工地试验室对隧道干法喷射混凝土配合比的设计验证及其质量控制

1、工地试验室对隧道干法喷射混凝土配合比的设计验证及其质量控制【摘要】通过对干法喷射混凝土配合比设计验证过程中所用原材料及主要参数的分析,了解和掌握其对施工质量的影响,从而采取相应控制措施,确保混凝土质量满足设计要求。1 概述甘肃临合高速公路LH3合同段双城隧道左线全长975m、右线全长945m, 初期支护形式主要采用锚喷混凝土支护。喷射混凝土强度边坡防护为C20、洞身支护为C25, 设计厚度为15cm和26cm (类围岩) 。在施工过程中, 影响喷射混凝土质量的因素很多, 而喷射混凝土配合比在其中尤显重要, 对质量的影响更为突出, 直接关系到喷射混凝土强度、施工性、耐久性以及经济性。因此, 为了

2、确保喷射混凝土的施工质量, 在配合比设计及验证阶段, 必须对原材料特性及主要参数进行分析,了解和掌握其对施工质量的影响, 从而采取相应控制措施, 配合比设计更合理, 喷射混凝土质量更能满足现场实际施工要求。2 配制强度等级的确定按照常规混凝土配制强度等级思路确定喷射混凝土配制强度等级，据公式：fcu.0= fcu.k + t式中 fcu.0 混凝土的配制强度，MPa；fcu.k 混凝土设计强度标准值，MPa；t 概率度系数，依据保证率P选定，本例选保证率P为90对应的概率度系数128。混凝土强度标准差，MPa；选定为40MPa。所以，本工程喷射混凝土配制强度等级fcu.025+ 128

3、5;40=301(MPa)。3 原材料的选定根据我项目部隧道施工现有的施工设备，采用干法喷射混凝土。各种原材料的选定是严格按照规范要求并结合本地原材料情况而定。3.1 水泥喷射混凝土所用水泥强度等级不应低于32.5MPa。因为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥具有与速凝剂相容性好、能速凝、早强、快硬、后期强度较高等特性, 应优先选用。本项目使用水泥为三易牌普通硅酸盐水泥( PO42.5) 。三易水泥技术指标3.2 骨料3.2.1 砂: 应采用坚硬耐久的中砂或粗砂, 细度模数宜大于215, 含水率宜控制在5% 7%, 含泥量不得大于3%。细砂会增加喷射混凝土干缩变形, 易产生粉尘, 恶化施工环境。本项目

4、使用的中砂细度模数为2.90。砂的技术指标3.2.2 石子: 应采用坚硬耐久的卵石或碎石, 根据喷射机输送管道最小直径的大小，粒径不宜大于15mm。卵石光滑干净, 对喷射机和输料管路磨损小, 有利于远距离输料和减少堵管;碎石混凝土比卵石混凝土强度高, 回弹也较少, 但对喷射机和输料管路磨损大; 当使用碱性速凝剂时, 不得使用含有活性二氧化硅的石材。本项目采用碎石, 粒径范围510mm和1016mm两档。3.2.3 级配: 采用连续级配。若采用缺失中间颗粒的间断级配, 则混凝土拌和物易产生分离,粘滞性差, 回弹率较高, 抗压强度也会下降。3.3 速凝剂速凝剂种类较多, 无论选用哪种, 都应在使用

5、前与所用水泥进行相容性试验和水泥净浆凝结效果试验, 掺有速凝剂的水泥净浆必须满足:3.3.1 具有良好的流动性, 不得出现急凝;3.3.2 初凝时间不大于5min, 终凝时间不大于10min。应根据水泥品种、水灰比等, 通过试验确定速凝剂的最佳掺量, 使用时准确计量。本项目速凝剂掺量为水泥用量的3.5%和4.0%。3.4 水应使用无杂质的洁净水, 不得使用污水及HP值小于4的酸性水。4 配合比的拟定喷射混凝土由于工艺的特殊性，与普通混凝土不同，其配合比的各参数的选定有其自身特殊要求。4.1 砂率的确定喷射混凝土是依赖喷射过程中水泥与骨料的连续撞击、压密而形成的一种混凝土，为了能够最大限度地吸收

6、二次喷射时的冲击能量，所以砂率应较普通混凝土的高，它对喷射混凝土的稠度和粘滞性影响很大。洞挖工程的锚喷支护，侧墙和拱顶部位应采用较大的砂率，以经验，初拟选时选50 、55 、60三种砂率。4.2 水泥用量的确定根据规范，干法喷射水泥与砂石之重量比宜为10：4010：45，水灰比宜为04 045。若使用水泥过少，回弹量大，初期强度增长慢；若使用水泥过多，不仅不经济，而且会产生大量粉尘恶化施工条件，硬化后的混凝土收缩也增大。初拟380kg、400kg、420kg。4.3 水灰比的确定单位用水量的确定)要通过试喷确定单位用水量，然后计算出水灰比。4.4 砂石用量的确定常规算法，从略。5 喷射混凝土配

