1、工地試驗室對隧道干法噴射混凝土配合比的設計驗證及其質量控制【摘要】通過對干法噴射混凝土配合比設計驗證過程中所用原材料及主要參數的分析,了解和掌握其對施工質量的影響,從而采取相應控制措施,確保混凝土質量滿足設計要求。1 概述甘肅臨合高速公路LH3合同段雙城隧道左線全長975m、右線全長945m, 初期支護形式主要采用錨噴混凝土支護。噴射混凝土強度邊坡防護為C20、洞身支護為C25, 設計厚度為15cm和26cm (類圍巖) 。在施工過程中, 影響噴射混凝土質量的因素很多, 而噴射混凝土配合比在其中尤顯重要, 對質量的影響更為突出, 直接關系到噴射混凝土強度、施工性、耐久性以及經濟性。因此, 為了

2、確保噴射混凝土的施工質量, 在配合比設計及驗證階段, 必須對原材料特性及主要參數進行分析,了解和掌握其對施工質量的影響, 從而采取相應控制措施, 配合比設計更合理, 噴射混凝土質量更能滿足現場實際施工要求。2 配制強度等級的確定按照常規混凝土配制強度等級思路確定噴射混凝土配制強度等級，據公式：fcu.0= fcu.k + t式中 fcu.0 混凝土的配制強度，MPa；fcu.k 混凝土設計強度標準值，MPa；t 概率度系數，依據保證率P選定，本例選保證率P為90對應的概率度系數128。混凝土強度標準差，MPa；選定為40MPa。所以，本工程噴射混凝土配制強度等級fcu.025+ 128

3、5;40=301(MPa)。3 原材料的選定根據我項目部隧道施工現有的施工設備，采用干法噴射混凝土。各種原材料的選定是嚴格按照規范要求并結合本地原材料情況而定。3.1 水泥噴射混凝土所用水泥強度等級不應低于32.5MPa。因為硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥具有與速凝劑相容性好、能速凝、早強、快硬、后期強度較高等特性, 應優先選用。本項目使用水泥為三易牌普通硅酸鹽水泥( PO42.5) 。三易水泥技術指標3.2 骨料3.2.1 砂: 應采用堅硬耐久的中砂或粗砂, 細度模數宜大于215, 含水率宜控制在5% 7%, 含泥量不得大于3%。細砂會增加噴射混凝土干縮變形, 易產生粉塵, 惡化施工環境。本項目

4、使用的中砂細度模數為2.90。砂的技術指標3.2.2 石子: 應采用堅硬耐久的卵石或碎石, 根據噴射機輸送管道最小直徑的大小，粒徑不宜大于15mm。卵石光滑干凈, 對噴射機和輸料管路磨損小, 有利于遠距離輸料和減少堵管;碎石混凝土比卵石混凝土強度高, 回彈也較少, 但對噴射機和輸料管路磨損大; 當使用堿性速凝劑時, 不得使用含有活性二氧化硅的石材。本項目采用碎石, 粒徑范圍510mm和1016mm兩檔。3.2.3 級配: 采用連續級配。若采用缺失中間顆粒的間斷級配, 則混凝土拌和物易產生分離,粘滯性差, 回彈率較高, 抗壓強度也會下降。3.3 速凝劑速凝劑種類較多, 無論選用哪種, 都應在使用

5、前與所用水泥進行相容性試驗和水泥凈漿凝結效果試驗, 摻有速凝劑的水泥凈漿必須滿足:3.3.1 具有良好的流動性, 不得出現急凝;3.3.2 初凝時間不大于5min, 終凝時間不大于10min。應根據水泥品種、水灰比等, 通過試驗確定速凝劑的最佳摻量, 使用時準確計量。本項目速凝劑摻量為水泥用量的3.5%和4.0%。3.4 水應使用無雜質的潔凈水, 不得使用污水及HP值小于4的酸性水。4 配合比的擬定噴射混凝土由于工藝的特殊性，與普通混凝土不同，其配合比的各參數的選定有其自身特殊要求。4.1 砂率的確定噴射混凝土是依賴噴射過程中水泥與骨料的連續撞擊、壓密而形成的一種混凝土，為了能夠最大限度地吸收

6、二次噴射時的沖擊能量，所以砂率應較普通混凝土的高，它對噴射混凝土的稠度和粘滯性影響很大。洞挖工程的錨噴支護，側墻和拱頂部位應采用較大的砂率，以經驗，初擬選時選50 、55 、60三種砂率。4.2 水泥用量的確定根據規范，干法噴射水泥與砂石之重量比宜為10：4010：45，水灰比宜為04 045。若使用水泥過少，回彈量大，初期強度增長慢；若使用水泥過多，不僅不經濟，而且會產生大量粉塵惡化施工條件，硬化后的混凝土收縮也增大。初擬380kg、400kg、420kg。4.3 水灰比的確定單位用水量的確定)要通過試噴確定單位用水量，然后計算出水灰比。4.4 砂石用量的確定常規算法，從略。5 噴射混凝土配

