1 概 述
锚喷混凝土支护在施工过程中, 影响喷射混凝土质量的因素很多, 而配合比设计在其中尤显重要, 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, 为了确保喷射混凝土的施工质量, 在配合比设计阶段, 必须对原材料特性及主要参数进行分析水晶白坯,了解和掌握其对施工质量的影响, 从而采取相应控制措施, 使配合比设计更合理, 喷射混凝土质量更能满足设计要求。 2 喷射混凝土配合比设计对原材料的要求
喷射混凝土原材料主要包括水泥、砂、石子、速凝剂等, 提供满足质量要求的原材料是进行配合比设计的基础, 也是保证喷射混凝土质量的前提。
2.1 水 泥
喷射混凝土所用水泥强度等级不应低于32.5MPa挂面纸。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。
2.2 骨 料
(1) 砂: 应采用坚硬耐久的中砂或粗砂, 细度模数宜大于2.5, 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。本项目使用的中砂细度模数为tz152.90。
(2) 石子: 应采用坚硬耐久的卵石或碎石,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。
(3) 级配: 宜采用连续级配。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。
2.3 速凝剂
速凝剂种类较多, 无论选用哪种, 都应在使用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:
(1) 具有良好的流动性, 不得出现急凝;
(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%。
2.4 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。
2.5 外掺料
外掺料能够改善喷射混凝土的工作性能, 降低水化温度, 增进后期强度, 提高耐久性等。如工程需要掺加外掺料时, 掺量应根据试验来确定。常用的外掺料有粉煤灰和硅灰。
3 喷射混凝土配合比设计的基本要求
喷射混凝土配合比的确定具有自身工艺特点,要根据多种因素来综合选定。在保证原材料合格的前提下, 配合比设计既要照顾对强度等主要指标的要求, 又要照顾到施工工艺的要求。一般应满足如下几方面:
(1) 喷射混凝土配合比应满足设计强度等级要求, 如有抗渗要求, 还应达到抗渗标号;
(2) 回弹量少;
(3) 粉尘少;
(4) 粘附性好, 能获得密实的喷射混凝土;
(5) 能满足施工要求, 输料顺畅, 不发生堵管等。
4 喷射混凝土配合比设计参数对施工质量的影响
喷射混凝土作为混凝土的一种, 其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。
(1) 水泥用量宜控制在喷粉流水线350～400kg/m3。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, 一是不经济, 二是施工时产生的粉尘增多, 恶化施工环境, 另外混凝土凝结硬化时收缩也会增大。当受喷面为有水地段, 应调整配合比,增加水泥用量。
(2) 灰骨比即水泥与骨料之比, 应根据施工工艺的不同采用不同地骨灰比。采取干法喷射施工时, 水泥与砂、石之重量比宜为1: 4～1: 4.5; 采取湿法喷射施工时, 水泥与砂、石之重量比宜为1: 3.5～1: 4.0。 (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0.40hdpe排水沟～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。本项目为湿法喷射施工, 水灰比为0.5。
(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。当采取湿法喷射施工时, 应进行坍落度检测, 坍落度宜控制在8～12cm。实践证明坍落度在该范围内喷射混凝土回弹率最低。
5 配合比的施工控制措施
为保证喷射混凝土施工质量, 通过对混凝土原材料性能要求及配合比设计主要参数对质量的影响分析, 采取如下措施实施控制:
(1) 从施工工艺上宜采取湿法喷射施工, 可以准确控制水灰比, 确保配合比的稳定和匀质性。
(2) 按配合比对原材料准确计量, 称量允许误差应满足:
Ⅰ、水泥和速凝剂均为±2%
Ⅱ、砂和石子均为±3%
(3) 干法喷射施工时, 为了对水灰比实施有效控制, 应先进行试喷, 掌握设计水灰比的操作控制范围, 以利于指导施工。
(4) 做好配合比原材料的试验检测工作, 了解掌握原材料的实际特性, 为配合比设计提供可靠依据。
(5) 严格按技术规范和配合比设计规程进行配合比设计, 不但要考虑设计技术要求, 还要充分考虑实际施工条件因素, 使配合比设计最优, 机器人定位能最大限度的满足设计技术性能和施工工作性的要求。
(6) 喷射混凝土混合料宜采用强制式搅拌机拌制, 拌制时间不得少于60S。当采取湿喷工艺
施工时, 应先对干料进行拌和, 均匀后在加水搅拌。
6 结束语
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, 使喷射混凝土结构满足设计技术要求。
参考文献:
[ 1 ] 冶金工业部. 锚杆喷射混凝土支护技术规范( GB50086 -2001) [ S]. 中国计划出版社, 2001.
[ 2 ] 中华人民共和国交通部. 公路隧道施工技术规范( JTJ0429 -94) [ S]. 人民交通出版社, 1994.
[ 3 ] 闫莫明. 岩土锚固技术手册[ S]. 北京:人民交通出版社, 2004.
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