隧道工程防水抗渗讲义讲稿

防水混凝土抗渗防水混凝土抗渗 试验试验xx高速公里xx标试验室一、一、隧道公路特点：1、断面大。2、形状扁平。3、需要运营通风。4、需要运营照明。5、防水要求高。二、二、隧道常见问题：1、隧道渗漏。2、衬砌开裂。3、限界受侵。4、衬砌结构同围岩结合不密实。5、通风照明不良。三、防水混凝土种类三、防水混凝土种类 防水混凝土是以水泥、砂、石子为原料或掺入外加剂、高分子聚合物等，以调整配合比，减少空隙率，增加各原材料界面间密实度或使混凝土产生补偿收缩作用，从而使水泥砂浆或混凝土具有一定抗裂、防渗能力，使其满足抗渗等级大于0.6Mpa的不透水性混凝土，也就是自身抗渗性能高于0.6Mpa的混凝土。防水混凝土一般可分为：普通水泥防水混凝土、外加剂防水混凝土和膨胀水泥防水混凝土。四、隧道工程防水混凝土的一般要求四、隧道工程防水混凝土的一般要求 1.隧道工程防水混凝土的抗渗等级不得不小S8。2.当衬砌处于侵蚀性地下水环境中，混凝土的耐侵蚀系 数不应小于0.8。混凝土的耐侵蚀系数按下式计算：Ns=Rws/Rwy，其中，Ns为混凝土的耐侵蚀系数;Rws为在侵蚀水中养护6个月的混凝土试块抗折强度；Rwy为在饮用水中养护6个月的混凝土试块抗折强度。3.当受冻融作用时，不宜采用火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。4.隧道工程防水混凝土的水泥用量不得少于320kg/m3，水泥强度等级不低于32.5级，水灰比不大于0.50；当渗入活性细粉时，不得少于280kg/m3。5.防水混凝土结构应满足：（1）裂缝宽度应不大于0.2mm，并不贯通；（2）迎水面主钢筋保护层不应小于50mm；（3）衬砌厚度不应小于30cm。6.试件的抗渗等级应比设计要求提高0.2Mpa。7.当采用防水混凝土时，应对衬砌的各种缝隙采取有效地防水措施，以使衬砌获得整体防水效果。五、五、抗渗原理：抗渗原理：混凝土中掺入的防水剂与水泥水化作用生成物Ca(OH)2反应，生成几乎不溶于水的凝胶状结晶物质，即胶体。该胶体是一种悬浮状的颗粒，具有良好的扩散性，他能填满混凝土内的空隙，增强混凝土的密实度，防止了可溶性物质Ca(OH)2遇水析出现象。水化硅酸钙凝胶水化硅酸钙凝胶氢氧化钙晶体氢氧化钙晶体 无微矿粉混凝土的水化产物无微矿粉混凝土的水化产物掺加微矿粉混凝土的水化产物掺加微矿粉混凝土的水化产物掺加微矿粉混凝土的水化产物掺加微矿粉混凝土的水化产物致密的水化硅酸钙凝胶致密的水化硅酸钙凝胶致密的水化硅酸钙凝胶致密的水化硅酸钙凝胶 要求要求:一般公路隧道，（1）拱部、边墙不滴水。（2）路面不冒水、不积水，设备箱洞处不渗水。（3）洞内排水系统不淤积、不堵塞，确保排水通畅。（4）严寒地区隧道衬砌背后不积水，路面、排水沟不结冰。汽车专用公路隧道，隧道拱部、墙部、路面、设备洞、车行横通道、人行横通道等均不渗水。六、防水混凝土原材料防水混凝土原材料 该条引自地下工程防水技术规范（GB 50108），根据公路防水混凝土的要求和薄壁结构的防水抗裂施工经验进行了必要的增补。1规定不同环境条件下防水混凝土所用水泥的强度等级、品种、防水剂与水泥的适应性、使用细节。使用防水剂时，应选择与防水剂适应性好的水泥品种，并且水泥等级不宜小于32.5级，既保障强度，又保证抗渗性。硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的早前强度高，泌水少，干缩也较小，所以防水混凝土应优先采用。但其抗水性和抗硫酸盐侵蚀能力不如火山灰硅酸盐水泥。火山灰硅酸盐水泥抗水性好，水化热低，抗硫酸盐侵蚀能力较好，但早期强度低，干缩大，抗冻性较差。矿渣硅酸盐水泥水化热较低，抗硫酸盐侵蚀能力好，但泌水水多、干缩大，抗渗性差。2.这里从公路行业薄壁防水结构多的特点，减小了公路工程防水混凝土所用的粗集料最大工程粒径，本指南与地下工程防水技术规范（GB50108）相比，粗集料最大公称粒径由不宜大于40mm减小到26.5mm。