導(dǎo)語(yǔ)：高海拔隧道內(nèi)防凍劑對(duì)混凝土強(qiáng)度影響一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：在海拔較高地區(qū)的某隧道施工過(guò)程中，由于高原缺氧狀態(tài)下晝夜溫差較大，在完成洞內(nèi)混凝土襯砌一個(gè)月內(nèi)，發(fā)生了較長(zhǎng)段的裂縫和變形。通過(guò)對(duì)混凝土內(nèi)添加適合劑量的防凍劑來(lái)提高混凝土的強(qiáng)度，對(duì)于海拔約4000m地區(qū)，養(yǎng)護(hù)條件對(duì)隧道內(nèi)混凝土最終強(qiáng)度影響較大，分別在混凝土中摻配0%、2%、4%、6%比例的防凍劑，混凝土抗壓強(qiáng)度均有所改變，綜合考慮隧道內(nèi)混凝土強(qiáng)度提升和投資成本等多重因素，最終得出當(dāng)防凍劑摻配比例為4%的時(shí)候是最為經(jīng)濟(jì)合理的。將結(jié)論應(yīng)用于實(shí)踐，在襯砌C40混凝土內(nèi)添加了4%比例的防凍劑，效果良好。

關(guān)鍵詞：隧道工程；高海拔地區(qū)；防凍劑；混凝土強(qiáng)度；摻配比例

0引言

我國(guó)地域遼闊，特別在部分北方地區(qū)，冬季氣溫都基本在0℃以下，甚至有些地區(qū)極端最低氣溫-30℃以下。水泥混凝土在施工過(guò)程中當(dāng)溫度降低到0℃以下時(shí)，存在于混凝土漿體中的水或漿體硬化后毛細(xì)孔中的水結(jié)冰現(xiàn)象，隨著液相（水）到固相（冰）狀態(tài)的改變，會(huì)導(dǎo)致漿體脹裂，如果混凝土尚未建立初始強(qiáng)度，或者初始強(qiáng)度較低時(shí)內(nèi)部水分結(jié)冰，水泥水化作用停止，強(qiáng)度就不再增長(zhǎng)，而結(jié)冰引起的冰晶壓更容易破壞混凝土[1]。交通節(jié)能與環(huán)保TransportEnergyConservation&EnvironmentalProtection第16卷第78期2020年8月Vol.16No.4August.2020投稿日期：2020-03-07作者簡(jiǎn)介：劉宏波（1975-），男，陜西大荔人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈缆窐蛄嚎辈煸O(shè)計(jì)。本研究針對(duì)的是在海拔較高西藏地區(qū)“國(guó)道G317矮拉山隧道新建工程”的施工過(guò)程中，由于高原缺氧狀態(tài)下晝夜溫差較大，在完成洞內(nèi)混凝土襯砌一個(gè)月內(nèi)，發(fā)生了較長(zhǎng)段的裂縫和變形。在改善新拌混凝土抗凍害性能方面，除了注重保溫和養(yǎng)護(hù)措施外，主要依靠添加混凝土防凍劑來(lái)增強(qiáng)抗凍性[2]。為促進(jìn)水泥混凝土在低溫情況下仍能進(jìn)行水化和硬化作用，盡早提高早期強(qiáng)度和防止負(fù)溫下混凝土被凍害以獲得混凝土的防凍性能[3]，因此決定對(duì)混凝土內(nèi)添加適合劑量的防凍劑來(lái)提高混凝土強(qiáng)度，并對(duì)防凍劑的強(qiáng)度影響做相應(yīng)分析。

1項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)為行車(chē)主洞和平行導(dǎo)洞二座平行隧道，主洞隧道全長(zhǎng)4800m，隧道進(jìn)口的設(shè)計(jì)高程為3970.736m，大氣壓強(qiáng)為63.885kPa；出口設(shè)計(jì)高程3905.71m，大氣壓強(qiáng)為64.054kPa。隧道平面位于直線上，襯砌采用C40鋼筋泵送混凝土。本隧道地區(qū)極端最高氣溫33.4℃，極端最低氣溫-20.7℃，凍結(jié)月份為12月至來(lái)年2月。

