摘要：本文主要以渝遂路大学城（梨树湾）隧道的抗腐蚀气密混凝土为工程对象，研究矿物掺合料对混凝土耐久性的影响。主要包括混凝土抗渗性、抗氯离子渗透性能、抗气渗透性能(气密性)和抗硫酸盐侵蚀的性能。测试结果表明：混凝土强度满足C25和C30，防腐蚀系数大于0.90，透气系数小于1.0×10-11cm/s ，抗渗等级大于P10，均满足抗腐蚀气密混凝土的设计要求。
关键词：侵蚀性地下水；瓦斯煤层；抗腐蚀气密混凝土；大学城隧道；
文献标识码：A
Study on sulphate resistance and low air permeability concrete on Chong Qing road DaXueCheng-tunnel
Abstract:The paper is base on the project Yusui road DaXueCheng-tunnel concrete, the influence of additive to concrete durability is studied. It contain the concrete property of permeability, Cl- penetrate resistance, air penetrate resistance and sulphate corrode resistance. The test result in job site show that, compressive strength of concrete accord with C25 and C30 design, corrode resistance coefficient is high than 0.90, air penetrate low than 1.0×10-11cm/s, permeability class is high than P10, all of these is satisfy corrode resistance low air permeability concrete design.
Key words: Sulphate Resistance Low Air Penetrate Concrete；road DaXueCheng-tunnel
前言
随着建筑业的高速发展，现代混凝土工程正朝着大跨、高层、重载方向发展，并要求在恶劣的环境条件下使用较长年限，但是，混凝土材料非常复杂，工程破坏的原因多种多样，迫切要求对混凝土的长期性能进行深入研究。特别是当前国家西部大开发的战略部署，很多基础设施诸如桥梁、涵洞、大坝、公路建设正在或即将建设，确保及尽可能延长其寿命至关重要。
我国地理条件与地质条件都相当复杂，除冻害、风化等气候条件的作用而破坏外，盐碱地、海水、侵蚀性地下水、压力水等对混凝土的侵蚀破坏比较普遍，使水泥砂浆和混凝土泛霜、开裂、剥落，使混凝土的使用寿命大大减少。如公路、铁路隧道穿越的山体含有侵蚀性地下水，且为含有瓦斯气体的煤层岩体, 必须要求隧道内的混凝土具有很好的抗腐蚀性和气密性。如果隧道衬砌层不够密实, 煤层中的瓦斯以及其它有害气体将有可能透过隧道衬砌层而泄漏到洞内，当瓦斯气体聚集到一定浓度时，就会引起爆炸，不仅对混凝土结构工程造成严重破坏，而且还给隧道施工、车辆运行和旅客的生命财产造成极大的危害。目前, 我国正在进行西部大开发,由于地形和地质的原因，很多已建、在建和筹建的公路、铁路隧道不可避免地要穿过煤层, 如广渝高速公路华蓥山隧道段, 开挖时, 东西穿煤点的瓦斯含量分别为9.16m3/min 和8.94m3/ min ; 瓦斯压力值为1.44MPa 和1.87MPa[2] ，这就要求衬砌层混凝土要有较高的气密性。
1 工程概况及抗腐蚀气密混凝土的设计要求
大学城隧道是重庆至遂宁高速公路重庆段的重要工程之一，为单向双洞汽车专用隧道，左线起止里程K1+570.223～K5+450.159，长3879.394m，右线起止里程YK1+575～YK5+449.782，长3874.782m。B1合同段为左线隧道进口段，起于K1+565，至于洞身变坡点K3+500，全长1935m，全部为隧道工程，由中铁二十二局集团施工；B2合同段为右线出口段，起于YK1+547.02～YK3+539，全长1992m，净高5.0m，由中铁十二局组织施工。隧道B1合同段进口段，洞身分布有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类岩，Ⅲ类围岩为主，约占全隧道长度的45%，部分洞身，在ZK1+616～ZK2+628段穿越高压富水带，存在岩溶及岩溶水，涌水突泥，煤窑采空区，穿煤、压煤及有害气体等不良地质地段，部分介质水质分析结果见表1，设计按中等侵蚀设防。隧道B2合同段，主要围岩为泥岩夹砂岩、煤层，围岩裂隙有发展趋势，地下水具有弱、中、强不同程度的腐蚀性，其中Ⅱ类围岩占14.8%，Ⅲ类围岩占48.8%，Ⅳ类占36.4%，在YK3+250～YK3+324段处，不良地质有岩溶、突水、突泥、煤窑采空区、煤与瓦斯、坍方及地下水腐蚀性。该工程量大、工期短，工期为20个月。 