首先，从混凝土结构的防水原理讲，粗集料最大粒径越大，越不利。这是由于越大集料的界面，不密实的水囊越宽大，由界面透水的几率越大，从而使防水混凝土抗渗性变差。同时，大体积混凝土温差开裂趋势增大。大石子大石子小石子小石子小石子小石子小石子小石子小石子小石子砂子砂子水泥水泥钢筋钢筋沉降裂缝沉降裂缝水囊水囊混凝土表面混凝土表面骨骨料料水水可可见见泌泌水水内内泌泌水水 其次，从公路实际工程的防水混凝土最大粒径来看，绝大多数已控制在26.5mm以内，同时规定大体积混凝土使用的粗集料可按温控的要求确定最大公称粒径，以防开裂。如大坝，显然有抗渗性要求，但从降低水化热、抗裂出发，使用最大粒径达80mm。泵送时粗集料最大公称粒径控制为输送管径的1/4是防止堵管的要求。吸水率不应大于1.5%是满足防水混凝土抗冻性及施工中坍落度不致损失过大、过快的要求。防水混凝土是在渗透水头作用下内部有渗透水的混凝土，水分供给充足，为防止此条件下发生碱集料发生规定不得使用碱活性集料。为了保证防水混凝土的密实度，要求粗集料级配优良，建筑用卵石、碎石（GB/T 14685）规定的级配过宽松，因此规定粗集料级配宜符合公路水泥混凝土路面施工技术规范（JTG F30-2003）的规定。3.防水混凝土细集料除规定宜采用中砂外，还规定应含一定量粉细砂，是为了提高密实性，保证其抗渗性。七、掺防水剂混凝土配合比设计七、掺防水剂混凝土配合比设计 做好防水混凝土的前提是必须充分了解和认识其防水原理，所谓防水，就是要能够在一定的水压下水不渗透。即水泥浆和砂浆较饱满使粗集料被密实结构包囊才不透水，特别是保证结构物迎水面的密实度、无微裂缝才能防止水分渗透。如果混凝土材料结构和挡水工程结构的表面一定厚度切实保证了其密实度和无微裂缝，即使不掺防水剂的普通混凝土，也是有相当高的抗渗性，达到S10没有问题。此时，在掺用防水剂等外加剂，将达到更高的抗渗等级。但是若防水混凝土原材料、配合比和结构方面的密实度没有做到，掺再好的防水剂也与事无补。从混凝土防水原理讲，以下配合比要点须特别强调：1.防水混凝土试配抗渗等级应比设计值提高一级，即抗渗压力比设计要求高0.2Mpa。是因为抗渗压力是试验室得出的数据，而施工现场条件比实验室差，其影响混凝土抗渗性的因素有些难以控制。2.为了达到工程所要求的防水混凝土抗渗性，在其中掺用外加剂是必需的。在钢筋密布情况下需要掺入减水剂和高效减水剂，制成减水剂防水混凝土；在同时有抗（盐）冻性要求时，宜掺引气剂或引气型外加剂，制作引气防水混凝土；在同时有抗裂性要求时，可掺膨胀剂制成抗裂防水混凝土等，但其品种和掺量应经过试配试验确定。3.要求抗裂的防水混凝土除了掺膨胀剂外，可根据工程的抗裂需要掺入钢纤维或合成纤维，制成纤维防水混凝土。在公路工程重要的或动载作用下的防水混凝土中使用纤维防水混凝土，例如，承受动载的桥面防水找平层或桥面铺装层。4.达到足够高抗渗性要求的防水混凝土必须是富浆混凝土，因此规定仅使用水泥，不加掺合料时，最小水泥用量不应小于320kg/m3。但水泥用量过大不利于控制温升，为防止温差开裂，此时，需要掺用一定数量的粉煤灰、磨细矿渣或硅灰掺合料。粉煤灰级别应在、级，级粉煤灰干缩增大，为了防止干缩开裂不应在防水混凝土中使用。020 10 相对强度相对强度%时间（天）时间（天）1 3 7 14 28不同养护温度下强度的增长不同养护温度下强度的增长10003020水化速率水化速率加快一倍加快一倍 粉煤灰:其氧化钙含量小于8%，游离氧化钙不大于1%，以氧化硅和氧化铝为主要活性成分，不具备自硬化特性的低钙粉煤灰。粉煤灰等活性掺合料具有与水泥水化生成的氢氧化钙反应的特性，活性掺合料与氢氧化钙的反应比水泥水化滞后，称作“二次反应”，二次反应的生成物依然是水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶体。扫描电镜下粉煤灰的形貌扫描电镜下粉煤灰的形貌 粉煤灰掺量一般不宜小于20%，特殊情况下既要保证强度和防水要求，又能防止开裂时，可使用较大的粉煤灰掺量。掺合料的掺量应通过实验优选确定。