1、華北水利水電學院成人高等教育畢業論文噴射混凝土配合比設計與使用摘要隨著科學的不斷發展，噴射混凝土其用途也越來越廣泛，已經滲入當今社會的各個領域。在水利工程隧洞、邊坡、混凝土結構補強加固等工程施工中都需要用到噴射混凝土。本文介紹了噴射混凝土的特性，噴射混凝土配合比設計目的。以C20噴射混凝土配合比設計實例介紹了配合比設計過程中原材料選擇，試驗計算，試驗過程等方面內容。同時，為了更好的讓噴射混凝土配合比生產出來的混凝土質量得到保證，對噴射混凝土的使用和施工過程中應該注意事項進行了簡單概括。關鍵詞：噴射混凝土；配合比；設計；注意事項1目錄摘要1前言1一、噴射混凝土特性2（一）噴射混凝土抗壓強度比基準

2、混凝土低2（二）噴射混凝土的干縮比普通混凝土的大2（三）噴射混凝土的抗凍性比普通混凝土的高2（四）噴射混凝土與圍巖軸拉黏結強度比噴大板劈拉黏結強度低得多2二、噴射混凝土設計實例3（一）噴射混凝土試驗目的3（二）混凝土設計技術指標3（三）生產性噴射混凝土原材料3（四）混凝土配合比試驗7三、噴射混凝土配合比使用過程中注意事項12（一）控制施工工藝12（二）掌握并檢驗各種材料的特性及指標12（三）施工中的控制12結論15參考文獻16華北水利水電學院成人高等教育畢業論文前言噴射混凝土在水利工程中有著很廣泛的應用。噴射混凝土通過輸料軟管在高空、深坑或狹小工作區向任意方向澆筑薄壁或外形復雜的混凝土結構，機

3、動靈活，適應力強。如何能夠保證噴射混凝土的質量是我們的一項重要工作，噴射混凝土作為錨噴支護的重要一個組成部分，其配合比設計的是否合理，直接影響到施工安全和施工質量。怎樣使噴射混凝土回彈率盡量小而使強度提高，對于沒有經驗的試驗室來說，只能用一次次的試驗來試探著去做。本文主要針對噴射混凝土配合比設計進行說明。噴射混凝土不同于其他普通混凝土，其具有自身的施工特點：施工時不需要模板，直接將拌好的料通過噴射機噴到洞壁、洞頂和邊坡。針對這一特點，對混凝土的各項工作性能有特別要求其配合比一般采用經驗公式和圖表計算，本文將就噴射混凝土的原材選擇、配合比設計及其優化，結合噴射混凝土配合比設計的實際施工情況來說明

4、其計算方法步驟和使用情況。（三） 噴射混凝土特性噴射混凝土是通過噴射機管道輸送混凝土拌合物，由噴射機噴頭高速噴射到受噴面而迅速凝結的混凝土。噴射混凝土施工分干噴法和濕噴法兩種，干噴法是將水泥，砂石骨料、粉狀速凝劑等干拌均勻，在噴射機噴頭出口加水進行噴射；濕噴法是將水泥、砂石骨料、液態速凝劑，水在攪拌機內拌制混凝土拌合物，用噴射機直接噴射。噴射混凝土主要有以下特性：（一）噴射混凝土抗壓強度比基準混凝土低噴射混凝土抗壓強度比基準混凝土的原因可能有四個：（1）噴射混凝土密實性、均勻性不如基準混凝土標準試件；（2）噴射帶入混凝土一定的氣泡，使混凝土強度降低；（3）噴大板試件需切割加工成立方體，加工過程

5、、試件尺寸和形狀不一定精確；（4）噴大板混凝土中摻入速凝劑，混凝土凝結的快，水化產物結構較粗大，使混凝土強度有所降低。（二）噴射混凝土的干縮比普通混凝土的大這是因為噴射混凝土的水泥用量大，又摻速凝劑，使混凝土收縮增大。（三）噴射混凝土的抗凍性比普通混凝土的高不摻引氣劑的普通混凝土抗凍性較差，一般抗凍等級為F50F100，而不慘引氣劑的噴射混凝土，因在噴射時帶入一部分氣，使混凝土含氣量增大2%左右，從而提高了混凝土抗凍性。（四）噴射混凝土與圍巖軸拉黏結強度比噴大板劈拉黏結強度低得多現場鉆芯拉拔法鉆芯時擺動對芯樣有損傷，安裝拉力架與膨脹螺栓存在偏心問題，以及噴層厚度不足時引起應力集中現象等，以上因

