1、气密性混凝土在瓦斯隧道中的应用摘要：在隧道工程施工中不可避免要遇到高瓦斯含量问题，为保证隧道施工过程中的安全，必须在对瓦斯进行隔离，这就需要在设防段采用气密性混凝土进行全断面的复合衬砌。本文通过试验研究对气密性混凝土的透气量进行了实际测定，结果表明气密性混凝土在瓦斯隧道衬砌中的应用能够明显起到抗气隔离作用。关键字：气密性混凝土；瓦斯隧道；抗气性1 引言随着公路建设规模的不断增大，在建隧道穿越瓦斯带成为施工过程中不可避免的一个问题。在隧道施工中穿越瓦斯区，如果岩层中的瓦斯通过混凝土衬砌进入施工作业面，当气体含量集聚到一定的程度，就可能引发瓦斯爆炸，严重威胁到了施工的安全。所以在瓦斯隧道施工过程汇
2、中要对隧道内的瓦斯含量进行严格检测，采取必要的防护措施来避免瓦斯的泄露。这时就需要衬砌混凝土具有足够的气密性，如何提高混凝土的气密性主要从混凝土的气密性检测、提高混凝土气密性措施和气密性混凝土的指标三个方面来考虑。本文就是在此基础之上从如何解决混凝土气密性问题和如何保证气密性混凝土施工质量两个方面展开研究。2 混凝土气密性研究2.1 混凝土气密性原理孔隙是混凝土的重要组成部分，对混凝土的性能有着重要的影响，混凝土的气密性跟其孔隙率存在着直接的关系。但是关于孔结构与混凝土渗透性关系的研究较少，从部分研究成果来看，混凝土的气密性跟空隙率相关，但不是简单的函数关系，关系到混凝土气密性的主要原因还是取
3、决于空隙的连通状况。正是基于此可以通过宏观方法对混凝土的孔隙结构进行调整来改善混凝土的气密性。在混凝土中添加高性能减水剂或气密剂等外加剂能在一定程度上改善水泥胶浆的结构，使用添加硅灰的水泥能够明显提高混凝土的气密性。对混凝土气密性的检测可以通过室内试验进行测定，测定装置包括空压机、储气罐、抗渗仪和测定仪，测定的原理利用了达西渗流定律的相关内容。将测定试件置于密封模具内，对混凝土施加 0.3Mpa 和 0.6Mpa 的空气压力，保持压力稳定 8h，记录测定值。2.2 气密性混凝土配置技术研究1）水胶比对混凝土气密性影响在评价混凝土气密性中水胶比是一个重要指标，为了降低混凝土的孔隙率首先要考虑采用
4、低水胶比的混凝土来降低混凝土的毛细孔道。水胶比可以影响混凝土的施工和易性，进而影响混凝土的气密性，过大的水胶比会造成混凝土内部留下多余的水分，其不断迁移、蒸发，会在混凝土内部形成相互连通的毛细孔系统，无规则的分散在混凝土中，导致混凝土密实度降低，透气系数会明显增大，特别是当水胶比达到 0.45 之后尤为明显。水胶比过小会影响混凝土的施工和易性，难以振捣，不宜施工，所以当水胶比较小时外掺剂的作用较为明显。2）外掺料对混凝土气密性的影响添加粉煤灰会使混凝土的早期强度增长减慢，导致气体渗透系数增大，但通过二次水化热作用，会吸收多余水分，减少混凝土的泌水现象，改善混凝土孔隙的结构组成，使其均匀分布于混
5、凝土的内部。而后期混凝土强度的上升，也会增强混凝土的气密性。所以，在添加粉煤灰时要考虑使用较好的减水剂提高混凝土早期强度，这有利于提高混凝土的气密性。硅灰在提高水泥混凝土的气密性和抗渗透性方面效果明显，在水胶比不变的情况下，掺入硅灰能够提高混凝土骨料界面位置处的密实度，降低了混合料内部的空隙，使得混凝土的气密性得到明显的改善。但考虑到添加硅灰后会增加混凝土成本，建议在高瓦斯情况下使用。3） 、砂率对混凝土气密性的影响砂率对混凝土的流动性有直接的影响，增大砂率能够提高混凝土在泵送过程中的和易性，不离析，保证混凝土施工质量。但砂率的增大会直接影响到混凝土的干缩特性，随着混凝土中砂率的增大，会使得水
6、泥混凝土的气密性呈现增高的特性，一般配制气密性混凝土砂率不宜小于 36%，在满足混凝土其它性能指标的条件下尽可能选择较大的砂率。推荐砂率选择在 38%-42%左右，若使用机制砂时可增大到 43 %-47%。4） 、减水剂对水泥混凝土气密性的影响减水剂是水泥混凝土中常用的一种外掺剂，减水剂能够在保证混凝土密实度的前提条件下减低混凝土的水胶比。从而降低了混凝土的气体渗透性。混凝土表面活性剂也可以增加混凝土骨料和胶结料之间的粘结特性，从而降低混凝土的透气性。5） 、透气压力对混凝土透气系数的影响通过相关室内试验可以发现，当测试混凝土气密性压力值由 0.3Mpa 增加到 0.6Mpa 时，混凝土的透气
