隧道衬砌混凝土抗渗抗冻性能研究进展

DOI：10．19392/j．cnki．1671-7341．201909099

隧道衬砌混凝土抗渗抗冻性能研究进展

刘

飞

重庆

400000

重庆交通大学材料科学与工程学院

摘要：随着国家经济的高速发展，我国对交通基础设施的建设日趋扩大，隧道工程的数量也愈来愈多。由于我国隧道所处环境复杂恶劣，特别是在寒冷地区，隧道的渗漏水、冻融破坏问题越来越突出，从而危及隧道工程质量和行车安全。本文综述了现

抗冻性的研究进展和方式，并提出了当前研究存在的问题和有待进一步努力的方向。阶段国内外关于隧道衬砌混凝土抗渗性、

关键词：隧道衬砌混凝土；抗渗抗冻性；配合比设计；外加剂；混杂纤维目前，我国已运营的隧道存在各种各样的病害，隧道常见

的病害类型有：衬砌开裂和渗漏水、

衬砌腐蚀、隧道震害、隧道内有毒气体以及隧道火灾等。［1］

其中衬砌渗漏水病害对隧道工

程的安全危害最大，

不仅会在寒冷地区造成反复的冻融循环破坏，

影响着隧道结构的使用寿命，而且还会造成行车路面积水湿滑，

威胁着行车安全，增加隧道洞内的湿度，进一步加剧了隧道衬砌的腐蚀。

1国内外研究现状

从国内外研究成果来看，对隧道衬砌混凝土抗渗抗冻性能

的改善主要来自以下三个方面：（1）优化配合比，

（2）加入外加剂，

（3）掺入纤维等。混凝土配合比是影响其性能的关键因素，包括水灰比、砂率、骨料级配等影响因素。水灰比过大，混凝土毛细管空隙率增大会加剧混凝土的内在缺陷，水灰比过小，混

凝土拌合物流动性过小，

不能保证混凝土的密实性，二者均会影响混凝土的耐久性能；砂率不宜过大或过小，

最终都会导致拌合物和易性变差而降低混凝土的耐久性能，

施工时应尽量选用合理砂率范围内的较小砂率，以节约水泥；德国最先提出通

过集料的连续级配来提高混凝土的抗渗性能，

骨料级配的好坏直接影响到混凝土的和易性、

密实性，好的级配可以减少混凝土的内部缺陷，

降低空隙率，提高混凝土的耐久性能。［2］

防水剂、膨胀剂、矿物掺合料等外加剂掺入混凝土中，对隧道衬砌混凝土抗渗抗冻等耐久性能的研究应用也在不断发展。50年中期，美国混凝土协会举行研讨会议，为了满足建筑工程的需要，提高混凝土的抗渗性和耐久性，增设了专门的防水混

凝土学会。70年代初，

美国、英国等开始研究在混凝土中掺入引气剂，

通过混凝土中密闭、微小的空气泡来阻断毛细孔道，以达到改善混凝土耐久性能的目的。80年代，膨胀水泥、膨胀剂

在混凝土领域开始得到应用研究，

将其掺入到混凝土中，由于水化反应生产的大量钙矾石体积较大，

可填充混凝土中的孔隙，

增加结构的密实性，改善混凝土内部缺陷，从而提高混凝土的抗渗抗冻性能。张俊儒［3］

通过矿物掺合料和高效减水剂等量置换部分水泥，一方面减少水泥用量，降低水化热，可减少收缩裂缝的数量；另一方面，矿物掺合料的微集料效应可降低混

凝土中的空隙率，

提高结构的密实度，改善结构的抗渗抗冻性能，

达到“一举多得”的效果。此外，混杂纤维混凝土有效地发挥纤维各自的性能，使纤

维混凝土的增强增韧效果优于单一纤维，

即所谓的1+1＞2效应。继1982年Kobayashi等［4］

首次提出“Hybrid”一次后，当时

由于受到经济水平、

生产工艺等多方面的限制，我国于本世纪初才开始对混杂纤维混凝土开展理论与应用研究。近年来，

随着混杂纤维混凝土科研成果的日益丰富，其已被广泛地应用在

大型隧道、大跨度桥梁、机场跑道、港口码头等现代重大工程中。孙伟等［5］

选用不同种类的聚丙烯纤维、维纶纤维和钢纤维，在纤维总体积相同时，按照二元或三元混杂掺入水泥基复

合材料中，

系统研究了水泥基复合材料的抗渗性能。结果表明，

混杂纤维尺寸层次越多，对孔结构改善越好，混凝土的抗渗性越好。何晓达［6］

将钢纤维与聚丙烯纤维混杂掺入高性能混

凝土中，

通过一系列正交试验分析，结果表明，混杂纤维混凝土中，

单一纤维性能得到了优势叠加互补，产生了复合叠加增强效应，

从不同阶段、不同层次增强了混凝土的抗渗、抗冻性能。2衬砌混凝土抗渗性和抗冻性检测方法提高衬砌混凝土抗渗抗冻性能，对于隧道结构在严酷的自

然环境下的安全、

耐久性能有着极为重要的现实意义。而科学的测试方法（见下表）是试验结果准确的保障，

同时也能有效指导衬砌混凝土抗渗抗冻性能的研究。

衬砌混凝土抗渗抗冻性能检测方法

检测性能

检测方法

特点

流量法

水渗透法

渗透高度法直观、方便、可靠

抗渗标号法

抗渗性能

气体渗透法

Cembureau测试法气压差值法不改变所测试件微观结构和组成氯离子渗透法

ＲCM法可同时反映所测试件的抗水及抗

直流电量法

气体性能快冻法

水冻水融条件下抗冻性能

慢冻法气冻水融条件下单面冻融法

大气环境中且与盐接触

3结论

综上所述，在提高隧道衬砌混凝土的抗渗、抗冻性能领域，以上大三影响因素的最优组合形式以及最佳掺量范围，目前还

没有一个统一的定论。在综合考虑隧道工程造价，

并满足衬砌混凝土的强度、

抗渗抗冻等耐久性能方面，今后有待进一步的系统研究，为其在隧道工程中的应用和推广提供理论依据和数据参考。

参考文献：［1］张鹏．隧道二次衬砌混凝土的抗渗性及干缩性能研究［D］．哈尔滨工业大学，2015．

［2］刘旭全．客运专线大断面黄土隧道高性能混凝土施工

技术研究［J］．铁道标准设计，2008（11）：87-91．［3］张俊儒．喷射混凝土单层衬砌抗渗机理及防水技术研

究设想［

J］．技术与材料，2013（9）：305-311．［4］KobayashoK，CHOＲ．FlexuralCharacteristicsofSteel

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J］．硅酸盐学报，2000，28（9）：95-99．［6］何晓达．低掺量混杂纤维/聚丙烯纤维高性能混凝土试

验研究［

D］．大连理工大学，2002．113