的“最小用量”主要是從預期強度考慮的，并不反應它能產生良好的耐久性和表面質量，因此在配合比選定時也不宜采用過低的水泥用量。2水灰比（或水膠比）對混凝土表面質量的影響水灰比或水膠比（以下統(tǒng)稱水灰比）的變化對混凝土強度和表面質量的影響非常顯著。同一理論配合比，在施工中，如水灰比變化0.03，其強度變化可達到13%左右；如水灰比變化0.1，其強度變化將達到35%以上，同時引起混凝土的表面質量發(fā)生顯著的變化。實際上水泥縮聚反應只需要約占水泥質量25%的水，很顯然，按0.25的水灰比是不能拌制塑性混凝土的。在實際施工中，塑性混凝土的水灰比一般都控制在0.4~0.7之間，多余的水分在凝結過程中，和水化熱一起通過毛細孔而散失掉，并由此留下了氣泡或孔隙。如果水灰比偏大，就可能形成大氣泡或孔隙，既會降低混凝土的強度，還會影響其外觀質量。因此，任何塑性混凝土，對理論配合比的選擇都非常關鍵，必須恰當地選擇好水灰比、用水量與砂率三個參數，才能使混凝土拌和物達到優(yōu)良的粘聚性、流動性與保水性。3骨料、外摻料、外加劑等原材料對混凝土表面質量的影響骨料對混凝土表面質量的影響主要為骨料級配的不合理及含泥量偏高兩個方面。不良的骨料級配將會較大地提高水泥和細骨料用量，以彌補因此而產生的過高的空隙率和輸送泵堵管次數，水泥用量的增加又會增強混凝土的收縮應力。泥對混凝土的影響應分為兩個方面，在西北地區(qū)，接近水泥細度的濕陷性黃土，當總含泥量不大于7%時，有利于強度的提高，由此而每增加3%，其破壞荷載將降低10%左右。在古浪縣，因雨水稀少，尤其是每年11月至次年3月，沒有流動水或池塘蓄積“水”，骨料含泥量大都很高。由于砂石一般都露天堆放，在此期間沖洗的砂石將因低溫環(huán)境而凍結，難以裝運和使用。因此為確保混凝土質量，在加強原材料控制的同時，就只能增加水泥用量。經測算，在4個月的混凝土冬季施工中，要多用大約840噸水泥，比正常施工超出大約10%的水泥用量。另外骨料中的有害物質，如木屑、煤碴、云母、塑料、紙片、銹鐵等，也會嚴重地傷害混凝土，一些吸水性強、易腐朽的有害物質還會破壞混凝土的結構，引起混凝土的鼓脹開裂。當然，堿活性材料對混凝土的危害更大，它會強烈地破壞整個混凝土的結構。因此，外摻料、外加劑在混凝土中得到了比較普遍地應用，它們不但起到了減少水泥用量、降低成本的目的，更主要的是還能提高混凝土的工作性，緩解水化熱的大量集中釋放，對泵送混凝土，還能提高混凝土的可泵性，減少堵管現象。外摻料的種類很多，粉煤灰是質量優(yōu)良、基本無負作用的外摻料，它能提高混凝土90d強度約2~3MPa以上。但隨著粉煤灰技術在混凝土中的應用越來越廣泛，粉煤灰的用量越來越大，粉煤灰的質量也開始出現一些問題，這主要表現在細度不夠，含水量超標，每袋重量不足，品質下降等方面，在采購、檢測和使用過程中必須引起高度重視。外加劑在混凝土中的應用非常廣泛，其功能與作用也各不相同。在泵送混凝土中用得最普遍的是泵送劑、減水劑或減水緩凝劑，它既降低了混凝土成本，又提高了混凝土強度及其工作性能。但外加劑對不同的水泥一般有不同的適應性，在混凝土中的摻量也有一個適宜的范圍，低了達不到應有的效果，高了會加快混凝土的早期收縮率，造成混凝土被拉裂。4施工工藝對混凝土表面質量的影響施工工藝包含拌制、運輸、振搗及澆鑄時間等施工管理與施工技術方面的問題。對于強制式拌和機，其攪拌時間一般都要在120~150s以上，才能拌制出能用于施工的混凝土。但在施工中，有的工地因為場地制約，拌和機的混凝土瀉料口與罐車接料口之間的距離很高，而新拌混凝土中砂漿與粗骨料之間附著力還比較低，在導流槽中的運動速度差異較大，混凝土在下落過程中容易產生漿石分離現象，這就要求混凝土罐車在裝有混凝土時應經常旋轉存放罐，以進行混凝土的再拌和。通過比較發(fā)現，如不旋轉,卸料時首先出來的是以砂漿為主的混凝土；旋轉時，卸出料就比較成熟、均一、穩(wěn)定，和易性良好?；炷琳駬v的目的在于提高成型混凝土的密實度，實際上也是使混凝土中的“液”相與固相之間形成一個比較“均一、穩(wěn)定”的混和體，減少因漿料不到位而形成的孔隙或漏洞。另外，為拌制塑性混凝土而加入的超量（與W/C=0.25相比）的水分幾乎完全分布在漿料中，如不振搗就會因漿料集中造成水分集中，從而形成影響混凝土強度的、肉眼可觀的大氣泡或孔洞。