7、合比参数调整、确定喷射混凝土配合比设计区别于常规混凝土配合比设计验证最大的特点是其配合比要经过实际试喷确定。我们在工区内选一处与洞内地质、水文、施工条件相似的岩壁，进行了试喷从而确定了适用于本工程的喷射混凝土配合比。5.1 单位用水量的调整、选定在试喷时判定喷射混凝土用水量是否适当，是通过操作手调整水阀实现的。当喷射混凝土表面干湿不一、出现干斑、喷射物附着性差、施工工作面粉尘多、回弹量大时，应调大水阀，增加单位用水量；当喷射混凝土表面出现流淌、滑移、成块拉裂时，应调小单位用水量；某种配合比用水量适宜时，混凝土表面平整、湿润均匀、有光泽、无干斑或滑移流动现象。用水量适宜稳定后在受喷测试区内做好厚

8、度标志，水表计量用水量，喷射施工完成后，抹平该区域，结合各材料自然含水率，折算成混凝土立方体用水量，即得单位用水量，也即得适宜配合比下水灰比。实际试喷时侧立受喷面的单位用水量是175kg倒立(模拟拱项)受喷面的单位用水量是170kg。5.2 砂率的调整、确定试喷时，回弹率的大小是一个重要的指标，回弹率大，主要是砂率不合适，应增大砂率，在几种设定的砂率下，通过测定每一种砂率下的回弹率，经比较，最小的回弹率对应的砂率即为最佳砂率。实际试喷时，侧立受喷面最小的回弹率为9 ，其对应的最佳砂率为52 ；倒立(模拟拱顶)受喷面最小的回弹率为17 ，其对应的最佳砂率为55 。回弹率均小于规范关于边墙受喷面回

9、弹率应不大于15 、顶拱受喷面回弹率应不大于25的规定。5.3 水灰比的确定(水泥用量的调整)试喷时，按照规范成大板，做强度试验，能满足配制强度的水灰比，最小的水泥用量的配比即是要确定的最佳配合比。经过以上步骤洞内开挖初期支护用喷射混凝土最佳配合6 喷射混凝土质量控制6.1 检查喷射混凝土抗压强度所需的试块应在工程施工中抽取制取。试块数量, 每喷射50100m3混合料或混合料小于50m3的独立工程,不得少于一组。每组试块不得少于3个;材料或配合比变更时,应另作一组。6.2 检查喷射混凝土的标准试块应在一定规格的喷射混凝土板件上切割制取。试件为边长10cm的立方体,在标准养护条件下养护28d,用

10、标准试验方法测得的极限抗压强度,并乘以0. 95的系数。6.3 采用立方体试块做抗压强度试验时,加载方向必须与试块喷射成型方向垂直。6.4 喷射混凝土抗压强度标准试块制作方法标准试块应从现场施工的喷射混凝土板件上割成要求尺寸的方法制作。模具尺寸为450mm ×350mm ×120mm (长×宽×高) ,其尺寸较小的一个边为敞开状。6.5 标准试块制作应符合下列步骤:在喷射作业面附近,将模具敞开一侧朝下,以80°(与水平面的夹角)左右置于墙角。先在模具外的边墙上喷射,待操作正常后,将喷头移至模具位置,由上而下,逐层向模具内喷射混凝土。将喷满混凝土

11、的模具移至安全地方,用三角抹刀刮平混凝土表面。在隧洞内潮湿环境中养护1d后脱模。将混凝土大板移至实验室,在标准养护条件下养护7d,用切割机去掉周边和上表面(底面可不切除)后,加工成100mm的立方体试块。立方体试块的允许偏差:边长±1mm;直角< 2°。加工后的边长为100mm的立方体试块继续在标准条件下养护至28d龄期,进行抗压强度试验。7 结束语通过合理的配合比设计及有效的控制措施, 本项目喷射混凝土质量优良, 施工回弹率控制在10%15%, 喷大板切割法混凝土试件标养28天平均抗压强度为30.8MPa。由于喷射混凝土施工工艺的特殊性, 特别是干法喷射施工, 水灰比难以准确控制, 配合比相对不稳定, 施工质量难以控制。在进行配合比设计时, 应对配合比主要参数进行分析, 掌握参数变化对质量的影响, 采取有效的控制措施, 将影响降到最低, 从而确保施工质量, 使喷射混凝土结构