根据该工程所属地质情况，设计隧道中二次衬砌混凝土为：一般地质段为C25泵送混凝土；高压富水段为C30S10泵送混凝土；过煤和瓦斯段为C25S10和C30S10防腐蚀气密泵送混凝土，其中混凝土 透气系数＜1×10-11cm/s，抗腐蚀系数0.90≮；在地下水无腐蚀段衬砌拱、墙及仰拱混凝土采用气密性混凝土。
2 试验
2.1原材料
隧道B1合同段采用南川嘉南水泥有限公司生产的普通32.5级，B2合同段采用重庆拉法基水泥有限公司生产的复合32.5级； 细骨料均采用60%特细砂与40%机制砂混合而成；粗骨料均采用5～31.5mm碎石；粉煤灰均采用Ⅱ级粉煤灰；防腐蚀气密剂采用矿物掺合料、高效减水剂和其他添加剂按一定比例复合。
2.2试验方法
采用现场成型试件后，移入标准养护室养护至规定龄期后测试其相应的指标，主要包括混凝土抗压强度、抗渗标号、透气系数和抗腐蚀系数，具体测试方法如下：
(1) 抗压强度：采用100×100×100mm立方体试件，按GB/T50081-2002标准测试强度；
(2) 抗渗等级：采用175×185×150mm圆台试件，按GBJ82-85标准测试抗渗标号；
(3) 透气系数：采用175×185×150mm圆台试件，按TB10120-2002标准测试透气系数；
(4) 抗腐蚀系数：采用40×40×160mm棱形试件（用筛子筛去5mm以上的骨料），浸泡在20℃的饱和硫酸钠溶液中6个月，在试件浸泡的最初的14天，每天调节溶液的PH=7，14天后每隔3天调节一次溶液的PH，每隔7天调节一次Na2SO4溶液的浓度，测试其抗折强度与同龄期浸泡在水中试件的抗折强度之比。
(5) 混凝土的强度损失和质量损失：采用100×100×100mm立方体试件，浸泡在20℃的饱和硫酸钠溶液中6个月，测试其强度损失和质量损失。
3 腐蚀气密混凝土配合比设计与性能分析
为满足设计对隧道B1和B2合同段混凝土腐蚀和气密的要求，采用矿物掺合料+高效减水剂+其他添加剂复合的方案进行试验，根据现场施工的要求，隧道B1合同段混凝土的分为泵送与非泵送两种工艺进行施工，隧道B2合同段混凝土的分为泵送一种工艺进行施工，为考察其耐久性能还测试了该混凝土抗氯离子渗透性能，经实验室的反复试配，施工所采用的混凝土配合比见表2，实验室成型与现场取样成型的测试结果见表3和表4。 
从表2-表4中和现场的施工可以看出，在大学城隧道中B1和B2合同段中采用的高性能矿物掺合料+高效减水剂+其他添加剂复合的方案，所配制C25和C30混凝土可以顺利施工，其中抗压强度为31.0～42.8MPa，抗渗等级不小于P12，透气系数不大于9.2×10-12cm/s，抗腐蚀系数不小于0.92，均满足防腐蚀混凝土设计要求，且目前已顺利竣工见图1～图3，防腐气密混凝土性能良好。
从实验室配制混凝土的测试性能看，混凝土抗压强度值、透气系数、抗渗等级和抗腐蚀系数均满足设计对气密防腐混凝土，此外混凝土抗氯离子渗透能力按ASTM C1202 关于混凝土抗氯离子渗透性的分级标准达非常低的等级，从混凝土的腐蚀测试结果看，无论是C25和C30混凝土强度损失为4.7～9.5%，质量损失为0.2～0.5%，由于目前尚无统一评价混凝土抗腐蚀性能的依据，参照抗冻混凝土对这两个指标的要求，判定该混凝土可以满足腐蚀环境的要求。
从现场取样的测试结果看，混凝土抗压强度值、透气系数、抗渗等级和抗腐蚀系数也均满足设计对气密防腐混凝土的要求，但所测试结果看，所有指标均有所下降，其中混凝土抗压强度、抗腐蚀系数和抗氯离子渗透能力下降的幅度尤为明显，抗压强度下降最高达7.8MPa，抗腐蚀系数最高下降了21.9%，抗氯离子渗透能力下降了24.4%。
综合比较，实验室配制和现场取样的混凝土，可以知道在配合比相同的情况下，由于原材料的波动和现场施工的工艺以及条件的变化，在很大程度上会影响混凝土的性能，因此，在考虑配合比设计时，除了要满足现行的标准规范外，还要考虑施工现场的情况和混凝土性能的特殊性，要充分考虑一定的富余值，只有这样才能保证混凝土的长期性能和耐久性能，从而进一步保证该工程混凝土结构的耐久性。
4 结论
1) 采用高性能矿物掺合料+高效减水剂+其他添加剂复合的方案，可以配制出防腐蚀系数大于0.90，透气系数小于1.0×10-11cm/s ，抗渗等级大于P10的混凝土；
2) 采用高性能矿物掺合料+高效减水剂+其他添加剂的方案所配制的C25P10和C30P10防腐蚀气密混凝土，在重庆大学城隧道的B1和B2合同中岩溶、突水、突泥、煤窑采空区、煤与瓦斯、坍方及地下水腐蚀性段应用达到了设计的要求；
3) 由于原材料的波动和现场施工的工艺以及条件的变化，对混凝土性能的影响较大，尤其对特殊工程中使用的混凝土，应充分考虑其设计富余值。