2防凍劑對(duì)混凝土強(qiáng)度影響分析

2.1防凍劑產(chǎn)品介紹。本次分析實(shí)驗(yàn)采用的防凍劑是以減水、早強(qiáng)、降低冰點(diǎn)、防止凍害等組分復(fù)合而成的無(wú)氯型防凍劑，呈粉狀，具有早強(qiáng)、防凍、適量引氣、護(hù)蝕等多種功能，目的是使混凝土加入該添加劑后，可顯著改善毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)，減少游離水量，有效降低混凝土液相冰點(diǎn)，促進(jìn)低溫條件下水泥水化和混凝土硬化，大幅度提高早期強(qiáng)度，中后期強(qiáng)度持續(xù)增長(zhǎng)。防凍劑的均勻性指標(biāo)見(jiàn)表1。2.3強(qiáng)度分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)依托項(xiàng)目實(shí)際情況，采用泵送C40混凝土成型試件，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)采用混凝土抗壓強(qiáng)度，結(jié)合《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55－2011）[5]相關(guān)要求，試塊尺寸采用150mm×150mm×150mm標(biāo)準(zhǔn)試塊。試件于施工期內(nèi)10月21日施作，養(yǎng)護(hù)周期28d，養(yǎng)護(hù)條件分別為：實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、距離隧道口50m處養(yǎng)護(hù)、距離隧道口500m處養(yǎng)護(hù)；養(yǎng)護(hù)齡期分別為3d、7d、28d；防凍劑摻配比例分別按0%、2%、4%、6%摻量進(jìn)行強(qiáng)度分析。2.4養(yǎng)護(hù)期間溫度變化情況。實(shí)驗(yàn)中分別對(duì)養(yǎng)護(hù)期間的溫度變化數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集及分析，數(shù)據(jù)采集時(shí)間分別為早上8:00時(shí)；下午14:00時(shí)，晚上20:00時(shí)及午夜24:00時(shí)。具體溫度與濕度條件如下：試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)溫度設(shè)定為20℃，濕度不低于90%；距離隧道口內(nèi)500m位置通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集分析基本為恒溫狀態(tài)，溫度為11℃，實(shí)測(cè)平均濕度為52%；距離隧道口內(nèi)50m位置現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集分析出現(xiàn)晝夜溫差較大狀態(tài)，實(shí)測(cè)平均濕度為31%，養(yǎng)護(hù)期間溫度變化曲線見(jiàn)圖1。圖1養(yǎng)護(hù)期間50m處溫度變化曲線Fig.1Temperaturechangecurveat50mduringcuring2.5混凝土不同條件下強(qiáng)度對(duì)比分析。2.5.1不同參量在不同養(yǎng)護(hù)條件下數(shù)據(jù)分析。（1）混凝土中不摻加防凍劑時(shí)（即0%摻量），在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、恒溫（洞口內(nèi)500m）和晝夜溫差大（洞口內(nèi)50m）三種養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土試件在不同齡期數(shù)據(jù)反映的強(qiáng)度為逐漸降低。其中晝夜溫差較大和標(biāo)養(yǎng)條件下同樣標(biāo)號(hào)混凝土3d早期強(qiáng)度降低了26%左右，28d齡期強(qiáng)度降低16%。0%摻量在不同養(yǎng)護(hù)條件下強(qiáng)度數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)圖2。