7、系数会降低，这说明在相同作用时间里，渗透压力大的测得的混凝土的透气系数反而小，所以在研究瓦斯隧道气密性混凝土的过程中要结合施工现场的瓦斯浓度、压力等状况选择合适的测试压力。3 气密性混凝土施工技术研究3.1 拌合时间对气密性混凝土性能的影响混凝的搅拌过程充分是保证混凝土气密性的关键环节。通过实际施工过程中对拌合时间的研究可以发现当混凝土拌合时间达到 3 分钟左右时获得的混凝土气密性效果最为理想。如果拌合的时间过长导致混凝土内水分蒸发，会降低混凝土的气密性。3.2 静置时间对气密性混凝土性能的影响在瓦斯隧道施工过程中一般是采用泵送混凝土施工，这就要考虑到气密性混凝土的静止时间对其性能的影响。气密
8、性混凝土在运输过程中会产生一定的离析现象，水泥混凝土也会开始尝试部分水化热现象，这些混凝土质量问题都会对其气密性造成一定的影响。总体上看混凝土的静置时间越长，混凝土的气密性会呈现总体下降的趋势。一般气密性混凝土的静置时间保存在 45 分钟之内能够有效的保证混凝土的气密性，所以在施工过程中新拌的气密性混凝土要尽量在 45 分钟之内浇筑完成，不然会影响混凝土气密性。3.3 振捣时间对气密性混凝土性能的影响在混凝土施工过程中振捣作业是保证混凝土密实性的重要手段。目前对混凝土的振捣方法主要是针对普通混凝土，而普通的振捣作业对气密性混凝土并不一定能够适应。从实际情况来看气密性混凝土在振捣时间 10s 之
9、后其透气性仍然较大，当振捣时间达到 20-30s左右时混凝土的气密性会会明显提高。可以预测，对气密性混凝土的振捣时间越长其气密性也就越好。但是长时间的振捣会导致组集料下沉，造成离析现象。所以在实际施工过程中要结合实际情况综合确定气密性混凝土的振捣时间，根据现场经验，应控制在 20-30s 内为宜。3.4 混凝土强度对气密性混凝土性能的影响总体上看混凝土的强度跟混凝土的气密性之间存在着良好的线性关系。这主要是因为混凝土强度的大小要直接受到内部孔隙率的影响。伴随着水泥水化热作用的发生，混凝土内部的孔隙率得以填充，使得混凝土的强度提高，从而降低了混凝土的渗透特性。从混凝土的强度来看，当混凝土养护达到
10、 28 天之后强度曲线跟混凝土的透气性系数之间呈现了自然对数曲线。但是在掺加外掺料或者是外掺剂的情况下，气密性混凝土的强度会提高，但是其透气性系数变化可能会呈现不同的变化趋势，针对外掺型的气密性水泥混凝土强度跟气密性之间的关系需要针对具体情况进行具体分析。3.5 含气量对气密性水泥混凝土性能的影响掺有引气剂的混凝土强度会降低，但加入引气剂之后会在混凝土内部产生一定量的气泡，从而在一定程度上阻隔了混凝土内部的毛细孔道，对混凝土裂缝端部的集中应力起到了削弱作用，会增加混凝土的气密性。但如果引气剂掺量的过大，会降低混凝土的抗渗透性，所以在实际施工过程总要控制好合理的引气剂掺量，一般控制在 1.5%左
11、右。结语在隧道施工中常遇到瓦斯状况，为了保证隧道施工的安全必须做好隔离措施，所以在隧道施工过程中要采用气密性混凝土做好全断面内的气体隔离。本文分析了气密性混凝土制备过程中影响混凝土气密性的因素，同时分析了气密性混凝土施工中的关键技术。但是在实际施工过程中还需要结合瓦斯隧道的实际情况不但总结施工经验，不断推动气密性混凝土施工技术的发展。参考文献：1 中铁二院! 西南交大南昆铁路隧道工程专题研究报告, 家竹著高瓦斯长隧道运营防灾技术 -气密性衬砌混凝土施工细则.19932 陈友治 ,李方贤 ,付天全,徐兵波, 水中和含泥硅质-石灰加气混凝土试验研究.武汉理工大学学报.2005.3中铁十二局,西南交大 .高瓦斯隧道防腐蚀气密性混凝土配制及施工技术研究报告,分项报告二,2007
