隧道衬砌混凝土抗渗抗冻性能研究进展
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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。本文综述了现阶段国内外关于隧道衬砌混凝土抗渗性、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。
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，膨脹水泥、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。
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]Kobayasho K，CHO R.Flexural Characteristics of Steel Fibre and Polyethylene Fibre Hybrid-reinforced Concrete[J].Composites，1982，13（2）：164-168.
[5]孙伟，钱红萍，陈惠苏.纤维混杂及其与膨胀剂复合对水泥基材料的物理性能的影响[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.
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