C25自密实混凝土在隧道工程中的应用探究

龚毅

（湖南省高速公路集团有限公司,湖南 长沙 410003）

0 引言

随整体模筑混凝土施工工艺在隧道工程中的全面应用，隧道二次衬砌的整体性、外观质量得到了本质改善，隧道衬砌施工的自动化、机械化水平取得了飞跃式发展。但运用此种工艺，混凝土需要用机械泵送，在狭长的空间（或有钢筋）流动，填充密实，要求具备良好的填充性、间隙通过性、抗离析性。以混凝土试验指标来表征上述性能，即良好的坍落扩展度（SF）、离析率、扩展时间(T500)性能等，并且历时损失小，属于新拌和混凝土工作性能范畴。另外，考虑二衬台车的周转，衬砌混凝土应在24h内达到拆模强度；考虑隧道结构设计使用性能，衬砌混凝土28d应达到设计强度，属于混凝土早期性能、硬化强度范畴。基于国内外学者对自密实混凝土大量的研究[1-4]，自密实混凝土已在诸多工程领域成功应用[5-7]，相关技术规范也不断完善，其表现出优异的工作性能、良好的硬化后性能，全面满足了隧道二次衬砌混凝土的性能需求，是改善混凝土工作性能，消除二衬混凝土脱空、蜂窝麻面问题的有效技术途径。

自密实混凝土相较于普通混凝土，胶凝材料多、砂率大。一般公路隧道设计混凝土强度为C25，根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55），其水胶比大致为0.50，推荐最大砂率为40%（设计坍落度为220mm）。然而，在工程实践中，为得到工作性能更佳的自密实混凝土，在水胶比不变、胶凝材料用量和外加剂用量合理的原则下，调整胶凝材料用量、外加剂用量或砂的体积分数等，直至符合自密实性能指标，最后根据试拌结果，确定混凝土强度试验中的基准配合比。这对于设计强度较低的C25混凝土来说，配合比可调整范围很小，对原材料质量、制备流程的控制要求更严苛，是制约其在隧道衬砌施工中广泛应用的重要原因。

本文依托湖南高速公路隧道工程实际，制备了C25自密实隧道衬砌混凝，并研究应用现场试验、检测分析手段，以及各主要性能、技术效益，为C25自密实混凝土在隧道工程中的应用提供了工程实践案例。

1 试验

1.1 原材料和配合比

粗骨料为石灰石碎石，粒径范围为5mm～20mm、连续级配，表观密度为2650kg/m3。细骨料为湘江产河砂，细度模数为2.8。中砂表观密度为2660kg/m3，堆积密度为1460kg/m3。水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为32.5，密度3.09g/cm3，比表面积330m2/kg。粉煤灰为湘潭电厂生产F类粉煤灰，密度2.34g/cm3，细度15%。减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为17.8%，固含量21.5%。拌和用水为自来水。

基于流变参数设计的配合比设计方法和试拌调整，确定水胶比W/C取0.45，砂率βs取49%，基准配合比为mco：mfo：mgo：mso：mFDNo：mwo=352：99：856：856：3.61：180=1：0.28：2.43：2.43：0.10：0.51。

1.2 试验方案

根据《自密实混凝土应用技术规程》（JGJ/T 283）规定，结合隧道二衬钢筋最小间距为20cm（Ⅴ级围岩）、衬砌最小厚度为30cm（Ⅱ级围岩）等实际情况，选取坍落扩展度（SF，mm）、扩展时间(T500，s)为自密实性能评价控制指标，具体技术要求为：SF∈（500，655）；T500∈［2，30）。

试验方法为对两批次混凝土进行试验，参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080-2016）中坍落扩展度试验、扩展时间试验方法实施。

根据当前隧道二衬施工实际（1天1班），要求在24h能拆除端头模板并进行人工凿毛，即混凝土24h强度大于凿毛强度2.5MPa；要求36h能卸落二衬台车，即混凝土36h强度大于拆模强度8MPa。此处认为初期支护已收敛稳定，参考《高速铁路隧道施工技术指南》（铁建设〔2010〕241号）规定。另外，为满足设计使用功能，要求混凝土28d强度大于设计强度25MPa。

