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矿物掺合料对高岩温条件下衬砌混凝土性能影响.pdf
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1、第 3 7卷第 2期 2 0 1 5年 2月 铁 道 学 报 J OURNAL OF THE CHI NA RAI LWAY S OCI ETY Vo1 37 NO 2 Fe br ua r y 201 5 文 章 编 号 :1 0 0 1 8 3 6 0 ( 2 0 1 5 ) 0 2 0 1 1 8 0 7 矿物掺合料对高岩温条件下衬砌混凝土性能影响 王 艳 ,何廷树 ,程 磊。 ,苏 晓峰。 ( 1 西安建筑科技大学 材料科学 与工程博 士后科研 流动站 ,陕西 西安 7 1 0 0 5 5 ; 2 西安建 筑科 技大学 陕西西部建筑科技 国家重点实验室 培育基地 ,陕西 西安7 1 0
2、 0 5 5 ; 3 中铁第一勘察设计 院集 团有 限公 司,陕西 西安 7 1 0 0 4 3 ) 摘 要 :高岩温隧道施工是随着各国高速交通 网不断延伸而 出现 的新 的技术 问题 , 这种 特殊施工 条件会使 隧道 衬砌混凝 土的力学性能 和耐 久性 都受到影响 。本文通过实验室 内模拟高岩温施工环境 , 重 点研究 高岩温养护 条 件下不 同矿物掺合料对 混凝 土力 学性 能及耐久性能的影 响规律 。结果表 明 : 高 岩温养 护条件 下, 普通 混凝 土与 掺合料混凝 土的抗 压强度均呈下降趋势 , 但下降 幅度不 同 ; 湿度 5 O 时, 随着 温度的升高 , 矿渣 粉 昆凝土
3、的抗 压 强度下 降幅度 最大, 粉煤灰混凝土 的抗压强度下 降幅度 最小 , 当温度超过 5 O时 , 粉煤灰混凝 土 的强度反 而高 于矿 渣粉混凝 土 ; 矿渣粉混凝土 的强度对 于湿度 变化 最敏感 , 8 O时 , 随着 湿度 的增 大 , 矿渣 粉混凝土 的强度提 高幅度最大 ; 各种混凝土 的抗渗性 与抗碳化 性能基本 随养护温度的升高而降低 , 普通混凝土下 降最为 明显 , 粉煤 灰混凝土的抗渗性与抗碳化性能受养护温度影响最小 。 关键词 : 混凝 土;矿物掺合料 ;高岩温 ;力学性能 ;耐久性 能 中图分类号 : TV 4 2 3 ; TU5 2 8 文献标 志码 :A d
4、 o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 O 0 1 - 8 3 6 0 2 0 1 5 0 2 0 1 8 Ef f e c t o f M i n e r a l Ad m i x t u r e o n Pr o p e r t i e s o f Li n i n g Co n c r e t e u nd e r Hi g h t e mpe r a t u r e Ro c k W a l l Co n d i t i o n W ANG Ya n , HE Ti n g s hu , CH ENG Le i 。, SU Xi a o f e ng 。 ( 1
5、M a t e r i a l Sc i e nc e a n d En g i n e e r i n g Ce nt e r f o r Po s t d o c t o r a l S t u d i e s , Xi a n Un i v e r s i t y o f Ar c h i t e c t u r e a nd Te c h n o l o g y, xi a n 7 1 0 0 5 5, Ch i n a 2 S t a t e Ke y La ho r a t o r y o f W e s t e r n Ar c h i t e c t ur e a nd Te
6、c h n o l o g y Cu l t i v a t i n g Ba s e , Xi a n Uni v e r s i t y o f Ar c h i t e c t u r e a n d Te c h n o l o g y , Xi a n 7 1 0 05 5, Chi n a; 3 Ch i na Ra i l wa y Fi r s t S u r v e y a n d De s i g n I n s t i t u t e Gr o u p Co , Lt d , Xia n 7 1 0 0 4 3 , Ch i n a ) Ab s t r a c t :
7、Tu nne l c on s t r u c t i on u nd e r h i gh t e m p e r a t u r e r o c k wa l l c o nd i t i o n pr e s e nt s n e w t e c hn i c a l p r ob l e ms t h a t a r i s e wi t h h i g h s p e e d t r a n s p o r t a t i o n n e t wo r k c o n t i n u o u s l y e x t e n d i n g i n t h e wo r l d Th
