專利名稱：地?zé)崆治g條件下隧洞襯砌用雙層結(jié)構(gòu)混凝土及其施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水利和土木工程材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種地?zé)崆治g條件下隧洞襯砌用雙層結(jié)構(gòu)混凝土及其施工方法。
背景技術(shù)：
工程中出現(xiàn)的高溫條件及地下水侵蝕問(wèn)題，對(duì)混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的耐久性具有不利影響。若澆筑和凝結(jié)期間的溫度較高，雖然使很早期的強(qiáng)度得以提高，但從澆筑7天后，便會(huì)對(duì)混凝土的強(qiáng)度產(chǎn)生不利的影響，究其原因主要在于，初期的快速水化，勢(shì)必形成了物理結(jié)構(gòu)不良的水化物，且大都是多孔結(jié)構(gòu)，以致大部分空隙仍保持著未被填充的狀態(tài)。由膠空比(已水化水泥漿的體積與水化水泥漿與毛細(xì)孔體積之和的比值)準(zhǔn)則可以推斷，必將引起強(qiáng)度的下降，因?yàn)樯倏捉Y(jié)構(gòu)雖然水化作用慢，但漿體中終將達(dá)到較高的膠空比。早期高溫對(duì) 后期強(qiáng)度有不利影響這ー解釋已被弗貝克(Verbek)和海爾謬斯(Helmuth)所引伸，他們認(rèn)為較高溫度下初始水化速率的加快減緩了此后的水化速率，且在漿體內(nèi)部產(chǎn)生了不均勻分布的水化產(chǎn)物。其原因在于，在初始水化速率較高溫度下，已經(jīng)離開水泥顆粒的水化產(chǎn)物還來(lái)不及擴(kuò)散也沒(méi)有足夠的時(shí)間使其在內(nèi)部空間均勻沉淀。因此，正在水化的水泥顆粒周圍聚集了高濃度的水化產(chǎn)物，這就減緩了此后的水化速率且對(duì)混凝土的后期強(qiáng)度產(chǎn)生了不利的影響。除此之外，水化產(chǎn)物本身的不均勻分布對(duì)強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響，因?yàn)檫@種內(nèi)部空間的膠空比低于水化程度相同但分布較均勻情況下的膠空比，這樣，局部的薄弱點(diǎn)使整個(gè)漿體的強(qiáng)度降低。另外有研究表明，初始溫度越高，最終強(qiáng)度越低。已發(fā)現(xiàn)100°C以上高溫條件下養(yǎng)護(hù)的混凝土隨后在通常周圍環(huán)境溫度下暴露于濕氣中可能會(huì)使效能降低，這種現(xiàn)象稱為延遲鈣礬石(三十ニ水三硫鋁酸六鈣)的形成，其特點(diǎn)是在某些集料顆粒周圍產(chǎn)生“裂ロ”，這些裂ロ往往含有壓緊的鈣礬石。延長(zhǎng)鈣礬石生成(DEF)是ー種硫酸鹽侵蝕形式，主要由于高溫破壞了鈣礬石-硫酸鹽，以及鋁酸鹽，并有跡象表明上述鹽被C-S-H吸收。冷卻吋，硫酸鹽可能重新形成鈣礬石，并伴有相應(yīng)的體積膨脹。這種膨脹導(dǎo)致在臨近的集料顆粒處形成粗大結(jié)晶的鈣礬石，同時(shí)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，最后導(dǎo)致開裂。DEF的確切機(jī)理目前尚不清楚，但是因其他原因(如堿集料反應(yīng)ASR或溫度梯度)造成初始損傷是DEF產(chǎn)生惡性膨脹的先決條件。由于在地形地貌、地質(zhì)條件較復(fù)雜的地區(qū)修建隧洞工程時(shí)，往往會(huì)遇到高地?zé)岬氖┕だ_，此時(shí)若仍采用傳統(tǒng)單層混凝土，通常難以滿足工程需要，也勢(shì)必嚴(yán)重影響混凝土的強(qiáng)度及耐久性，且混凝土的服役壽命較低，對(duì)工程安全帶來(lái)隱患。

發(fā)明內(nèi)容
