浅析细石喷射混凝土配合比设计与工艺控制

浅析细石喷射混凝土配合比设计与工艺控制 [摘 要]喷射混凝土技术作为“新奥法”的重要手段之一，广泛使用 在开掘矿井隧道、地下铁道、公路边坡、隧道的支护、锚喷支护、深基坑支护等方面。文章结合施工具体情况，介绍了细石喷射混凝土技术混凝土配合比设计及选定、施工工艺的控制要点。 [关键词]细石喷射混凝土; 配合比设计; 工艺控制 中图分类号:TU755 1.引言 喷射混凝土技术作为“新奥法”的重要手段之一，广泛使用在开掘矿井隧道、地下铁道、公路边坡、隧道的支护、锚喷支护、深基坑支护等方面。它是利用压缩空气的力量将掺加速凝剂的混凝土喷射到岩石或建筑物的表面，把岩土面或建筑物粘结加固成完整而稳定的、具有一定强度的结构，从而使岩石或建筑物得到加强和保护。本文结合景婺黄(常)高速公路B7标隧道工程支护用喷射混凝土，对细石喷射混凝土进行了研究。根据工程需要，配制C25 喷射混凝土。 2.喷射混凝土配合比设计的基本要求 喷射混凝土的配合比设计参数主要有水泥用量、灰骨比、砂率、水灰比以及坍落度等。其基本要求有如下几种特点: (1) 如果水泥用量过少，回弹量大， 初期强度增长慢， 当水泥用量增加， 喷射混凝土强度会提高， 回弹减少。但水泥用量过多， 一是 增加了成本， 二是施工时产生的粉尘增多， 污染施工环境， 另外混凝土在硬化过程中收缩也会增大。还有当喷射面为有水地段时， 应调整配合比，增加水泥用量。 (2) 灰骨比即水泥与骨料之比， 应根据不同的施工工艺采用不同的骨灰比。采用干法喷射施工时， 水泥与砂、石重量比宜为1:4,1:4.5; 水泥与砂、石之重量比宜为1:3.5,1:4.0。初采取湿法喷射施工时， 喷时， 因直接喷射到岩面上， 岩面不平顺时往往不易与喷射混凝土粘结，此时应调整灰骨比为水泥:砂:石子= 1:2:(1.5,2) ， 以利于增加粘结性和减少回弹。 (3) 砂率宜控制在0.45,0.6。砂率的大小既影响喷射混凝土的施工性能，也影响其力学性能。砂率过大， 因粗集料不足， 喷射时石子对混凝土冲击捣实力不大，使喷射混凝土的强度降低;同时使集料比表面积增大，要达到相应坍落度和流动性，水泥用量也要加大，既不经济也会使混凝土产生收缩增大。砂率过小，则回弹率增大，易造成管路堵塞，施工工艺不易掌握，喷层厚度相应变薄，喷射混凝土强度离散性很大。当采用粗砂时，砂率可以采用偏大些。 (4) 水灰比干法喷射施工水灰比宜控制在0.40,0.45。湿法喷射施工水灰比宜控制在0.42,0.50。水灰比的大小影响喷射混凝土回弹率和强度。水灰比过大，回弹率虽然可以减小，但强度降低;水灰比过小， 强度虽高，但回弹率也增高。采取干法喷射施工时，由于施工工艺的特殊性，水是从喷嘴处加入的，加水量全凭操作人员的经验根据对喷射混凝土表面状况判断，通过调节水阀进行控制。喷射混凝土表面如果出现流淌、滑移、 拉裂时，表明水灰比过大，需减少加水量;若表面出现干斑、作业中粉尘大、回弹量大时， 则表明水灰比太小，需及时加大水量;当表面平整、呈水亮光泽状、粉尘和回弹较少时，表明水灰比适宜。而采取湿法喷射施工时，水灰比则可以准确控制。 (5) 坍落度是评价混凝土流动性、粘聚性和保水性的重要指标。当 应进行坍落度检测，坍落度宜控制在8,12cm。实采取湿法喷射施工时， 践证明坍落度在该范围内喷射混凝土回弹率最低。 3. 喷射混凝土配合比的设计 3.1 原材料的选用 (1) 水泥。采用宁国海螺水泥股份有限公司生产的海螺牌42.5级普通硅酸盐水泥以及江西万年青水泥有限公司生产的万年青牌42.5级普通硅酸盐水泥，28天实测抗压强度分别为51.6 MPa和50.2MPa 。其他各项技术指标均满足《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》要求。 (2) 粗、细骨料。选用颚式破碎机加工的碎石，粒径为5,10mm 的连续级配且级配合理的碎石，直接作为骨料配制喷射混凝土;细集料选用江西丽阳的中砂，细度模数为2.7。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二次喷射时的冲击能量， 消除砂率对喷射混凝土回弹率的影响，所以砂率应较普通混凝土的高。 (3) 速凝剂。先后采用安徽淮南大通建材公司生产的速凝剂以及江西华都牌速凝剂，推荐掺量为水泥用量的3 %,5 %。速凝剂在湿喷射混凝土中初凝时间均为2,4 分钟，终凝时间均为4,8 分钟。 3.2 混凝土配合比的选定 (1) 喷射混凝土配合比设计应包括常规配合比设计和喷射混凝土现场试喷、调整两个部分前一部分是依据喷射混凝土的要求，按照混凝土常规配合比设计思路提出基准配比，后一部分是以基准配比为前提，在现场调整、验证、确定其配合比。两个步骤互为补充，缺一不可。