喷射混凝土回弹量的探讨

喷射混凝土在施工中的控制研究

1 干喷砼与湿喷砼工艺的比较

喷射混凝土作为新奥法的三大要素之一，它是锚喷支护的重要组成部分。传统的喷射混凝土曾采用干喷法，即把水泥与砂石拌和均匀后运至喷射机处再添加速凝剂，水则在喷口处加入，由于喷水速度不易控制，从而造成混凝土强度波动幅度大。且又因为水与干料混和的时间短而难以均匀，致使施工现场粉尘飞扬，恶化了施工环境；湿喷混凝土则与常规混凝土无异，仅是在喷射口处添加速凝剂，利用压缩空气的冲击成型。与干喷法相比，湿喷法可以避免前者存在的不足，并获得较好的施工质量，但对喷射机的构造要求较高，成本也稍高。

本项目初期支护形式主要采用锚喷混凝土支护。喷射混凝土强度C20, 设计厚度为15cm 和24cm)。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,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。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。本项目使用水泥为四川峨塔牌普通硅酸盐水泥( P.O42.5 ) 。

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。

本项目使用的为机制砂，细读模数在3.0~3.5之间，属粗砂。

(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; 本项目采用碎石, 粒径范围4～16mm。

(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4%。

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

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(见图2) 。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。本项目因围岩面潮湿、局部有渗水, 水泥用量为420kg/m3。

(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。初喷时, 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。本项目灰骨比为1: 1.75: 1.75。

(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。本项目砂率为0.55。

(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。

(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7～9cm。实践证明坍落度在该范围内喷射混凝土回弹率最低。本项目坍落度设计为8cm。

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, 能最大限度的满足设计技术性能和施工工作性的要求。