喷射混凝土

近年来，喷射混凝土以其简单的工艺，独特的效果，得到了广泛的应用，如地下工程(地下建筑物、隧道)等的初期支护与最终衬砌；薄壁结构工程(薄壳屋顶、房屋建筑储藏库)等的建造；岩土工程的护壁以及隧道、码头、房屋等的修复加固[1]。

目前，在实际工程应用中，对喷射混凝土的强度等级要求并不高(大多在C20左右)，对其耐久性研究的也很少，且施工时多采用干喷工艺，如对盘道岭隧洞两险段的二次衬砌混凝土加固、芭蕉河二级水电站隧洞的衬砌等[2~3]。本文则结合某海底隧道工程，对C40P10喷射混凝土进行了实验室研究。通过优化混凝土参数、确定最佳速凝剂种类和掺量、加入高活性掺合料硅灰以及掺加少量的钢纤维，达到了有效改善喷射混凝土早期和后期各项性能的目的。同时由于海底隧道特殊的地理位置，还必须重点考虑喷射混凝土的耐久性，不仅要求其抗水渗透性高，还应具备高的抗氯离子渗透能力。此外，由于选用湿喷工艺，我们还对喷射混凝土的工作性进行了试验研究，从而制备出了满足工程需要的湿喷混凝土。

1 原材料及试验内容

1．1 原材料

(1)水泥：青岛某公司产P．1 52．5级水泥，其性能见表1。

(2)骨料：细骨料为普通中粗黄砂，含水率为3．52％；粗骨料为粒径5-15mm的瓜片石。

(3)速凝剂：无碱液态速凝剂I型和Ⅱ型。

(4)减水剂：江苏某公司产PCA型超塑化剂。

(5)硅灰：巩义某公司产，活性SiOa含量在92％以上。

(6)钢纤维：端钩型钢纤维，长度25mm，长径比50。

表1 水泥技术性能

比表面积

／(m2／kg)

凝结时间／min

抗折强度／NPa

抗压强度朋Pa

初凝

终凝

3d

28d

3d

28d

375

160

225

6．5

9．5

35．0

98．5

1．2 试验内容

(1)比较两种无碱液态速凝剂的性能，找出最佳速凝剂种类和其掺量。

(2)配制满足湿喷工艺和力学性能要求的喷射混凝土。

(3)研究喷射混凝土的抗水渗透性以及抗氯离子渗透性，为选择适合海底隧道使用的喷射混凝土提供依据。

2 试验结果及讨论

2．1 速凝剂性能试验结果与分析

2．1．1 掺速凝剂水泥净浆的凝结时间

试验参照JC477-2005《喷射混凝土用速凝剂》[4]的规定进行，掺速凝剂水泥净浆的凝结时间测试结果见表2。

表2 掺速凝剂水泥净浆的凝结时间

速凝剂种类速凝剂掺量／％初凝时间／min 终凝时间／min

? 4 5．0 12．0

6 4．5 7．5

Ⅱ 6 3．0 6．5

由表2可知，(1)水泥净浆掺入迷凝剂后，其凝结时间满足JC477-2005的规定；(2)当水泥净浆中掺6％的I型速凝剂时，其凝结时间较掺4％时更能满足规范要求。因此，以后的试验中，两种速凝剂的掺量均为6％；(3)比较两种速凝剂的凝结时间可知，Ⅱ型速凝剂与水泥的相容性更好。因此，在以后的喷射?昆凝土抗折强度与抗水渗透性、抗氯离子渗透性的试验中均采用Ⅱ型速凝剂。

2．1．2 掺速凝剂的水泥胶砂强度试验结果与分析

试验中，水泥与标准砂的质量比为1：1．5，水灰比为0．5。掺速凝剂的水泥胶砂强度测试结果见表3。

两种速凝剂的水泥胶砂1d抗压强度均满足JC477-2005的规定(≧7．0MPa)。

表3 掺6％速凝剂的水泥胶砂强度试验结果MPa

速凝剂种类

抗压强度

抗折强度

1d

28d

1d

28d

无／48．30 ／8．30

Ⅰ15．62 57．80 3．85 8．37

Ⅱ13．25 54．05 3．95 8．50

2．2 喷射混凝土力学性能试验结果与分析

本工程海底隧道支护所用喷射混凝土要求的设计强度为C40、抗渗等级高于P10，且现场要求采用湿喷工艺。综合考虑其对工作性和力学性能的要求，并参照文献[5]中有关砂率与水灰比范围的限定，选定如表4所示的各组混凝土试验配合比(其坍落度试验结果一并列出)。

图1与图2分别表示了掺入不同速凝剂和硅灰、钢纤维时喷射混凝土的基本力学性能试验结果。由图可见，喷射混凝土中掺加胶凝料总量7．5％的硅灰可以提高其抗压强度；钢纤维的加入有助于喷射混凝土抗折强度的提高，其28d抗折强度较空白组提高了15．1％；当采用硅灰与钢纤维复掺时，其抗压强度和抗折强度均比不掺组高，1d和28d抗压强度比空白组分别高25．5％和11．2％，抗折强度高于空白组18．1％。可见，硅灰对喷射混凝土的早期和后期强度都有显著的改善作用。

2．3 喷射混凝土抗水渗透性和抗氯离子渗透性试验结果与分析

抗水渗透性和抗氯离子渗透性试验的配合比同表4。

各组试件在1．3MPa下的渗水高度如表5所示。四组喷射混凝土相应的抗渗等级均大于P12。

表4 喷射混凝土配合比及坍落度

编号

每m3原材料／kg

坍落度／mm

石砂水水泥硅灰钢纤维减水剂PCA 速凝剂I 速凝剂Ⅱ

C40R1 875 875 189．15 485 0 0 4．85 29．1 0 90

C40R2 875 875 189．15 485 0 0 4．85 0 29．1 90

C40S2 875 875 194 448．625 36．375 0 5．82 0 29．1 120

C40F1 875 1069 194 485 0 48 5．82 29．1 0 120

C40F2 875 1069 194 485 0 48 5．82 0 29．1 120

C40SF1 875 1069 194 448．625 36．375 48 4．85 29．1 0 140

C40SF2 875 1069 194 448．625 36．375 48 4．85 0 29．1 140

注：砂为干砂重量。

表5 喷射混凝土抗水渗透性试验结果

编号C40R2 C40S2 C40F2 C40SF2

渗水高度／cm 8 4 4．5 3．5