表1(水泥 (水泥用万年青牌P.O42.5)为景婺黄高速公用海螺牌P.O42.5) 和表2 路B7标白洋冲隧道支护用喷射混凝土配合比设计汇总表。 (2) 影响混凝土强度的主要因素为水灰比，影响凝结时间的主要因素为速凝剂的掺量，影响回弹率的主要因素为砂率，综合分析考虑，既能保证混凝土的强度及品质要求，而且便于施工的最佳配合比为表1中2 号配比。 4. 喷射混凝土施工 4.1 施工工艺流程选择 喷射混凝土的施工工艺根据用水量的多少、速凝剂掺入的方法及投料方法，一般可分为湿式喷射工艺和干式喷射工艺。 (2)干式喷射工艺 干式喷射工艺流程如图2所示。 4.2 施工工艺控制 4.2.1机械操作要求 开机前操作者应做好以下几方面: (1)检查所用材料情况，材质满足上述要求方可使用; (2)检查料斗有无异物、速凝剂液面高度，调节计量泵，速凝剂的掺量严格按混凝土配合比设计要求; (3)检查压力控制器的动作压力，是否与输送距离等有关参数相适应。一般设定值的选择大于工作风压0.1,0.2MPa; 。防止混凝土管出现急拐弯和憋劲现象; (4)接管 (5)检查电路。电压是否在机械所规定的范围内; (6)检查转子运动方向是否与所标方向一致，观察吸入管内的液体流动是否正常，喷嘴有无堵塞; (7)按上述方法检查完毕确认无误后，向料斗中加入约半斗砂浆(通常砂浆配合比采用c?s?w=1?3.5?0.45)。启动主电机，将砂浆转入转子腔和气料混合腔; (8)向斗筛加满混凝土，振动，使混凝土进入料斗; (9)完成上述工作流程后，开机并观察风压值变化;一般工作风压，喷边墙0.2,0.5MPa，喷拱部0.3,0.45MPa，但要根据喷嘴出料情况来调整主风阀的开度。 4.2.2 喷射混凝土施工方法 (1)实施喷混凝土前，主要做好以下几方面工作:?检查受喷面松动岩块和松散体情况;?对岩面进行除尘，清洗干净，以保证混凝土与岩石具有良好的结合;?喷射前应在受喷面作好喷层厚度标志，以达到设计指标。 (2)作业过程中应遵循以下的 原则 组织架构调整原则组织架构设计原则组织架构设置原则财政预算编制原则问卷调查设计原则 :?上料速度要均匀连续，保持进料斗中有一定的贮藏量;?及时清除振动筛上粒径大于15mm的粗料或其它异物;?喷射手在操作喷嘴时，应尽量使喷嘴与受喷面垂直，距离以1.0m左右为宜;?喷混凝土时应采取分片自下往上喷射，喷嘴应呈螺旋形 转动，均匀喷射至岩面。 (3)现场质量控制。主要采取以下几方面的措施:?检查受喷面上喷层厚度与所设厚度标志是否已一致，否则补喷至设计厚度;?凹凸不平的混凝土面应及时进行补喷至平顺为止;?对空鼓或剥落层进行凿除处理，补喷或采用灌浆方法后续补强;?采用钻孔或超声波方法随机抽查喷层厚度。 4.2.3 施工注意事项 (1)喷射过程中，机器操作者必须与喷射手保持好联系，出现异常应能及时做出反应。 (2)缓慢打开主风阀前，系统风压应不低于0.5MPa。 (3)做好开机前的各项检查工作，包括原材料、料斗、风压、电压、管路敷设等。 (4)短时停机，应按停主电机、振动电机、计量泵、关主风阀，但要保持辅助风阀呈开启状态。 (5)料斗打开时，不能开振动电机，以防意外。 (6)混凝土骨料最大粒径不超过15mm，坍落度控制在6,18cm范围内。 (7)混凝土供料一定要连续，喷射途中经常停机会造成喷嘴上速凝剂通道堵塞和气料混合仓积料严重。 (8)加强日常的维护保养工作。每次喷射前，检查转子上泄浆口是否畅通;作业结束后，及时将机器内外部清洗干净;检查料斗密封环压紧螺丝是否松动;结合板和活塞的磨损情况等。 (9)定期维护保养。注意衬板的磨损情况;润滑油按期现换;速凝剂箱按时清洗等。 5. 混凝土质量的控制 对水泥的强度安定性凝结时间进行抽样检查，不合格不得进场 (1) 和用于施工。 (2) 骨料过于潮湿必须风干后再用，避免石粉粘结成团而无法与水泥搅拌均匀。 (3) 喷射混凝土用水必须是无杂质的洁净水，污水PH 值小于4 的酸性水均不得使用。 (4) 抗压强度实验: 在施工过程中，将混凝土喷射在45cm×35 cm ×12 cm(可制成6 块) 或45cm ×20cm ×12cm(可制成3 块) 的模型内，在混凝土达到一定强度后，加工成10cm ×10cm ×10cm 的立方体试块，在 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 条件下养护至28 天进行抗压试验。 6. 结论 6.1 将隧道及地下工程中开挖出来的天然岩石，选用颚式破碎机直接破碎为5,10mm 的连续级配且级配合理的碎石直接作为骨料配制细石喷射混凝土，具有很好的经济和社会效益。 6.2 由于细石喷射混凝土采用了自然连续级配的骨料，混凝土的密实性较好。同时由于骨料颗粒尖锐，表面粗糙，增加了骨料和骨料间、骨料和水泥间的握裹力，从而使细石喷射混凝土的强度高于同条件下的普通喷射混凝土强度。