摘要：以某工程瓦斯隧道穿越瓦斯地段的机制砂气密性混凝土配合比设计及施工应用为背景，通过多次配合比多因素对比试验和施工验证，分析了机制砂石粉含量、水胶比大小、气密剂掺量、粉煤灰掺量对瓦斯隧道机制砂气密性混凝土拌合物性能、抗压强度、透气系数、电通量、抗渗等级的影响因素，旨在为今后同类混凝土结构的配合比设计和施工提供借鉴和积累经验。
关键词：机制砂气密性；混凝土；配置；应用
1工程概况
该瓦斯隧道为重点控制性工程，隧道全长3206m，中心里程ZDK28+058，为单线瓦斯隧道。其中ZDK26+720～ZDK28+085（1365m）为高瓦斯段。该隧道衬砌结构设计为一级，设计使用年限100年。设计要求该隧道瓦斯段采用全封闭复合式衬砌，该段衬砌拱部、边墙、仰拱为C40气密性混凝土或气密性钢筋钢筋混凝土。气密性混凝土的气密剂掺量按水泥用量的12%计列，水泥用量按300kg/m3计列，现场施工中进行气密剂掺量试验。气密性混凝土结构所处环境类别及作用等级为H2、T2。隧道高瓦斯段二衬气密性混凝土的抗渗等级≥P10；气密性混凝土的透气系数≤1．0×10－11cm/s，56d电通量≤1200C。
2原材料
1）水泥：采用P．O42．5水泥。其所检各项指标均符合规范要求。2）细骨料：细骨料因受贵州地域资源限制，工程所在地无天然砂可选，配制气密性混凝土所选用的细骨料为当地机制砂。实测细度模数2．9～3．2，石粉含量5%～12%，其他所检指标均符合规范要求。3）粗骨料：粗骨料选用当地碎石。规格5～10mm、10～25mm两级配碎石，按（20%∶80%）掺配后试验级配良好，满足5～25连续级配要求。其他所检指标均符合规范要求。粗骨料选取最大粒径≤31．5mm，这主要是考虑到骨料粒径越大，混凝土配制时由于在骨料重力下而下沉，水分上升而导致骨料周围形成孔隙，而且粒径越大孔隙越多，混凝土的气密性越差。因此，气密性混凝土配合比设计中必须控制好石子的粒径以及采取多级配。4）外加剂：气密剂选用某厂的XH气密剂（复合型），推荐掺量为8%～12%。掺量为10%时，减水率为26．1%，透气系数为6．7×10－12cm/s。其他所检指标均符合规范要求。5）粉煤灰：粉煤灰选用某电厂Ⅱ级粉煤灰（F类），实测烧失量3．69%，细度16．5%，需水量比97%，其他所检指标均符合规范要求。6）拌合用水：拌合用水选用当地饮用水，其所检指标均符合规范要求。
3混凝土各项技术指标的检测依据
1）混凝土拌合物性能。混凝土拌合物性能根据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T50080－2016）进行试验检测。2）混凝土抗压强度。混凝土抗压强度根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081－2002）进行试验检测。3）混凝土透气系数。混凝土透气系数根据《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424－2010）附录L进行试验检测。4）混凝土电通量、抗渗等级。混凝土电通量、抗渗等级根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082－2009）进行试验检测。
4试验结果及讨论
1）机制砂中不同石粉含量对机制砂气密性混凝土拌合物性能、抗压强度、透气系数、电通量、抗渗等级的影响使用同一C40气密性混凝土配合比，当机制砂的亚甲蓝值（MB）＜1．40和亚甲蓝值（MB）≥1．40时，对比不同石粉含量对机制砂气密性混凝土拌合物性能、抗压强度、透气系数、电通量、抗渗等级的影响结果见表1。
机制砂中不同石粉含量对对机制砂气密性混凝土各项性能指标的影响
试验结果分析：从机制砂中不同石粉含量对混凝土的影响情况来看，当机制砂亚甲蓝值（MB＜1．40）时，在优化配合比设计、严格控制施工工艺的情况下，机制砂并不需要水洗等特殊措施处理，就可以利用气密剂、矿物掺和料对混凝土拌合物性能进行改善，配制出坍落度达200mm左右的高强大流态混凝土。