為解決采用傳統(tǒng)單層混凝土產(chǎn)生的問(wèn)題，本發(fā)明提供ー種地?zé)崆治g條件下隧洞襯砌用雙層結(jié)構(gòu)混凝土，該隧洞襯砌混凝土由結(jié)構(gòu)層混凝土和保護(hù)層混凝土組成；其中，結(jié)構(gòu)層采用普通的C30鋼筋混凝土，保護(hù)層采用C20復(fù)合混凝土，其是由水122kg/m3、水泥240kg/m3、細(xì)集料750kg/m3、粗集料1233kg/m3、火山灰48kg/m3、減水劑2. 88kg/m3、聚丙烯纖維I. 8kg/m3和丙烯酸酯共聚乳液36kg/m3混合比例形成的復(fù)合混凝土。由保護(hù)層來(lái)改善地?zé)釛l件下結(jié)構(gòu)層混凝土的施工條件，并利用保護(hù)層的隔熱效應(yīng)降低正常運(yùn)行條件下結(jié)構(gòu)層內(nèi)外溫度差，同時(shí)由于保護(hù)層具有較強(qiáng)的抗裂和抗侵蝕能力，從而進(jìn)一歩提高隧洞襯砌混凝土結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和耐久性能。本發(fā)明適合地?zé)岷颓治g環(huán)境下隧洞支護(hù)，特別適合隧洞運(yùn)行階段由于地?zé)釛l件襯砌混凝土易開裂等復(fù)雜底層隧洞支護(hù)。本發(fā)明還提供了這種地?zé)崆治g條件下隧洞襯砌用雙層結(jié)構(gòu)混凝土的施工方法，這種雙層結(jié)構(gòu)混凝土由結(jié)構(gòu)層混凝土和保護(hù)層混凝土組成，其中，結(jié)構(gòu)層采用普通的C30鋼筋混凝土，保護(hù)層采用C20復(fù)合混凝土，其是由水122kg/m3、水泥240kg/m3、細(xì)集料750kg/m3、粗集料1233kg/m3、火山灰48kg/m3、減水劑2. 88kg/m3、聚丙烯纖維I. 8kg/m3和丙烯酸酯共聚乳液36kg/m3混合比例形成的復(fù)合混凝土。施工時(shí)，采取了立雙模、分層澆筑的方式，即在立模的情況下先進(jìn)行保護(hù)層的澆筑，養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的75%時(shí)拆模，對(duì)拆模后的混凝土表面進(jìn)行人工鑿毛、清渣后，再架立結(jié)構(gòu)層的模板并進(jìn)行澆筑。按照本發(fā)明，由保護(hù) 層來(lái)改善地?zé)釛l件下結(jié)構(gòu)層混凝土的施工條件，并利用保護(hù)層的隔熱效應(yīng)降低正常運(yùn)行條件下結(jié)構(gòu)層內(nèi)外溫度差，同時(shí)由于保護(hù)層具有較強(qiáng)的抗裂和抗侵蝕能力，從而進(jìn)一步提高隧洞襯砌混凝土結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和耐久性能。本發(fā)明設(shè)計(jì)的這種地?zé)崆治g條件下隧洞襯砌用雙層結(jié)構(gòu)混凝土及其施工方法，針對(duì)地?zé)崽厥獾沫h(huán)境條件，為提高隧洞襯砌混凝土整體耐久性成為可能，開創(chuàng)了一種地?zé)崆治g條件下隧洞襯砌支護(hù)的新方法，為解決類似工程問(wèn)題提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)，具有重要的社會(huì)效益和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)視圖。圖中的標(biāo)號(hào)1為保護(hù)層，2為結(jié)構(gòu)層。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的地?zé)崆治g條件下隧洞襯砌用的雙層結(jié)構(gòu)混凝土如圖I所示，具體實(shí)施方式
