热害隧道喷射混凝土性能研究

喷射混凝土作为隧道结构体系与围岩直接接触的部分，其硬化体本身的性能、混凝土与围岩的粘结性能是关系到支护结构作用能否很好发挥的关键问题。随着隧道建设逐渐向长大深埋方向发展，热害（高地温）问题日见突出，在湿（干）热环境条件下，喷混凝土的物理力学指标以及与岩石的粘结性能都会发生较大变化，可能出现强度倒缩加剧、系统体积稳定性变差以及与岩石粘结力严重损失，甚至脱粘开裂丧失支护作用。本项目将通过材料组配性能试验、模拟环境和构造数值方法及微观测试技术研究揭示不同高地温情况下喷射混凝土与围岩组成材料能量或质量的变化、热微观结构及界面过渡区作用机理。结合喷射混凝土性能及界面性能的研究，确定高地温情况下喷射混凝土及过渡区短长期力学性能的变化规律，分析热害对喷射混凝土微观和宏观性能的影响，提出有效的高地温情况下喷射混凝土的合理组成材料和施工工艺措施，以保证隧道初期支护短长期功能正常发挥。

热害隧道喷射混凝土性能研究的核心问题是粘结问题和变形问题。本项目在模拟热害环境基础上，通过宏观试验和微观测试分析等技术手段展开相关研究。主要进行的研究和创新工作包括：（1）设计2种喷射混凝土强度等级（C25、C30）和4种温度工况（20℃、35℃、50℃、70℃），研究了干热和湿热环境对喷射混凝土粘结强度的影响规律，揭示其影响机理，进一步证明了热害对粘结强度的不利影响。（2）研究了不同养护环境下喷射混凝土的变形性能，并特别研究了干热环境下纤维和矿物掺合料对喷射混凝土收缩变形的抑制效果. （3）从两个角度(即在基准配合比基础上掺加矿物掺合料或纤维材料)进行粘结强度改善探索性研究，并通过微观测试技术分析了改善效果和改善机理。结果表明干热环境下掺加钢纤维，湿热环境下掺加矿物掺合料，两个措施均可以明显改善喷射混凝土的粘结强度。（4）通过电通量试验，对热害环境喷射混凝土耐久性进行了初探。研究成果可为改善热害隧道初期支护混凝土性能提供技术支撑。