8、e s e s p e c i a l c o n s t r u c t i o n c on di t i on s c a n i nf l u e nc e t h e m e c h a ni c a l pr o pe r t i e s a nd d u r a b i l i t y of l i ni n g c on c r e t e i n t he t un ne 1 Thr ou g h l a bo r a t o r y s i m u l a t i on of c o ns t r uc t i o n e nv i r on me nt u nd e r
9、hi g h t e m p e r a t u r e r oc k wa l l c o nd i t i on, t hi s pa p e r f o c us e s on i nv e s t i g a t i o n o n t he i n f l ue nc e r u l e o f m i n e r a l a d m i x t u r e o n t he m e c ha ni c a l p r o pe r t i e s a n d du r a bi l i t y o f l i ni ng c o nc r e t e un de r t hi s
10、c o nd i t i on Re s ul t s s h ow t h a t c o mpr e s s i ve s t r e n gt h o f bo t h n or ma l a nd m i n e r a l a d m i x t ur e c o nc r e t e d e c r e a s e d un de r hi g h c ur i n g t e m pe r a t u r e r o c k wa l l e nv i r o nme n t W he n h umi d i t y wa s 5 0 , t h e c o m pr e s s
11、 i v e s t r e ng t h o f s l a g c o n c r e t e d e c r e a s e d s i g ni f i c a nt l y wi t h i nc r e a s e o f t he c ur i ng t e mpe r a t ur e, a nd t he c o m p r e s s i v e s t r e ng t h of f l y a s h c o nc r e t e h a d t he mi n i m u m d r op H o we ve r, whe n t he t e mpe r a t u
12、r e wa s hi g he r t h a n 5 0 , t h e s t r e n g t h o f f l y a s h c o n c r e t e wa s h i g h e r t h a n t h a t o f t h e s l a g c o n c r e t e S l a g c o n c r e t e s t r e n g t h i s t h e m o s t s e ns i t i v e t o humi d i t y c ha n ge s W he n t e mpe r a t u r e wa s 8 0 , t he
13、 c omp r e s s i v e s t r e ng t h of s l a g c on c r e t e i n c r e a s e d s i g ni f i c a nt l y wi t h i nc r e a s e o f t he c ur i ng hu mi di t y Ant i p e r me a b i l i t y a nd c a r bo na t i o n r e s i s t a nc e of di f f e r e n t ki nd s o f c o nc r e t e de c l i n e d wi t h
14、t he i nc r e a s e o f c ur i n g t e mpe r a t ur e The r e i nt o, t he d ur a b i l i t y o f t h e or d i na r y 收稿 日期 :2 0 1 4 0 3 0 8 :修回 日期: 2 0 1 4 O 4 一 l 8 基金项 目:国家 自然科学基 金青 年科学基金 ( 5 1 3 0 8 4 4 5 ) ; 铁道部科技研究开发计划( 2 0 l 1 G 0 2 7 一 B ) ; 陕西省教育厅 专项科研计划 ( 2 0 1 3 J K0 9 7 2 ) 作者简介 :王艳( 1 9
15、 8 2 一 ) , 女 , 湖北 随州人 , 讲师 , 博士 。 E ma i l :w a n g y a n w j x 1 2 6 c o rn 第 2 期 王艳等 : 矿 物掺 合料对高岩温条件下衬砌混凝土性能影 响 c o nc r e t e d r op pe d o f f s i g ni f i c a nt l y,wh i l e t he a nt i p e r me a bi l i t y a nd c a r bo na t i on r e s i s t a nc e o f f l y a s h c o nc r e t e we r e 1 e a