控制机制砂的亚甲蓝值是允许其石粉含量大小的关键，当亚甲蓝值（MB＜1．40）时，适量的石粉含量≤10%，有利于改善混凝土的拌合物性能，提高混凝土硬化后的抗压强度和抗渗等级、降低透气系数和电通量。当亚甲蓝值（MB≥1．40）时，随着石粉含量的增大，当＞5%时，混凝土的需水量急速增大，和易性变差，尤其是混凝土的抗压强度将大幅下降；混凝土的各种耐久性指标也都迅速变差。因此，气密性混凝土所用机制砂的亚甲蓝值≤1．40，这是机制砂质量控制的重点。
2）在原材料相同的条件下，对比不同水胶比对机制砂气密性混凝土拌合物性能、抗压强度、透气系数、电通量、抗渗等级的影响结果见表2。
不同水胶比对机制砂气密性混凝土各项性能指标的影响
试验结果分析：规范规定气密性混凝土的水胶比应≤0．45。水胶比对混凝土和易性的影响：水胶比越小，水泥浆就越稠，不仅混凝土拌合物的流动性变小，坍损也将增大，粘聚性也因混凝土发涩而变差，在一定施工条件下难以成型密实。水胶比过大，水泥浆过稀，这时拌合物虽然流动性大，但将产生严重的分层离析和泌水现象，不能保证拌合物的粘聚性和保水性，并且严重影响混凝土的强度和耐久性。水胶比对混凝土抗压强度的影响：水胶比过大时，新生成的胶体水泥浆浓度较低，水化后混凝土体内多余游离水分往往先附着在骨料上，胶体与骨料的粘结面积减小，粘结力下降，混凝土硬化时会产生细小裂纹，从而降低了混凝土的强度，因此，混凝土的强度随着水灰比的增大而降低。水胶比对透气系数、电通量、抗渗等级的影响：水泥需水量是一定的，水灰比增大，多余的水会形成毛细孔隙。在一定范围内降低水胶比，混凝土的密实性提高，毛细孔隙和总孔隙率下降。因此，随着水胶比的降低气密性混凝土的抗透气性、抗氯离子渗透性、抗水渗透性都将提高［2］。
5机制砂气密性混凝土的应用控制
1）严格控制各项原材料质量，特别是加强机制砂的质量控制。每批原材料必须经试验检测合格后方可进场使用。2）严格控制施工配合比：施工前应检测砂、石料含水率，进行施工配合比的换算。严格按照施工配合比录入拌合机计量系统，并建立试验人员数据复核录入制度。采用经检定合格的自动计量设备进行准确计量，对自动计量系统应定期自校、发现误差及时进行调整，确保计量无误。对气密剂要求生产厂家或在施工现场按每盘用料量精确分袋包装备用。3）分次投料及搅拌：应使用强制式搅拌机拌合，气密性混凝土的投料顺序及搅拌时间，既和传统的投料搅拌方法有别，又不同于目前国内正在推广的分次投料工艺。其搅拌时间要比普通混凝土的搅拌时间延长0．5～1min，目的是克服粉煤灰、气密剂遇水粘结成团、不易搅拌均匀的缺点。并使其气密剂能充反应，确保混凝土的匀质性。4）首盘混凝土检测：试验人员应对首盘混凝土进行拌合物性能检测，以验证混凝土的各项拌合物性能是否与配合比设计相符，以便及时调整。5）混凝土应采用专用混凝土运输罐车运送，防止运输过程中混凝土沉淀或离析。6）混凝土灌筑采用混凝土输送泵车，使混凝土连续灌筑，不得发生施工冷缝。
结束语
通过对已施工的机制砂气密性混凝土进行随机抽样试验检测，拌合物性能、抗压强度、透气系数、电通量、抗渗等级等技术指标均满足现场施工、设计及技术规范要求。影响机制砂气密性混凝土各种性能指标的因素较多，应在了解各项因素影响程度和趋势的基础上，通过大量对比试验，动态优化管理配合比。
参考文献：
[1]张恒，谭信荣，马辉，陈寿根.机制砂在隧道喷射混凝土及二次衬砌中的应用[J].隧道建设（中英文），2017，37（12）：1536-1543.
[2]罗玲，刘晶.机制砂石粉含量对新拌混凝土性能的影响分析[J].居舍，2017（36）：182.
[3]孙九鹏.浅析机制砂在混凝土中的应用[J].建材技术与应用，2017（06）：19-21.
论文作者:陈天南
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/14
标签：混凝土论文; 气密性论文; 机制论文; 骨料论文; 物性论文; 通量论文; 抗压强度论文; 《基层建设》2019年第8期论文;