（2）混凝土中摻加2%防凍劑時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、恒溫（洞口內(nèi)500m）和晝夜溫差大（洞口內(nèi)50m）三種養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土試件在不同齡期數(shù)據(jù)反映的強(qiáng)度為逐漸降低。3d齡期養(yǎng)護(hù)條件下，晝夜溫差大和標(biāo)養(yǎng)條件下混凝土強(qiáng)度降低了14%左右，7d齡期降低了20%，28d齡期降低22%。而在恒溫養(yǎng)護(hù)條件下早期強(qiáng)度增加明顯，7d后強(qiáng)度增加較慢，最終強(qiáng)度與晝夜溫差較大養(yǎng)護(hù)條件下最終混凝土強(qiáng)度相差9.3%；7d齡期標(biāo)養(yǎng)與洞內(nèi)恒溫條件下，混凝土強(qiáng)度十分接近，說(shuō)明在高寒高海拔地區(qū)隧道施工，當(dāng)隧道掘進(jìn)達(dá)到一定長(zhǎng)度使洞內(nèi)達(dá)到恒溫條件時(shí)，其混凝土強(qiáng)度可以得到基本保證。2%摻量在不同養(yǎng)護(hù)條件下強(qiáng)度數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)圖3。（3）混凝土中摻加4%防凍劑時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、恒溫（洞口內(nèi)500m）和晝夜溫差大（洞口內(nèi)50m）三種養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土試件在不同齡期數(shù)據(jù)反映的強(qiáng)度為逐漸降低，但是在28d齡期附近恒溫和晝夜溫差大兩種養(yǎng)護(hù)條件下，強(qiáng)度幾乎接近。3d齡期在不同養(yǎng)護(hù)條件下，早期混凝土強(qiáng)度非常接近，相差不足9%，說(shuō)明防凍劑效果明顯。標(biāo)養(yǎng)條件下、恒溫條件下和晝夜溫差大條件下，7d齡期的強(qiáng)度比較接近，相差約5.5%和8%，說(shuō)明在混凝土中摻量4%的防凍劑對(duì)前期和后期混凝土強(qiáng)度影響較大。28d齡期時(shí)標(biāo)養(yǎng)條件下混凝土強(qiáng)度增強(qiáng)，而恒溫條件下和晝夜溫差大條件下的強(qiáng)度存在十分接近的趨勢(shì)，說(shuō)明在自然施工過(guò)程中，混凝土中摻量4%的防凍劑對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響差別在逐漸減少。4%摻量在不圖44%摻量在不同養(yǎng)護(hù)條件下強(qiáng)度對(duì)比Fig.4Strengthcomparisonof4%dosageunderdifferentcuringconditions同養(yǎng)護(hù)條件下強(qiáng)度數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)圖4。（4）混凝土中摻加6%防凍劑時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、恒溫（洞口內(nèi)500m）和晝夜溫差大（洞口內(nèi)50m）三種養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土試件在不同齡期數(shù)據(jù)反映的強(qiáng)度為逐漸降低。其中恒溫、晝夜溫差大和標(biāo)養(yǎng)條件下同樣標(biāo)號(hào)混凝土3d早期強(qiáng)度相對(duì)比較接近，分別降低3.5%和6.5%。特別是隨著齡期增加，在28d齡期時(shí)，標(biāo)養(yǎng)條件下混凝土強(qiáng)度相對(duì)4%摻量時(shí)有所減少，而晝夜溫差較大和恒溫養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土強(qiáng)度與標(biāo)養(yǎng)條件下的混凝土強(qiáng)度差別開(kāi)始變大。6%摻量在不同養(yǎng)護(hù)條件下強(qiáng)度數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)圖5。圖56%摻量在不同養(yǎng)護(hù)條件下強(qiáng)度對(duì)比Fig.5Strengthcomparisonof6%dosageunderdifferentcuringconditions2.5.2不同摻量在相同養(yǎng)護(hù)條件下數(shù)據(jù)分析。