6、素都是導致現場鉆心拉拔法得出的軸拉黏結強度比實際的黏結強度低。另外，遇到現場隨機鉆芯的圍巖完整性差，鉆芯時易發生芯樣斷裂現象，導致現場鉆芯拉拔法成功率不高。（四） 噴射混凝土設計實例（一）噴射混凝土試驗目的本次混凝土配合比試驗的目的是提出滿足設計等級和相應施工技術規范中有關混凝土的耐久性、抗滲性、抗凍性、抗壓強度、抗裂性等要求，同時應滿足混凝土施工強度保證率、均質性指標及和易性要求。并結合試驗和工地施工條件提出混凝土物理力學指標的最優配合比。確定施工部位相應的干噴混凝土施工工藝參數。（二）混凝土設計技術指標噴射混凝土配合比設計技術指標見表1。表1 噴射混凝土配合比設計技術指標表混凝土設計指標設

7、計齡期(d)最大粒徑(mm)坍落度(mm)噴射方法C2028151030干噴（三）生產性噴射混凝土原材料1、水泥噴射混凝土用水泥應選用不低于32.5普通水泥，噴射鋼纖維混凝土用水泥應選用不低于42.5普通水泥，這是因為普通水泥的C3S和C3A含量較高，能速凝、快硬，后期強度高。在所有原材料中，水泥對外加劑的影響最大，不同品牌的水泥對外加劑的適應性是不同的，所以，水泥的選擇直接影響到外加劑（這里指速凝劑）的效果，當速凝劑可供選擇時，應選擇施工用水泥適應的速凝劑，使速凝劑的效果更為明顯。本例采用某品牌P.O42.5R水泥，水泥檢測結果如下表2。表2 水泥檢驗成果表檢測項目結果密度（Kg/m3）比表

8、 面積 （m2/kg）細度（%）標準稠度用水量（%）安定性雷氏夾法凝結時間（min）抗折強度（MPa）抗壓強度（MPa）初凝終凝3d28d3d28d檢驗結果31003381.026.0合格1982555.27.124.946.1規范要求-300-合格456004.06.522.042.5檢測依據GB 175-2007 從檢驗結果看，所檢指標滿足通用硅酸鹽水泥GB175-2007標準中P.O42.5R水泥的技術要求。2、細骨料由于骨料在混凝土中占有相當大的體積（約占混凝土體積的3/4），所以，骨料的質量對混凝土的技術特性和生產成本均產生一定的影響，在配置C20噴射混凝土時，對骨料的級配、顆粒形狀

9、、雜質含量等必須認真檢查，這樣既能滿足技術性能的要求，又能降低混凝土生產成本。砂子通稱細集料，作為結構體系必不可少的原材料，以其成分穩定、分布廣泛且價格低廉而被廣泛應用于建筑領域，其在混凝土中除了降低成本外，還起到一定的骨架作用，使混凝土具有良好的工作性和耐久性。適當的細度模數、干凈的砂子對于改善噴射混凝土的工作性、提高強度都非常有利。特別強調的是細砂不宜采用，它會影響噴射混凝土的強度、增加其收縮開裂等。另外，云母、請物質的含泥量也嚴格按有關規范要求去控制。噴射混凝土用細骨料宜選用中粗砂，細度模數2.53.0，砂子過細會使其干縮增大，砂子過粗，則會增加回彈量。本例采用細度模數為中砂的河砂，檢驗

10、結果見表3，表4。表3 河砂檢驗結果表表觀密度（g/cm3）堆積密度（g/cm3）孔隙率(%)吸水率（）含泥量（）2.661.51431.01.8表4 顆粒級配檢測成果表篩孔尺寸(mm)52.51.250.630.3150.16檢驗結果累計篩余(%)標準范圍區1001502504016855510090細度模數x=2.31砂 級 配 屬 區區10025050107041927010090區10035565358571958010090實測值3.38.420.242.376.492.4從砂檢驗測結果可以看出，砂的細度模數為2.31，屬中砂，其他所檢指標滿足DL/T5144-2001規范要求。3、