使用掺合料时，为了达到防水混凝土结构的强度要求，规定最小基准胶材总量不应小于280kg/m3。不同胶凝材料配制出混凝土在不同胶凝材料配制出混凝土在(a)(a)标准养护条件及标准养护条件及(b)(b)与结构与结构温度发展历程相同养护的强度发展温度发展历程相同养护的强度发展 图3-48 2.5 m厚混凝土中点温度的变化 Bamforth的实验（厚的实验（厚2.5m结构物中部的温度变化）结构物中部的温度变化）70%硅酸盐水泥硅酸盐水泥+30%粉煤灰粉煤灰100%硅酸盐水泥硅酸盐水泥25%硅酸盐水泥硅酸盐水泥+75%磨细矿渣磨细矿渣 5.防水同时要求混凝土砂率足够高，砂浆的体积率应足够，因此要求砂率为35%-40%,一般不宜小于35%。泵送防水混凝土要满足防水和泵送两项要求，其砂率可增至45%。引气型防水混凝土有利于提高抗渗性，其砂率视含气量大小可略低，宜为28%-35%，防水混凝土灰砂比宜为1：2-1：2.5（必须验证）。高胶材、大砂率富砂浆的混凝土，防水抗渗性提高了，但变形却增大了，抗裂性变差。混凝土结构一旦开裂，即使是微裂缝，防水性及强度等性能将严重恶化，因此，防水混凝土必须同时考虑抗裂性。特别是公路工程中大量使用的薄壁防水结构，应将结构的抗裂性摆在重要位置。因此规定：在保障结构抗渗等级要求前提下，公路工程的防水薄壁结构宜采用偏低的砂率。干燥环境干燥环境混凝土混凝土泌水速率泌水速率 蒸发速率蒸发速率开裂开裂混凝土表面混凝土表面塑性收缩裂缝塑性收缩裂缝 6.最大水灰（胶）比应符合表二的规定，适宜的水灰（胶）比在0.45-0.55之间。水灰（胶）比与抗渗性及强度是反比关系。要提高混凝土的防水性能，水灰（胶）比越小越好。满足低水灰（胶）比要求，需掺减水剂或高效减水剂。实际工程对防水混凝土的要求是防水和强度同时满足，当强度有富裕时，也不得提高水灰（胶）比，亦不得降低单位水泥用量。水灰比与水泥石结构水灰比与水泥石结构水水泥浆水泥石水泥凝胶水泥颗粒水 7.为普通防水混凝土、泵送预拌防水混凝土的塌落度及塌落度损失要求。这些施工工艺要求是配合比设计中必不可少的拌和物工作性参数。8.规定防水混凝土拌合物的含气量控制值及允许误差。它是引气剂防水混凝土配合比设计中必要的拌合物参数。9.预拌防水混凝土规定缓凝时间宜为6-8h，需掺适宜的缓凝剂进行控制，以满足混凝土运输和浇筑施工时间的要求。八、掺防水剂混凝土施工掺防水剂混凝土施工 从混凝土防水原理提出防水混凝土施工要点，保障满足抗渗性及其他质量性能。1.有些防水剂，如皂类防水剂，脂肪族防水剂超量掺加时，引气量大，会形成较多气泡的拌合物，反而影响强度与防水效果，防水混凝土应通过试配试验优选确定防水剂品种和掺量。超过推荐掺量时必须通过试验。2.防水混凝土配料不得使用体积法称量；防水剂、水、水泥、掺合料计量误差均为应补大于1%。粗、细集料计量允许误差不应大于2%。3.氯盐类如氯化铁、三氯化铝防水剂的等可溶性防水剂及其他外加剂均应以溶液加入，并从用水量中扣除其溶解水量，确保单位用水量和水灰比不增大。4.为了保证防水混凝土拌合物的均质性，要求必须采用机械拌和，搅拌时间不应小于2min。掺防水剂等外加剂时，应通过试拌确定适宜的搅拌时间。5.防水混凝土拌合物运输离析时，必须进行二次搅拌的规定是均质性保证措施。外加剂二次掺加与无抗裂要求加原水灰比的水泥浆，是为了在坍落度损失后还能满足施工要求。任何情况下，防水混凝土拌合物中严禁直接加水，丢失强度和抗渗性。6.防水混凝土不得欠振、漏振，振捣不密实，势必无法达到防水要求，迎水面的密实性最重要。7.耐蚀系数大于0.8时应采取适当的防腐蚀措施。8.根据公路工程防水混凝土结构施工经验，规定防水混凝土不宜进行低温施工，不得进行负温施工。确有冬季负温施工需要时，宜采用暖棚保温施工。九、混凝土抗渗性能试验九、混凝土抗渗性能试验 1.目的和适用范围主要用于检测混凝土硬化后的防水性能以测定其抗渗标号。防水混凝土的抗渗标号可分为三种：（1）设计标号 它是根据地下工程的埋深以及水力梯度（即最大作用水头与建筑物最小壁厚之比）