（1）將3d齡期內(nèi)在同樣養(yǎng)護(hù)條件下，對(duì)不同摻量的混凝土強(qiáng)度做曲線圖對(duì)比，可以看出標(biāo)養(yǎng)條件下的各摻量混凝土強(qiáng)度都高于其他兩種養(yǎng)護(hù)條件，恒溫條件下次之。針對(duì)同一養(yǎng)護(hù)條件對(duì)比，0%至4%不同摻量的混凝土強(qiáng)度是逐漸增大的（除標(biāo)養(yǎng)條件2%摻量時(shí)有所減少），在摻量4%時(shí)強(qiáng)度最高，6%摻量時(shí)強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。3d齡期不同摻量在相同養(yǎng)護(hù)條件下強(qiáng)度曲線圖見(jiàn)圖6。（2）將7d齡期內(nèi)在同樣養(yǎng)護(hù)條件下，對(duì)不同摻量的混凝土強(qiáng)度做曲線圖對(duì)比，可以看出標(biāo)養(yǎng)條件下的各摻量（除2%摻量時(shí)）混凝土強(qiáng)度都高于其他兩種養(yǎng)護(hù)條件，恒溫條件下次之。針對(duì)同一養(yǎng)護(hù)條件對(duì)比，0%至4%不同摻量的混凝土強(qiáng)度是逐漸增大的（除標(biāo)養(yǎng)條件2%摻量時(shí)減少），在摻量4%時(shí)強(qiáng)度最高，6%摻量時(shí)強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。7d齡期不同摻量在相同養(yǎng)護(hù)條件下強(qiáng)度曲線圖見(jiàn)圖7。圖77d齡期不同摻量條件下強(qiáng)度曲線Fig.7Intensitycurveunderdifferentdosageconditionsat7dage（3）將28d齡期內(nèi)在同樣養(yǎng)護(hù)條件下，對(duì)不同摻量的混凝土強(qiáng)度做曲線圖對(duì)比，可以看出標(biāo)養(yǎng)條件下的各摻量混凝土強(qiáng)度都高于其他兩種養(yǎng)護(hù)條件，恒溫條件下次之。針對(duì)同一養(yǎng)護(hù)條件對(duì)比，0%至4%不同摻量的混凝土強(qiáng)度是逐漸增大的（除標(biāo)養(yǎng)和溫差大條件下2%摻量時(shí)減少），在摻量4%時(shí)強(qiáng)度最高，6%摻量時(shí)強(qiáng)度呈明顯下降趨勢(shì)。28d齡期不同摻量在相同養(yǎng)護(hù)條件下強(qiáng)度曲線圖見(jiàn)圖8。2.5.3數(shù)據(jù)對(duì)比分析。由28d齡期混凝土抗壓強(qiáng)度可以看出，4%摻量為最優(yōu)摻量，2%低摻量和6%高摻量在恒溫養(yǎng)護(hù)條件下強(qiáng)度增長(zhǎng)較小，其他養(yǎng)護(hù)條件下均有所降低。養(yǎng)護(hù)條件對(duì)混凝土最終強(qiáng)度有決定性影響，晝夜溫差較大的養(yǎng)護(hù)條件下混凝土抗壓強(qiáng)度有大幅度降低，當(dāng)4%最優(yōu)摻量情況下，除去誤差影響外，標(biāo)養(yǎng)條件下混凝土強(qiáng)度（47.4MPa）達(dá)到了設(shè)計(jì)強(qiáng)度，其他養(yǎng)護(hù)條件下強(qiáng)度（39.8MPa，39.3MPa）基本滿足。

3結(jié)論

通過(guò)對(duì)比分析，對(duì)于海拔約4000m地區(qū)，養(yǎng)護(hù)條件對(duì)隧道內(nèi)混凝土最終強(qiáng)度影響較大，分別在混凝土中摻配0%、2%、4%、6%比例的防凍劑，混凝土抗壓強(qiáng)度均有所改變，綜合考慮隧道內(nèi)混凝土強(qiáng)度提升和投資成本等的多重因素，最終得出當(dāng)防凍劑摻配比例為4%的時(shí)候是最為經(jīng)濟(jì)合理的。隨后，對(duì)于項(xiàng)目?jī)?nèi)隧道裂縫和變形段進(jìn)行了拆除重建，并在襯砌C40混凝土內(nèi)添加了4%比例的防凍劑，目前隧道已建成通車(chē)，洞內(nèi)襯砌并未發(fā)現(xiàn)有任何裂縫和變形出現(xiàn)。

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作者:劉宏波 單位:國(guó)家林業(yè)局昆明勘察設(shè)計(jì)院