11、粗骨料采用堅硬、耐久的碎石或卵石，粒徑一般根據不同孔徑的噴射管道選擇不同的最大粒徑，且級配良好。當使用堿性速凝劑時，石料不得含有活性二氧化硅。粗集料的摻配可能有兩種或三種摻配方案，一般選取其中體積密度大的使用，因為體積密度大的其空隙率小，例如，兩種摻配方案分別為30：70和20：80，其摻配結果均符合級配范圍要求，測定兩者體積密度，如前者大，則選取摻配比例為30：70使用。再有，粗集料的表面特征對噴射混凝土的影響不是很大，泥土、石粉的含泥量控制相對來說也沒有特殊要求，只要控制在要求范圍內即可。噴射混凝土用粗骨料最大粒徑不宜大于15mm，且其級配良好，要求粒徑510mm顆粒含量不小于70%，粒徑

12、1015mm顆粒含量不大于20%，粒徑小于5mm顆粒含量不大于10%，但不允許有超徑。這是因為粗骨料粒徑大噴射混凝土回彈多，因此應嚴格控制骨料級配。本例采用卵石，其檢驗結果見表5、表6。表5 卵石品質檢測成果表試驗項目表觀密度(Kg/m3）堆積密度(Kg/m3）空隙率（）壓碎指標值(%)吸水率(%)含泥量(%)泥塊含量(%)針片狀顆粒含量(%)有機質含量(%)檢測結果515mm26801640384.20.80.50.01淺于標準色規范要求2550162.51不允許15淺于標準色檢測依據DL/T5144-2001、DL/T5151-2001表6 卵石級配檢測成果表 粒徑（mm）15105通過百

13、分率(%)10086.07.4從檢測成果看，所檢指標均滿足水工混凝土施工規范DL/T5144-2001對粗骨料的品質要求。 4、骨料合成級配分析噴射混凝土粗細骨料比例為砂:石=50%:50%,檢測結果見表7。表7 骨料級配檢測成果表（mm）0.150.30.61.252.551015優57101517222331344350607882100良4852213311841265440706290100合成級配4.112.228.339.546.051.992.4100從上表可以看出，砂石各占50%時，骨料合成級配滿足錨桿噴射混凝土支護技術規范GB50086-2001的范圍要求。5、外加劑噴射混凝

14、土必須摻用速凝劑和減水劑，一般不摻引氣劑。因為在噴射過程中能引氣，室內試驗抗凍等級能大于F250。速凝劑分粉狀和液態兩種，前者用于干噴法，后者用于濕噴法。液態速凝劑又分為堿液態速凝劑與無堿液態速凝劑，粉狀速凝劑均為有堿速凝劑。對于噴射混凝土，速凝劑的摻量一般比較大，但也不應過多，因為，速凝劑的主要成分大都含堿時性（AL2（SO4）3、K2SO4），其摻量不但影響到混凝土的凝結時間，還會影響到混凝土的強度，其摻量與混凝土的凝結時間、強度的關系見下圖： 圖一 速凝劑摻量與凝結時間的關系 圖二 速凝劑摻量與水泥強度的關系從圖一可以看出，速凝劑的摻量在2%4%之間時，隨摻量增大，水泥初凝和終凝時間變短

15、；當摻量超過4%時，隨著摻量的增大，初凝和終凝時間基本不變。從圖二中可以看出，速凝劑的摻量在2%4%之間時，隨摻量增大，水泥的早期強度明顯提高，可以提高40%以上；當摻量達到6%時，隨著摻量的增大，水泥28天強度會降低。綜合兩圖可以看出速凝劑的摻量對水泥的影響很大。應根據施工要求控制素凝劑的摻量，一般不超過4%。另外，在摻外加劑之前，應做與水泥的相容性試驗及水泥凈漿速凝效果試驗，使水泥處凝不應大于5min，終凝不應大于10min，注意速凝劑平時要保持干燥。綜上所述，對于速凝劑的選擇應從以下幾點考慮：（1）：硬化后混凝土體積變化小；（2） 對黏結力影響小；（3） 噴射時回彈率小；（4）混凝土后期

