高地温环境条件下超细粉掺量对隧道衬砌混凝土抗压及抗渗性能的影响

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.240127

摘要/Abstract

摘要：

通过模拟隧道衬砌混凝土高地温服役环境，研究隧道衬砌混凝土在环境温度20、60和80 ℃下3、7和28 d的抗压及抗渗性能，分析高地温环境条件下隧道衬砌混凝土抗压及抗渗性能变化规律，以为高地温环境条件下隧道衬砌混凝土的施工提供理论支持和经验借鉴。研究结果表明：高温养护环境能够提高隧道衬砌混凝土3和7 d抗压强度，但80 ℃高温养护环境会降低隧道衬砌混凝土28 d抗压强度；随着超细粉掺量的增加隧道衬砌混凝土抗压强度先增强后降低，当掺量为30%时，混凝土的抗压强度最大；随着温度的升高和超细粉掺量的增加，隧道衬砌混凝土的电通量总体呈下降趋势；同一个配合中，混凝土试件的模态弦长随养护温度的升高没有出现明显变化，但平均弦长随养护温度的升高而降低。

关键词: 高地温, 隧道衬砌混凝土, 物理力学性能, 超细粉掺量

Abstract:

By simulating the high-temperature service environment of tunnel lining concrete， this study investigates the compressive and impermeable properties of tunnel lining concrete at 20， 60， and ambient temperature of 80 ℃ for 3， 7， and 28 d， and analyzes the changes in compressive and impermeable properties of tunnel lining concrete under high-temperature environmental conditions， in order to provide theoretical support and empirical reference for the construction of tunnel lining concrete under high-temperature environmental conditions. The results indicate that a high-temperature curing environment can improve the compressive strength of tunnel lining concrete at 3 and 7 d， but an 80 ℃ high-temperature curing environment can reduce the compressive strength of tunnel lining concrete at 28 d； With the increase of ultrafine powder content， the compressive strength of tunnel lining concrete first increases and then decreases. When the content is 30%， the compressive strength of concrete is the highest； With the increase of temperature and the addition of ultrafine powder， the electrical flux of tunnel lining concrete generally shows a downward trend. In the same mix， the modal chord length of concrete specimens does not show a significant change with the increase of curing temperature， but the average chord length decreases with the increase of curing temperature.

Key words: High ground temperature, Tunnel lining concrete, Physical and mechanical properties, Ultrafine powder dosage

中图分类号:

O647.9

尚君, 崔祎菲, 黄巍林. 高地温环境条件下超细粉掺量对隧道衬砌混凝土抗压及抗渗性能的影响[J]. 应用化学, 2024, 41(9): 1342-1349.

Jun SHANG, Yi-Fei CUI, Wei-Lin HUANG. Influence of Ultrafine Powder Content on Compressive and Impermeability of Tunnel Lining Concrete under High Ground Temperature Environment[J]. Chinese Journal of Applied Chemistry, 2024, 41(9): 1342-1349.

图/表 7

表1 胶凝材料用量

Table 1 Amount of cementing material

Groups	1	2	3	4	5	6
Cement/（kg·m^-3）	396	297	277.2	257.4	237.6	217.8
Ultrafine powder/（kg·m^-3）	0	79.2	99	118.8	138.6	158.4
Silica fume/（kg·m^-3）	0	19.8	19.8	19.8	19.8	19.8

图1 混凝土3 d抗压强度

Fig.1 3 d compressive strength of concrete

图2 混凝土7 d抗压强度

Fig.2 7 d compressive strength of concrete

图3 混凝土28 d抗压强度

Fig.3 28 d compressive strength of concrete

图4 不同温度下混凝土的电通量

Fig.4 Electrical flux of concrete at different temperatures

图5 超细粉对孔隙结构影响A. an ultra-fine powder content of 0%； B. an ultra-fine powder content of 20%； C. an ultra-fine powder content of 25%； D. an ultra-fine powder content of 30%； E. an ultra-fine powder content of 35%；（F） an ultra-fine powder content of 40%