试验方法为制作同条件养护150mm×150mm×150mm的立方体试件6组，参照《普通混凝土力学性能试验测试方法标准》（GB/T 50081-2002）完成抗压强度试验，检测其24h、36h、3d、7d、28d、56d立方体抗压强度；对隧道衬砌28d抗压强度，采用《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T23）方法检测不同部位强度情况。

2 试验结果及分析

2.1 新拌混凝土工作性能

先后对2批次混凝土进行坍落度、坍落扩展度、扩展时间完成测试，结果如表1所示。

表1 C25自密实混凝土工作性能

如表1所示，C25自密实混凝的坍落度在265mm～295mm之间，满足施工需要（200mm）；C25自密实混凝的坍落扩展度在610mm～670mm之间，扩展时间在2.7s～3.7s之间。根据《自密实混凝土应用技术规程》规定，已到达自密实混凝土拌和物性能填充性（控制性指标）的要求，能较好地适用于钢筋间距大于200mm、模板宽度大于300mm的隧道衬砌施工中。另外，对比两个批次测试结果，二者差异较小，表明了制备的C25自密实混凝新拌工作性能稳定，适应施工需要。

2.2 强度

对6组同条件养护试块分别于24h、36h、3d、7d、28d、56d，进行立方体抗压试验，结果如表2所示。对试验段28d隧道二衬混凝土强度进行回弹检测，纵向在台车中间、两端（内侧1m）选取3个断面，每个断面有拱顶、左右拱腰、左右边墙5个测点，共15个测点，强度换算后结果如表3所示。

表2 C25自密实混凝土强度

表3 C25自密实混凝土回弹强度

如表2所示，同条件养护C25自密实混凝土强度的增加速度前期大、后期小，至28d以后趋于水平。坍落度在265mm～295mm之间，满足施工需要（200mm）。C25自密实混凝24h强度为5.8MPa，大于混凝土凿毛强度要求2.5MPa，满足二衬浇筑完成后次日拆除堵头模板开始凿毛作业的需求；C25自密实混凝34h强度为8.4MPa，大于隧道二衬拆模强度要求8MPa，满足二衬浇筑完成后第2日移动台车的施工需求。

根据施工实际，隧道二衬混凝土前期带模养护，水化热不能完全消散，致使二衬混凝土实体温度要高于同条件养护试块，故可推理得到，带模养护阶段二衬实体混凝土的强度高于同条件养护试块。C25自密实混凝28d强度为31.1MPa，大于设计强度25MPa，满足设计使用要求。

如表3所示，C25自密实混凝土隧道二衬28d强度均大于设计强度25MPa，且隧道二衬各测点处强度无显著差异，表明制备的C25自密实混凝土均匀、性能稳定，适应施工需要。

3 技术效益分析

3.1 社会效益

基于隧道工程中的应用实践，C25自密实混凝在质量保障、低碳节能、工作环境等方面有显著的社会效益，体现了“技术先进、低碳环保”的理念，具体分析如表4所示。

表4 C25自密实混凝土的社会效益分析

3.2 经济效益

对比分析普通C25混凝土与自密实C25混凝土的直接材料成本，如表5所示。

表5 C25自密实混凝土的经济效益分析

C25自密实混凝土比普通C25混凝土的直接材料成本略微低一点，而且C25自密实混凝土在施工中对机械消耗、耗电、人工费的节约较大，其间接经济效益较大。综合而言，C25自密实混凝土应用在隧道工程中具有显著的经济效益。

4 结束语

通过对C25自密实混凝在隧道工程的实践，经过现场试验、检测研究及技术效益分析，本文所提出的C25自密实混凝土，坍落扩展度、扩展时间等工作性能指标达到自密实性的要求，很好地满足了隧道二衬混凝土的需要。

C25自密实混凝土，24h、36h强度能满足隧道二衬施工端头凿毛、台车移动的施工需求，28d强度符合设计强度要求，大规模制备性能均匀、稳定，适应隧道工程施工。同时，在隧道施工的质量保障、低碳节能、工作环境等方面有明显的技术优势，直接材料成本较普通混凝土低0.3%，综合经济效益显著。