16、強度降低少；（5） 堿性小，對人體腐蝕性小；（6）初終凝時間短。本例混凝土外加劑采用某公司生產的粉狀速凝劑，其品質檢測成果見表8。表8 摻速凝劑凈漿與硬化砂漿的性能檢測成果表檢測項目摻量（%）凈漿砂漿初凝時間（min：s）終凝時間（min：s）1d抗壓強度28d抗壓強度比檢測結果4.02:486:50 9.078標準要求一等品3:008:007.075合格品5:0012:007.070檢測依據 JC 477-2005從檢測成果看，速凝劑摻量為4%時，所檢各項指標均符合噴射混凝土用速凝劑JC 477-2005中一等品的要求。（四）混凝土配合比試驗1、混凝土配制強度按普通混凝土配合比設計規程JGJ

17、 55-2000的規定，根據混凝土設計等級的保證率及混凝土強度離差系數，混凝土的配制強度為:fcu,0=fcu,kt式中： fcu,0 混凝土配制強度（MPa） fcu,k 混凝土設計強度（MPa） t, 概率度系數 , 混凝土強度標準差（MPa)噴射混凝土配合比設計方法與普通混凝土不同，其配制強度計算應考慮基準混凝土（不摻速凝劑）與噴射大板試件強度差值。根據以往工程試驗經驗，現場摻速凝劑后噴射混凝土抗壓強度只能達到室內基準混凝土配置強度的70%，故將計算配置強度除以0.7的系數確定噴射混凝土實際配制強度,混凝土的實際配制強度見表9。表9 混凝土實際配制強度表混凝土設計強度等級強度保證率（%）

18、概率度系數（t）強度標準差（MPa）配制強度 （MPa）實際配置強度（MPa）C20951.6455.028.240.32、混凝土配合比計算參照錨桿噴射混凝土支護技術規范GB 58006-2001中噴射混凝土的體積密度可取2200kg/m3的規定，混凝土配合比中粗細骨料用量采用重量法計算，單位用水量按骨料干燥狀態計算。3、混凝土配合比試驗方案根據錨桿噴射混凝土支護技術規范GB 58006-2001中干法噴射混凝土水灰比宜為0.400.45、砂率宜為50%60%的規定，參考以往工程經驗，室內混凝土配合比設計時，水灰比選用0.40、0.45、0.50進行試驗，砂率選用55%，坍落度按1030mm控

19、制；具體混凝土配合比室內設計基本參數見表10。表10 混凝土室內配合比試驗參數表砼強度等級水泥品種標號骨料種類最大粒徑(mm)水灰比砂率(%)單位用水量(kg/m3)設計坍落度(mm)水泥與砂、石之重量比C20P.O42.5R卵石河砂150.405518010301:3.50.45551:4.10.50551:4.64、混凝土拌和物及硬化混凝土性能試驗根據表10中的混凝土配合比參數拌制混凝土，按照水工混凝土試驗規程5150-2001進行混凝土拌合物性能試驗，待混凝土養護至試驗齡期時檢測其抗壓強度，具體試驗成果如表11。表11 混凝土配合比試驗成果表砼強度等級 水泥品種標號骨料種類水灰比砂率(%

20、)單位用水量(kg/m3)水泥與砂、石之重量比試件 編號坍落度(mm)抗壓強度(MPa)7d28dC20P.O42.5R卵石河砂0.40551801:3.5PS-12538.946.80.45551:4.1PS-23033.440.70.50551:4.6PS-33029.135.15、混凝土抗壓強度與灰水比關系根據表10中混凝土試件28d齡期抗壓試驗結果，繪制混凝土28天抗壓強度與灰水比關系曲線見圖3。圖3 C20噴射混凝土28天抗壓強度與灰水比關系曲線參照實測P.O42.5水泥28d抗壓強度，對圖1中方程式修正轉換，擬合C20噴射混凝土28d抗壓強度與灰水比關系回歸方程式如下：fcu,0=