Fig.5 Effect of ultrafine powder on pore structure

图6 超细粉对孔隙影响A. an ultra-fine powder content of 0%； B. an ultra-fine powder content of 20%； C. an ultra-fine powder content of 25%； D. an ultra-fine powder content of 30%；（E） an ultra-fine powder content of 35%；（F） an ultra-fine powder content of 40%；

Fig.6 Effect of ultrafine powder on pores

参考文献 13

1	范利丹，徐峰，余永强，等. 高地温地下工程支护混凝土研究现状及进展［J］. 科学技术与工程， 2022， 22（4）： 1308-1320.
	FAN L D， XU F， YU Y Q， et al. The current status and progress of research on high temperature underground engineering support concrete［J］ Sci Technol Eng， 2022， 22（4）： 1308-1320.
2	宋进平，李建平，李昕成，等. 早期养护及掺合料对表层混凝土渗透性能的影响［J］. 混凝土， 2020（2）： 45-48.
	SONG J P， LI J P， LI X C， et al. The influence of early curing and admixtures on the permeability of surface concrete［J］. Concrete， 2020（2）： 45-48.
3	唐永鑫, 聂立武. 环氧树脂掺量对发光树脂透水混凝土性能的影响[J]. 应用化学， 2022， 39（11）： 1665-1671.
	TANG Y X, NIE L W. Effect of Epoxy Resin Content on the Performance of Luminous Resin Permeable Concrete[J]. Chin J Appl Chem， 2022， 39（11）： 1665-1671.
4	ERGÜN A， KÜRKLÜ G M， SERHAT B， et al. The effect of cement dosage on mechanical properties of concrete exposed to high temperatures［J］. Fire Safety J， 2013， 55（1）： 160-167.
5	张波. 不同形态硅灰在高强混凝土中的作用机理［D］.北京：清华大学，2015.
	ZHANG B. The mechanism of different forms of silica fume in high-strength concrete［D］. Beijing： Tsinghua University， 2015.
6	LANKARD D R， BIRKIMER D L， FONDRIEST F F. Effects of moisture content on the structural properties of Portland cement concrete exposed to temperatures up to500 ℃［R］. Detroit， MI： American Concrete Institute， 1971： 59-1021.
7	KIM G Y， KIM Y S， LEE T G， et al. Mechanical properties of high-strength concrete subjected to high temperature by stressed test［J］.Transact Nonferrous Met Soc China， 2009， 19 （S1）： 128-133.
8	MOON E， KIM D H， LEE S K. The effect of weight training program on the power factors of female gymnasts［J］. J Korean Soc Phys Educ， 2019， 30（11）： 332-356.
9	余永强，余雳伟，范利丹，等. 定向断裂控制爆破技术在巷道掘进中应用研究［J］. 爆破， 2022， 39（1）： 61-67， 94.
	YU Y Q， YU L W， FAN L D， et al. Research on the application of directional fracture control blasting technology in tunnel excavation［J］. Blasting， 2022， 39 （1）： 61-67，94.
10	屈春来，杨德锋，程方. 高地温对混凝土氯离子渗透性能影响分析［J］. 科学技术与工程， 2018， 18（33）： 203-208.
	QU C L， YANG D F， CHENG F. Analysis of the influence of high temperature on the chloride ion permeability of concrete［J］. Sci Technol Eng， 2018， 18（33）： 203-208.
11	刘荣桂，徐超杰，崔钊玮，等. 纳米MgO粉煤灰混凝土的力学性能研究［J］. 混凝土， 2023（5）： 121-123.
	LIU R G， XU C J， CUI Z W， et al. Study on the mechanical properties of nano MgO fly ash concrete［J］. Concrete， 2023（5）： 121-123.
12	文甜. 粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土基本性能及早期收缩研究［D］. 成都：西南交通大学， 2020.
	WEN T. Research on the basic properties and early shrinkage of polymer concrete in fly ash slag base[D].Chengdu： Southwest Jiaotong University， 2020.
13	邓祥辉，梁凯轩，王睿，等. 高海拔寒冷地区混凝土抗冻耐久性试验研究［J］. 工程力学， 2023， 40（9）：37-47.
	DENG X H， LIANG K X， WANG R， et al. Experimental study on the frost resistance and durability of concrete in high-altitude cold regions［J］. Eng Mechan， 2023， 40（9）： 37-47.