[发明专利]地热侵蚀条件下隧洞衬砌用双层结构混凝土及其施工方法

说明书

技术领域

本发明属于水利和土木工程材料技术领域，具体涉及一种地热侵蚀条件下隧洞衬砌用双层结构混凝土及其施工方法。

背景技术

工程中出现的高温条件及地下水侵蚀问题，对混凝土衬砌结构的耐久性具有不利影响。若浇筑和凝结期间的温度较高，虽然使很早期的强度得以提高，但从浇筑7天后，便会对混凝土的强度产生不利的影响，究其原因主要在于，初期的快速水化，势必形成了物理结构不良的水化物，且大都是多孔结构，以致大部分空隙仍保持着未被填充的状态。由胶空比（已水化水泥浆的体积与水化水泥浆与毛细孔体积之和的比值）准则可以推断，必将引起强度的下降，因为少孔结构虽然水化作用慢，但浆体中终将达到较高的胶空比。早期高温对后期强度有不利影响这一解释已被弗贝克（Verbek）和海尔谬斯（Helmuth）所引伸，他们认为较高温度下初始水化速率的加快减缓了此后的水化速率，且在浆体内部产生了不均匀分布的水化产物。其原因在于，在初始水化速率较高温度下，已经离开水泥颗粒的水化产物还来不及扩散也没有足够的时间使其在内部空间均匀沉淀。因此，正在水化的水泥颗粒周围聚集了高浓度的水化产物，这就减缓了此后的水化速率且对混凝土的后期强度产生了不利的影响。除此之外，水化产物本身的不均匀分布对强度产生不利影响，因为这种内部空间的胶空比低于水化程度相同但分布较均匀情况下的胶空比，这样，局部的薄弱点使整个浆体的强度降低。另外有研究表明，初始温度越高，最终强度越低。

已发现100℃以上高温条件下养护的混凝土随后在通常周围环境温度下暴露于湿气中可能会使效能降低，这种现象称为延迟钙矾石（三十二水三硫铝酸六钙）的形成，其特点是在某些集料颗粒周围产生“裂口”，这些裂口往往含有压紧的钙矾石。延长钙矾石生成（DEF）是一种硫酸盐侵蚀形式，主要由于高温破坏了钙矾石-硫酸盐，以及铝酸盐，并有迹象表明上述盐被C-S-H吸收。冷却时，硫酸盐可能重新形成钙矾石，并伴有相应的体积膨胀。这种膨胀导致在临近的集料颗粒处形成粗大结晶的钙矾石，同时产生内应力，最后导致开裂。DEF的确切机理目前尚不清楚，但是因其他原因（如碱集料反应ASR或温度梯度）造成初始损伤是DEF产生恶性膨胀的先决条件。

由于在地形地貌、地质条件较复杂的地区修建隧洞工程时，往往会遇到高地热的施工困扰，此时若仍采用传统单层混凝土，通常难以满足工程需要，也势必严重影响混凝土的强度及耐久性，且混凝土的服役寿命较低，对工程安全带来隐患。

发明内容

为解决采用传统单层混凝土产生的问题，本发明提供一种地热侵蚀条件下隧洞衬砌用双层结构混凝土，该隧洞衬砌混凝土由结构层混凝土和保护层混凝土组成；其中，结构层采用普通的C30钢筋混凝土，保护层采用C20复合混凝土，其是由水122kg/m³、水泥240kg/m³、细集料750kg/m³、粗集料1233kg/m³、火山灰48kg/m³、减水剂2.88kg/m³、聚丙烯纤维1.8kg/m³和丙烯酸酯共聚乳液36kg/m³混合比例形成的复合混凝土。由保护层来改善地热条件下结构层混凝土的施工条件，并利用保护层的隔热效应降低正常运行条件下结构层内外温度差，同时由于保护层具有较强的抗裂和抗侵蚀能力，从而进一步提高隧洞衬砌混凝土结构的整体稳定性和耐久性能。本发明适合地热和侵蚀环境下隧洞支护，特别适合隧洞运行阶段由于地热条件衬砌混凝土易开裂等复杂底层隧洞支护。