瓶澆鑄高度牛與澆鑄時液間也是影輕響襯砌混舊凝土表面遷質量的重告要因素。仿在常溫下策，強度不蘆高坡于槳C2幸5棋時，每次規(guī)澆鑄高度連不宜超已過敞1斬m已，與上一法次間隔澆全鑄時間宜謹保持梯在片90~1屬20mi解n背之間。原陷因是臺車歡兩側混凝背土相對高發(fā)差達燕到紹1鑄m銳時，在不雁考慮泵送丸時混凝土嚼對臺車的澡瞬間沖擊裁力、振搗樣作用力、不混凝土對頓臺車的重詞壓力等作執(zhí)用力的情棚況下，僅筆混凝土自商身就將對盡臺車產生伯不低絞于付24kN譯/m跳2巷的相對靜強擠壓作用洽力，而且思這個作用滅力還會隨死著澆鑄高不度的增加慚而呈正比竄例增加，魯這往往就艦是造成臺隨車變形或遼懸浮的根郊本原因。為但這個作奏用力是隨言著混凝土昆的凝結硬毒化而逐漸環(huán)減小的，冶當它完全倚凝結硬化惕后也就完杜全消失。疫因此在混愿凝土施工車中，每一竿次澆鑄應刷當有一個爪適宜的澆窮鑄高度和蓋間隔時間夠?；炷磷娴某跄龝r觀間從拌和想時算起，塊一般沈在賢180m話i嘆n雷以上，對閱于歐9~12炸m部臺車，澆眼鑄拳1杏m倒高度的時阻間大約搬在闊50mi不n隸左右。從浩第一次算蛇起，當臺婚車一側澆趨鑄姐完賀1皮m傾高度后，賤開始轉移傘輸送管到丟對面窗口閘（大約需牌要僅20mi泛n為），再次晉澆技鑄返1事m睜高度，進腸入第二次柿轉管，為臂使混凝土溝在初凝后斬不致遭受根擾動破壞氧，在轉管化完畢立即炮開始在第厚一次澆鑄痰的基礎上機進行第三羅次澆鑄施呀工，當再歲次澆鑄況完輸1艷m掠高度時，姑加上拌和捆與運輸時蔑間，第一鏈次澆鑄的疤混凝土則疑正好進入火初凝期，村此時已進褲入初凝期家的混凝土渴對臺車的坦相對擠壓銜作用力將喬逐漸減小棚，臺車所漠受的相對藍擠壓作用牛力轉由第癥二、三次鐮澆鑄的混呈凝土產生宮，則臺車軍承擔的相鄭對靜擠壓鏡作用力基陪本達到平茂衡狀態(tài)。督如此循環(huán)系，在正常臣情況下，犁臺車受力寶將始終處剃于基本平辮衡的狀態(tài)貸，進入初缸凝期的混爺凝土也不揀會因為振歷搗擾動而穩(wěn)遭到破壞事。在進入善拱部施工剛后，臺車杏所受的作疑用力將主項要是垂直撈正壓樹力，在確李保臺車不帝變形的情冷況下，可鐮不受澆鑄弟時間與澆甩鑄量的影陪響。按此鍛計算，如幻一次臺車叫混凝土圾按墾160m搞3享計算，施勸工大約就蹲需醬要替15~1隱7完小時。如筍混凝土澆習鑄速度過建快，臺車邪所受的擠車壓作用力蠅很不平衡失，臺車變榴形量大，殃導致已凝釘結混凝土骨與臺車之務間形成空殼隙，則必湯然有砂漿徹或水泥漿構向下滲透掃，從而留鐵下粗燥或產水印痕跡沉；如澆鑄應間隔時間加過長，亦胞會產生相夏似的后果相。引5令溫、濕度嘴對混凝土招表面質量趙的影響手當水溫低敘于但4功℃抓時，由于述粒子的運臘動惰性，濤混凝土拌勝和物不易危形成均勻鞠的分散體憶，水對膠久凝材料、調骨料的滲搬透能力減污弱，水泥燥的水化反枝應速度也躬明顯降低襖。在西北收地區(qū)，由省于氣溫太愚低，水化帝反應釋放修的水化熱澡容易被散霉失，難以恢激活粒子領的運動惰險性，凝結腫時間增加隊，脫模時公間延長，悠在脫模時蝴容易被模票板拉傷。偵所以，在基冬季施工僵中，規(guī)范音要求要對碰水、骨料蔬等先行加損熱，并在趁拌制混凝商土時添加扯防凍劑；獨對混凝土脅的拌制時還間要充分廈，以促進板微粒間的禮相互滲透天，有利于選水化反應墾的進行；壤對混凝土纖拌和站、餓運輸罐車屠、混凝土決結構物進蓬行防寒保萌溫處理，晌溫水養(yǎng)護電，嚴防混慢凝土在未銜達到預期含強度前受親凍。念在干燥少剝雨的西北類地區(qū)，如醋果隧道內沙濕度不足斑，混凝土街的水化熱擦不易散失霜，容易造率成混凝土食開裂或剝像落，如灑草水養(yǎng)護，考氣溫太低情又容易被宰凍傷。但丙當隧道在稈貫穿前，栗空氣的對垮流效應尚泉未形成，煌隨著開挖沫和襯砌的床延伸，溫揭、濕度也述會隨著上罵升。經測極試，喬在地2壽號隧道出稱口害，立2牧月份最冷織的時候，垂在距洞住口艱10斑0筆米處溫度笨為軋3反℃扯、相對濕平度鐮為略64懷%裕時，進入湯到距洞口票約翁57滿5者米寇的襯砌臺汁車處，溫痰度就達抄到笛9煉℃貫，相對濕襲度達勸到椒86售%僵，達到了拴自然養(yǎng)護普的條件。振總的說來夾