如下(I)通過(guò)熱工學(xué)導(dǎo)熱原理進(jìn)行保護(hù)層的理論厚度，在保證隧洞結(jié)構(gòu)層穩(wěn)定的前提下，聯(lián)立確定隧洞開挖寬度，提出采用60cm厚雙層混凝土復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)，其保護(hù)層20cm為C20復(fù)合混凝土,結(jié)構(gòu)層40cm為C30混凝土,如圖I所示。(2)通過(guò)在混凝土中摻入適量的火山灰、聚丙烯纖維以及丙烯酸酯共聚乳液，可以顯著提高隧洞襯砌混凝土的抗裂、抗侵蝕性能以及隔熱性能，以達(dá)到改善地?zé)釛l件下結(jié)構(gòu)層混凝土的施工條件，降低正常運(yùn)行條件下結(jié)構(gòu)層內(nèi)外溫度差，保證地?zé)嵯滤矶唇Y(jié)構(gòu)層混凝土的正常凝結(jié)硬化。(3)針對(duì)施工期地?zé)嵴羝⒓杏咳獙?duì)混凝土的成型以及早期養(yǎng)護(hù)的不利影響，根據(jù)其分布情況，在相應(yīng)位置布置Φ50mm鋼管，通過(guò)鋼管將地?zé)嵴羝陀咳型鈱?dǎo)至保護(hù)層施工的模板倉(cāng)面之外，減小其在圍巖體中的蓄積升溫。本發(fā)明與傳統(tǒng)單層混凝土襯砌的作用原理不同，在有效改善地?zé)釛l件下結(jié)構(gòu)層混凝土的施工條件，并降低正常運(yùn)行條件下結(jié)構(gòu)層內(nèi)外溫度差的同時(shí)，從根本上解決了地?zé)嵯滤矶椿炷翢o(wú)法正常凝結(jié)水化硬化的問(wèn)題。在實(shí)際工程中，可以利用該設(shè)計(jì)方法來(lái)定量控制隧洞襯砌雙層混凝土各自的厚度，進(jìn)而控制結(jié)構(gòu)層穩(wěn)定的目的，達(dá)到隧洞結(jié)構(gòu)安全的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)其耐久的設(shè)計(jì)要求。由于地?zé)釡囟鹊牟煌Ｗo(hù)層厚度在設(shè)計(jì)吋，需要經(jīng)熱工學(xué)導(dǎo)熱原理進(jìn)行理論計(jì)算來(lái)確定，并配合室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)聯(lián)合確定。通過(guò)熱工學(xué)導(dǎo)熱原理進(jìn)行保護(hù)層的理論厚度，在保證隧洞結(jié)構(gòu)層穩(wěn)定的前提下，聯(lián)立確定隧洞開挖寬度，通過(guò)在混凝土中摻入適量的火山灰、聚丙烯纖維以及丙烯酸酯共聚乳液，可以顯著提高隧洞襯砌混凝土的抗裂、抗侵蝕性能和隔熱性能，以達(dá)到改善地?zé)釛l件下結(jié)構(gòu)層混凝土的施工條件，降低正常運(yùn)行條件下結(jié)構(gòu)層內(nèi)外溫度差，保證地?zé)嵯滤矶唇Y(jié)構(gòu)層混凝土的正常凝結(jié)硬化。同時(shí)，針對(duì)施工期地?zé)嵴羝?、集中涌泉?duì)混凝土的成型以及早期養(yǎng)護(hù)的不利影響，根據(jù)其分布情況，在相應(yīng)位置布置Φ50πιπι鋼管，通過(guò)鋼管將地?zé)嵴羝陀咳型鈱?dǎo)至保護(hù)層施工的模板倉(cāng)面之外，減小其在圍巖體中的蓄積升溫。隨著我國(guó)工程建設(shè)任務(wù)的不斷推進(jìn)，原有地質(zhì)、地形相對(duì)簡(jiǎn)單的工程的建設(shè)任務(wù)已逐漸接近尾聲，后續(xù)興建的水利工程必將面臨更為復(fù)雜的施工技術(shù)難度和越來(lái)越復(fù)雜的 體內(nèi)修建隧洞，從而實(shí)現(xiàn)從根本上改善隧洞施工條件和襯砌混凝土的正常凝結(jié)硬化的目的，進(jìn)而提出提高隧洞襯砌混凝土的耐久性和安全性的方法，因此，ー種地?zé)崆治g條件下隧洞襯砌用雙層結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計(jì)方法的提出，必將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。通過(guò)混凝土性能試驗(yàn)，結(jié)果顯示保護(hù)層混凝土具有護(hù)層具有較強(qiáng)的抗裂、抗侵蝕能力和隔熱效應(yīng)，從而進(jìn)一歩提高隧洞襯砌混凝土結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和耐久性能(I)抗腐蝕性能砂衆(zhòng)試件采用70mmX 70mmX 20mm的模具,成型Id后拆模,標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)下28d后取出，在供箱內(nèi)供干2h后稱重，再將其分別浸泡在5 %、10 %、15 %的硫酸溶液中，4h后取出，烘干2h再稱重，繼續(xù)浸泡4h后烘干2h稱重，計(jì)算其質(zhì)量損失率。試驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)摻聚丙烯共聚乳液和火山灰后，顯著改善了水泥砂漿的微觀結(jié)構(gòu)，砂漿的密實(shí)度被進(jìn)ー步增強(qiáng)，且對(duì)比不同聚灰比和火山灰取代率，得出火山灰和聚丙稀共聚乳液復(fù)摻時(shí)，火山灰取代率為17%，聚灰比最佳比值為O. 25時(shí)，砂漿的耐腐蝕性能最佳。表I抗腐蝕性能試驗(yàn)結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種地?zé)崆治g條件下隧洞襯砌用雙層結(jié)構(gòu)混凝土，其特征在于由結(jié)構(gòu)層混凝土和保護(hù)層混凝土組成，其中，結(jié)構(gòu)層采用普通的C30鋼筋混凝土，保護(hù)層采用C20復(fù)合混凝土 ；所述保護(hù)層是由水122 kg/m3、水泥240kg/m3、細(xì)集料750kg/m3、粗集料1233 kg/m3、火山灰48kg/m3、減水劑2. 88 kg/m3、聚丙烯纖維I. 8kg/m3和丙烯酸酯共聚乳液36kg/m3混合形成的復(fù)合混凝土。
2.一種如權(quán)利要求I所述的地?zé)崆治g條件下隧洞襯砌用雙層結(jié)構(gòu)混凝土的施工方法，其特征在于施工時(shí)，采取了立雙模、分層澆筑的方式，即在立模的情況下先進(jìn)行保護(hù)層的澆筑，養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的75%時(shí)拆模，對(duì)拆模后的混凝土表面進(jìn)行人工鑿毛、清渣后，再架立結(jié)構(gòu)層的模板并進(jìn)行澆筑；由保護(hù)層來(lái)改善地?zé)釛l件下結(jié)構(gòu)層混凝土的施工條件，并利用保護(hù)層的隔熱效應(yīng)降低正常運(yùn)行條件下結(jié)構(gòu)層內(nèi)外溫度差，同時(shí)由于保護(hù)層具有較強(qiáng)的抗裂和抗侵蝕能力，從而進(jìn)一步提高隧洞襯砌混凝土結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和耐久性能。
全文摘要
一種地?zé)崆治g條件下隧洞襯砌用雙層結(jié)構(gòu)混凝土及其施工方法，由結(jié)構(gòu)層混凝土和保護(hù)層混凝土組成，其中，結(jié)構(gòu)層采用普通的C30鋼筋混凝土，保護(hù)層采用C20復(fù)合混凝土；施工時(shí)，采取了立雙模、分層澆筑的方式，即在立模的情況下先進(jìn)行保護(hù)層的澆筑，養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的75%時(shí)拆模，對(duì)拆模后的混凝土表面進(jìn)行人工鑿毛、清渣后，再架立結(jié)構(gòu)層的模板并進(jìn)行澆筑；由保護(hù)層來(lái)改善地?zé)釛l件下結(jié)構(gòu)層混凝土的施工條件，并利用保護(hù)層的隔熱效應(yīng)降低正常運(yùn)行條件下結(jié)構(gòu)層內(nèi)外溫度差，同時(shí)由于保護(hù)層具有較強(qiáng)的抗裂和抗侵蝕能力，從而進(jìn)一步提高隧洞襯砌混凝土結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和耐久性能。
文檔編號(hào)E21D11/38GK102661154SQ20121014805
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者任星, 孫海燕, 宋天文, 彭玉林, 楊玲, 林志祥, 王福來(lái), 石鐵彪, 邱勇, 黃海燕, 龔愛(ài)民 申請(qǐng)人:云南農(nóng)業(yè)大學(xué)