21、0.5063fce(C/W-0.4899) r=0.9992 .式中： fcu,0 混凝土配制強度（MPa） fce , 水泥28d齡期抗壓強度（MPa） C/W 灰水比 r 相關系數6、試噴混凝土配合比C20噴射混凝土配合比在此次試驗成果的基礎上，根據灰水比與28d抗壓強度線性回歸關系式，計算出與配制強度相應的水灰比，并選用合理水灰比，故將表8中C20噴射混凝土實際配制強度代入式，計算得出混凝土推薦水灰比：W/C=0.451，取0.45；試噴配合比中水泥與砂、石之重量比為1:4.1，符合錨桿噴射混凝土支護技術規范GB 58006-2001中干法噴射混凝土水泥與砂、石之重量比宜為1.0:4.0

22、1.0:4.5的要求，故不做調整，試噴噴射混凝土施工配合比見表12表12 試噴配合比表 混凝土強度等級噴射方法水泥品種標號骨料種類最大粒徑（mm）水灰比用水量(kg/m3)砂率(%)速凝劑摻量(%)水泥與砂、石之重量比設計坍落度(mm)C20干噴P.O42.5R卵石 河砂150.45180554.01:4.110307、現場噴射試驗（1）試驗設備參數噴射混凝土現場工藝試驗選用HPZ-6型干拌噴射機，具體技術參數見表13表13 干拌噴射機參數表型號生產能力（/）工作風壓（Mpa）耗風量（/）最大水平運輸距離（）HPZ-66.00.20.478200（2）試驗地點、時間及試驗人員組織試驗地點：現場

23、噴射混凝土試驗地點根據施工情況選定在便于施工的不重要施工部位。試驗人員：4人現場操作人員：6人（3）噴射混凝土施工工藝由試驗室人員對現場攪拌機進行定稱工作，使各項材料的稱量符合規范要求，在干噴之前由輔助人員在噴射作業面內鋪設一塊雨布用于接受回彈料（雨布大小以回彈范圍為限保證能夠回收所有的回彈料為宜）。在噴射之前先將噴射面進行處理，沖洗干凈。在噴射工作中噴射手控制噴頭與邊坡巖面垂直由下自上均勻噴射，隨時調節水灰比，保證干混合料與水均勻混合，噴射距離控制在0.6m 1.0m，保持混凝土表面平整，無干斑或滑移流淌現象，操作正常后，將三個噴射混凝土模具（尺寸為45×35×12mm）

24、內噴滿混凝土。8、混凝土配合比的確定按照錨桿噴射混凝土支護技術規范GB 50086-2001中噴射混凝土抗壓強度標準試塊制作方法，混凝土大板加工成邊長100mm的立方體試塊，在標準養護條件下繼續養護至28天齡期，取三個試塊進行抗壓強度試驗，其試驗結果見表14。表14 混凝土抗壓強度表試塊編號設計強度等級28d抗壓強度（Mpa）乘以0.95的系數1C2028.527.325.8226.2327.1425.628.026.6528.9629.4726.526.525.2825.1927.9從上表可以看出混凝土抗壓強度滿足設計要求，試噴混凝土配合比可作為推薦施工配合比，推薦施工配合比見表15。表15

25、 推薦施工配合比表 混凝土強度等級噴射方法水泥品種標號骨料種類最大粒徑（mm）水灰比用水量(kg/m3)砂率(%)速凝劑摻量(%)水泥與砂、石之重量比設計坍落度(mm)混凝土材料用量 (kg/m3)水水泥砂石速凝劑用量C20干噴P.O42.5R卵石 河砂150.45180554.01:4.1103018040089172916.0三、 噴射混凝土配合比使用過程中注意事項（一）控制施工工藝比如運輸、澆注的措施，使用機械化的程度，主要是對工作性和凝結時間的要求。（二）掌握并檢驗各種材料的特性及指標本配合比采原材料的質量控制及其波動，對混凝土質量及施工工藝有很大影響。如水泥強度的波動，如水泥強度的波

26、動，將直接影響混凝土的強度；各級石子粒徑顆粒含量的變化，導致混凝土級配的改變，并將影響新拌混凝土的和易性；骨料含水量的變化，對混凝土的水灰比影響極大。為了保證混凝土的質量，在生產過程中，一定要對混凝土的原材料進行質量檢驗，全部符合技術性能指標方可應用。骨料中含有害物質，超過規范規定的范圍內，則會妨礙水泥水化，降低混凝土的強度，削弱骨料與水泥的粘結。能與水泥的水化產物進行化學反應，并產生有害的膨脹的物質。如果粘土、淤泥在砂中超過3%，碎石、卵石中超過2%，則這些極細粒材料在集料表面形成包裹層，妨礙集料與水泥的粘結；它們或者以松散的顆粒出現，大大的增加了需水量。如使用有機雜質的沼澤水、海水等拌制混

