專利名稱：一種地?zé)崆治g條件下隧洞襯砌用雙層結(jié)構(gòu)混凝土的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于水利和土木工程材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種地?zé)崆治g條件下隧洞襯砌用雙層結(jié)構(gòu)混凝土。
背景技術(shù)：
工程中出現(xiàn)的高溫條件及地下水侵蝕問題，對混凝土襯砌結(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，便會對混凝土的強(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t匕(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，因為少孔結(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。早期高溫對后期強(qiáng)度有不利影響這一解釋已被弗貝克(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)物還來不及擴(kuò)散也沒有足夠的時間使其在內(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強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響，因為這種內(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使效能降低，這種現(xiàn)象稱為延遲鈣礬石(三十二水三硫鋁酸六鈣)的形成，其特點(diǎn)是在某些集料顆粒周圍產(chǎn)生“裂口”，這些裂口往往含有壓緊的鈣礬石。延長鈣礬石生成(DEF)是一種硫酸鹽侵蝕形式，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。冷卻時，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，往往會遇到高地?zé)岬氖┕だ_，此時若仍采用傳統(tǒng)單層混凝土，通常難以滿足工程需要，也勢必嚴(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，對工程安全帶來隱患。

實用新型內(nèi)容為解決采用傳統(tǒng)單層混凝土產(chǎn)生的問題，本實用新型提供一種地?zé)崆治g條件下隧洞襯砌用的雙層結(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；由保護(hù)層來改善地?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。本實用新型適合地?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)。本實用新型提供的這種雙層結(jié)構(gòu)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。施工時，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)計強(qiáng)度等級的75%時拆模，對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，保護(hù)層不僅可以改善地?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，同時由于保護(hù)層具有較強(qiáng)的抗裂和抗侵蝕能力，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)計作為隧洞襯砌支護(hù)的研究和應(yīng)用，針對地?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)，具有重要的社會效益和巨大的·經(jīng)濟(jì)效益。

圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)視圖。圖中的標(biāo)號1為保護(hù)層，2為結(jié)構(gòu)層。
具體實施方式
本實用新型提供的地?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，具體實施方式
如下(I)通過熱工學(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)針對施工期地?zé)嵴羝?、集中涌泉對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Φ50_鋼管，通過鋼管將地?zé)嵴羝陀咳型鈱?dǎo)至保護(hù)層施工的模板倉面之外，減小其在圍巖體中的蓄積升溫。本實用新型與傳統(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，從根本上解決了地?zé)嵯滤矶椿炷翢o法正常凝結(jié)水化硬化的問題。在實際工程中，可以利用該設(shè)計方法來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，實現(xiàn)其耐久的設(shè)計要求。由于地?zé)釡囟鹊牟煌?，保護(hù)層厚度在設(shè)計時，需要經(jīng)熱工學(xué)導(dǎo)熱原理進(jìn)行理論計算來確定，并配合室內(nèi)和現(xiàn)場試驗聯(lián)合確定。[0015]通過熱工學(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，針對施工期地?zé)嵴羝⒓杏咳獙炷恋某尚鸵约霸缙陴B(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，通過鋼管將地?zé)嵴羝陀咳型鈱?dǎo)至保護(hù)層施工的模板倉面之外，減小其在圍巖體中的蓄積升溫。隨著我國工程建設(shè)任務(wù)的不斷推進(jìn)，原有地質(zhì)、地形相對簡單的工程的建設(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)難度和越來越復(fù)雜的施工條件，所以針對地?zé)崆治g條件下，通過采用雙層結(jié)構(gòu)襯砌混凝土的設(shè)計方法在高溫巖體內(nèi)修建隧洞，從而實現(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，一種地?zé)崆治g條件下隧洞襯砌用雙層結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計方法的提出，必將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。通過混凝土性能試驗，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(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，計算其質(zhì)量損失率。試驗結(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)，砂漿的密實度被進(jìn)一步增強(qiáng)，且對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，火山灰取代率為17%，聚灰比最佳比值為O. 25時，砂漿的耐腐蝕性能最佳。表I抗腐蝕性能試驗結(jié)果
權(quán)利要求1.一種地?zé)崆治g條件下隧洞襯砌用的雙層結(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。
專利摘要一種地?zé)崆治g條件下隧洞襯砌用雙層結(jié)構(gòu)混凝土，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；針對地?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)，具有重要的社會效益和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號E21D11/10GK202645588SQ20122021495
公開日2013年1月2日 申請日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者邱勇, 孫海燕, 龔愛民, 彭玉林, 宋天文, 林志祥, 楊玲, 黃海燕, 王福來, 石鐵彪, 任星 申請人:云南農(nóng)業(yè)大學(xué)