16、 s t a f f e c t e d Ke y wo r d s: c on c r e t e ; mi ne r a l a d m i x t ur e c o nc r e t e; hi gh t e m pe r a t ur e r o c k wa l l ; me c h a n i c a l p r o p e r t y; du r a b i l i t y 实 际工程 中的一 些 深 埋 长 隧 道 由于 地层 岩 性 、 岩 浆 活 动 以及地 下水 的活 动 等 因素 , 表 现 出高 岩 温 的 特 殊施工条件。这种特殊施工条件使隧道衬砌混凝土的 力学性能
17、和耐久性都受到影响。目前工程界对于高岩 温并没有统一 的界定 , 但是 已有 的工程实例显示 , 施工 过 程 中遇 到 4 O 及 以上 的岩温 或 者泉水 , 就 已考 虑该 问题对 隧道衬砌 的影 响。比如 意大利 的里 昂一都灵 ( L y o n - T u r i n ) 隧道施工过程中遇到 4 0的岩温问题引 起 关注 ; 新圣 哥达 隧道遇到 4 5的岩温 问题 , 在 试验 隧 洞 内进行 了 5 O 的温度 对支护质 量和施工 技术 的影 响 研 究 ; 日本 的安 房 隧道在 施工 过 程 中当岩 温达 到 4 5 时采取设 置裂缝 诱 发缝 的措 施 防止 隧道 衬砌
18、开 裂 。另 外意大利的亚平宁( A p p e n i n e ) 铁路隧道 , 我国的高黎贡 山铁路隧道 等都遇 到了高岩 温施工 的难题 。 已有 的研 究表 明 , 高温 蒸汽 养 护条件 下 , 混凝 土 的 初 期水 化 速度 加快 , 初 凝 和终 凝 提 前 , 早 期 强 度 提 高 , 但是后期强度及耐久性能降低口 。谭克锋等 7 通过 早期蒸养试验发现掺人硅灰 、 粉煤灰 、 矿渣可 以消除高 温负效应 , 其中硅灰效果最佳, 矿渣效果最差 。贺智敏 等 _ 1 认 为在 低水 胶 比时 , 粉 煤 灰 掺 量 2 O 以下 , 可 以 消除蒸养混凝土后期 的高温负效应
19、。林 鹏等口 通过 对常温条件不同养护湿度对混凝土性能的影响研究发 现 , 掺 合料 混凝 土对 于 湿度 的变 化更 敏感 , 随着湿 度 的 降低 , 粉煤灰与矿渣粉双掺混凝土的强度降幅大于普 通混凝土 。以上这些研究大部分基 于高温蒸养条件 , 养 护湿 度很 大 。 随着我国高速铁路 的发展 , 在一些线路( 如拉萨至 日喀则 铁路 线 ) 的施 工 过程 中, 部分 隧道 的岩 壁温 度较 高 , 但是环境湿度较低 , 在这种更加 特殊 的高岩温 、 低 湿 度施 工条 件 下掺 合料 的加 入 能否 消除 混凝 土后 期 的 高温负效应少有研究。本文通过实验室内模拟高岩温 施 工环
20、 境 , 重 点研究 了不 同掺 合 料 对 高 岩 温养 护 条件 下 混凝 土力 学 性能 及 耐 久 性 能 的影 响规 律 , 为解 决 高 岩温衬砌混凝土的性能劣化 问题提供理论依据。 1 试 验概况 1 1 混凝 土 配合 比 采用 4种 混 凝 土 配 合 比 , 水 胶 比均 为 0 4 2 , 主要 考虑掺合料的影响, 掺合料的总量为 2 5 9 6 , 见表 1 。水 泥采用 P 0 4 2 5 普通硅酸盐水泥 ; 粉煤灰采用 级粉 煤 灰 ; 矿渣 粉 为 $ 9 5矿 粉 ; 中砂 , 含 泥 量 1 1 9 5 ; 碎 石 , 级 配 5 3 1 5 mm, 压 碎
21、指 标 8 3 ; K DS P 一 1型 聚 羧 酸 减水 剂 , 含 固量 2 2 5 , 减 水率 2 7 。P C代 表普 通 混凝土 , F A代 表单 掺粉煤灰混凝土 , S P代表单 掺矿 渣粉混凝土 , F A+S P代表 粉煤 灰 与矿 渣粉 双掺 混 凝 土 。 表 1混 凝 土 配 合 比 1 2养 护 制度 为在实验室内真实模拟高岩温施工条件, 选择拉 萨至 日喀则铁路线隧道 中遇到的高岩温进行调查。实 际勘 测 中 , 地 热水 温在 4 5 8 0之 间 。对 施工 现场 的 温度进行实时监测 , 数据显示 , 开挖掌子面岩温最高达 到 5 0 。 施工 现场 的温
22、 度 监 测数 据 还 显 示 : 尽 管 围岩 初 始 温度不同, 但初期支护拱顶外表面温度均在隧道开挖 5 d内出现大幅度下 降, 5 d后基 本降至 3 o左右 。 另外在高岩温隧道衬砌 昆 凝 土施工时 , 混凝土浇筑后 终凝 前不 能洒 水 , 以 防对 混 凝 土 表 面性 能 造 成 不 利 影 响 , 这段时间混凝土的养护特点是高温低湿。混凝土 终凝 以后可洒水养护 , 温度还未降下来 时混凝土 的养 护特点是高温高湿 ; 当衬砌温度降至环境温度 , 其养护 特点 是 自然养 护 。因此 在实 验室 中模 拟高 岩温 隧道 衬 砌混 凝土 养护 制度 时 分 为 两个 阶段 ,
23、 即高 温 养 护 阶 段 和标准养护阶段。为确定高温阶段 的养护时间, 开展 两组 对 比试验 , A 组是 在温 度 8 0 、 湿 度 5 0 高温 阶 段养 护 1 d , 然后 转 为 标 准 养 护; B组 也 是 在 温 度 8 o、 湿度 5 O 的高温阶段养护 1 d , 然后保持 8 O 温度 不变 , 将 湿度增 加 到 9 0 以上 再 持续 养 护 2 d , 然 后转为标准养护。测试其 3 d 、 7 d 、 2 8 d 、 6 0 d抗压强 度 , 结果 见表 2 。 表 2 两种养护方式下混凝土抗压 强度 MP a 分 组 3 d 7 d 2 8 d 6 0 d
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