27、凝土，則會在混凝土表面形成鹽霜。對混凝土集料來說，影響配合比組成變異而導致混凝土強度過大波動的主要原因是含水率，含泥量的變化和石子含粉量的影響。在混凝土生產過程中，對原材料的質量控制，除經常性的檢測外，還要求質量控制人員隨時掌握其含量的變化規律，并擬訂相應的對策措施。如砂石的含泥量超出標準要求時，及時反饋給生產部門，及時篩選并采取能保證混凝土的其它有效措施。砂子含水率，通過干炒法，及時根據測定的含水率來調整混凝土配合比中的實際用量和集料用量。對于相同標號之間水泥活性的變異，是通過膠砂強度試驗的快速測定，根據水泥活性結果予以調整混凝土的配合比。水泥、砂、石子各性能指標必需達到規范要求。（三）施工

28、中的控制1、含水率及用量適當調整為保證混凝土和易性符合施工要求，需將混凝土含水率及用量做適當調整（保持水灰比不變）。在實際生產中，操作者為方便施工，往往追求較大的塌落度，擅自增加用水量而不管強度是否能達到要求；再加上現場質檢人員的管理不到位，對水灰比缺少嚴格的控制等原因，均使混凝土實際用水量大于理論用水量，從而導致混凝土強度的降低。因此，要加大質檢抽查力度，控制操作者不得隨意增加用水量；若發現混凝土工作性能較差，操作者應及時向試驗員反饋實際情況，經試驗員現場查找原因、分析情況后采取相應對策，并按試驗員的指令調整配合比；現場質檢人員也應按規范要求經常檢查混凝土的質量動態信息，及時進行調整，確保混

29、凝土按要求進行施工。2、砂、石材料應準確計量不少施工單位在生產時，第一車砂、石用磅秤一下，隨后就采用在小推車上畫線的辦法來控制重量，從而導致了砂、石材料的用量偏差。因此，有條件的單位盡量采用混凝土拌和樓，利用電腦準確計量；若實在沒有，應不怕麻煩，堅持每車過磅，以控制材料用量。3、水泥用量適當有些配合比設計人員為了保證混凝土的質量而單純提高水泥用量，無疑是一種浪費。在滿足混凝土的流動性、強度要求的前提下節約水泥，降低成本是混凝土配合比設計的一項基本原則，同時混凝土中水泥用量過多不但不經濟而且在水泥水化時膠凝量過多，在混凝土硬化過程中增大體積收縮會造成混凝土開裂，給混凝土結構帶來危害。還有些配合比

30、設計人員認為節約水泥就是混凝土用量越少越好，這顯然也是不恰當的。每立方米混凝土的水泥用量都是通過公式計算并經過了試配而得來的。但為什么還有每立方米混凝土不少于一定數量的規定呢？這主要是為了保證混凝土的耐久性提出的。因為混凝土一般都要使用幾十年甚至上百年，在長期的使用過程中要經過各種荷載、風雨侵蝕凍融作用、化學腐蝕和機械機械磨損等，沒有足夠的水泥用量就抗御不了這些外力的作用，影響耐久性。4、注重經濟效益不少施工單位在配合比設計時純粹是為了達到設計強度，按規范要求或以往經驗進行一組配合比設計，試配后強度達到要求就算完成了；若達不到要求，唯一的方法就是增加水泥用量，很少有人從材料調配、經濟效益、混凝土工作質量等方面綜合考慮。水泥用量過多，往往導致混凝土收縮裂縫的產生和徐變增大，而且也相應的增加了成本。在規范要求允許的條件下，試驗室應配制不同的配合比，從經濟、工作性能、質量等方面綜合考慮擇優選用，并應針對不同施工部位、不同評定方法給予適當調整，盡量避免凡是同一強度均使用一個配合比的做法，試驗室還應收集每次配合比及施工情況的詳細數據，并注意對這些數據進行統計分析，以便得出本試驗室的水灰比、用水量、砂率、水泥