7、合比參數調整、確定噴射混凝土配合比設計區別于常規混凝土配合比設計驗證最大的特點是其配合比要經過實際試噴確定。我們在工區內選一處與洞內地質、水文、施工條件相似的巖壁，進行了試噴從而確定了適用于本工程的噴射混凝土配合比。5.1 單位用水量的調整、選定在試噴時判定噴射混凝土用水量是否適當，是通過操作手調整水閥實現的。當噴射混凝土表面干濕不一、出現干斑、噴射物附著性差、施工工作面粉塵多、回彈量大時，應調大水閥，增加單位用水量；當噴射混凝土表面出現流淌、滑移、成塊拉裂時，應調小單位用水量；某種配合比用水量適宜時，混凝土表面平整、濕潤均勻、有光澤、無干斑或滑移流動現象。用水量適宜穩定后在受噴測試區內做好厚

8、度標志，水表計量用水量，噴射施工完成后，抹平該區域，結合各材料自然含水率，折算成混凝土立方體用水量，即得單位用水量，也即得適宜配合比下水灰比。實際試噴時側立受噴面的單位用水量是175kg倒立(模擬拱項)受噴面的單位用水量是170kg。5.2 砂率的調整、確定試噴時，回彈率的大小是一個重要的指標，回彈率大，主要是砂率不合適，應增大砂率，在幾種設定的砂率下，通過測定每一種砂率下的回彈率，經比較，最小的回彈率對應的砂率即為最佳砂率。實際試噴時，側立受噴面最小的回彈率為9 ，其對應的最佳砂率為52 ；倒立(模擬拱頂)受噴面最小的回彈率為17 ，其對應的最佳砂率為55 。回彈率均小于規范關于邊墻受噴面回

9、彈率應不大于15 、頂拱受噴面回彈率應不大于25的規定。5.3 水灰比的確定(水泥用量的調整)試噴時，按照規范成大板，做強度試驗，能滿足配制強度的水灰比，最小的水泥用量的配比即是要確定的最佳配合比。經過以上步驟洞內開挖初期支護用噴射混凝土最佳配合6 噴射混凝土質量控制6.1 檢查噴射混凝土抗壓強度所需的試塊應在工程施工中抽取制取。試塊數量, 每噴射50100m3混合料或混合料小于50m3的獨立工程,不得少于一組。每組試塊不得少于3個;材料或配合比變更時,應另作一組。6.2 檢查噴射混凝土的標準試塊應在一定規格的噴射混凝土板件上切割制取。試件為邊長10cm的立方體,在標準養護條件下養護28d,用

10、標準試驗方法測得的極限抗壓強度,并乘以0. 95的系數。6.3 采用立方體試塊做抗壓強度試驗時,加載方向必須與試塊噴射成型方向垂直。6.4 噴射混凝土抗壓強度標準試塊制作方法標準試塊應從現場施工的噴射混凝土板件上割成要求尺寸的方法制作。模具尺寸為450mm ×350mm ×120mm (長×寬×高) ,其尺寸較小的一個邊為敞開狀。6.5 標準試塊制作應符合下列步驟:在噴射作業面附近,將模具敞開一側朝下,以80°(與水平面的夾角)左右置于墻角。先在模具外的邊墻上噴射,待操作正常后,將噴頭移至模具位置,由上而下,逐層向模具內噴射混凝土。將噴滿混凝土

11、的模具移至安全地方,用三角抹刀刮平混凝土表面。在隧洞內潮濕環境中養護1d后脫模。將混凝土大板移至實驗室,在標準養護條件下養護7d,用切割機去掉周邊和上表面(底面可不切除)后,加工成100mm的立方體試塊。立方體試塊的允許偏差:邊長±1mm;直角< 2°。加工后的邊長為100mm的立方體試塊繼續在標準條件下養護至28d齡期,進行抗壓強度試驗。7 結束語通過合理的配合比設計及有效的控制措施, 本項目噴射混凝土質量優良, 施工回彈率控制在10%15%, 噴大板切割法混凝土試件標養28天平均抗壓強度為30.8MPa。由于噴射混凝土施工工藝的特殊性, 特別是干法噴射施工, 水灰比難以準確控制, 配合比相對不穩定, 施工質量難以控制。在進行配合比設計時, 應對配合比主要參數進行分析, 掌握參數變化對質量的影響, 采取有效的控制措施, 將影響降到最低, 從而確保施工質量, 使噴射混凝土結構