工地試驗(yàn)室對(duì)隧道干法噴射混凝土配合比的設(shè)計(jì)驗(yàn)證及其質(zhì)量控制

1、工地試驗(yàn)室對(duì)隧道干法噴射混凝土配合比的設(shè)計(jì)驗(yàn)證及其質(zhì)量控制【摘要】通過(guò)對(duì)干法噴射混凝土配合比設(shè)計(jì)驗(yàn)證過(guò)程中所用原材料及主要參數(shù)的分析,了解和掌握其對(duì)施工質(zhì)量的影響,從而采取相應(yīng)控制措施,確?；炷临|(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。1 概述甘肅臨合高速公路LH3合同段雙城隧道左線全長(zhǎng)975m、右線全長(zhǎng)945m, 初期支護(hù)形式主要采用錨噴混凝土支護(hù)。噴射混凝土強(qiáng)度邊坡防護(hù)為C20、洞身支護(hù)為C25, 設(shè)計(jì)厚度為15cm和26cm (類圍巖) 。在施工過(guò)程中, 影響噴射混凝土質(zhì)量的因素很多, 而噴射混凝土配合比在其中尤顯重要, 對(duì)質(zhì)量的影響更為突出, 直接關(guān)系到噴射混凝土強(qiáng)度、施工性、耐久性以及經(jīng)濟(jì)性。因此, 為了

2、確保噴射混凝土的施工質(zhì)量, 在配合比設(shè)計(jì)及驗(yàn)證階段, 必須對(duì)原材料特性及主要參數(shù)進(jìn)行分析,了解和掌握其對(duì)施工質(zhì)量的影響, 從而采取相應(yīng)控制措施, 配合比設(shè)計(jì)更合理, 噴射混凝土質(zhì)量更能滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工要求。2 配制強(qiáng)度等級(jí)的確定按照常規(guī)混凝土配制強(qiáng)度等級(jí)思路確定噴射混凝土配制強(qiáng)度等級(jí)，據(jù)公式：fcu.0= fcu.k + t式中 fcu.0 混凝土的配制強(qiáng)度，MPa；fcu.k 混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa；t 概率度系數(shù)，依據(jù)保證率P選定，本例選保證率P為90對(duì)應(yīng)的概率度系數(shù)128。混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，MPa；選定為40MPa。所以，本工程噴射混凝土配制強(qiáng)度等級(jí)fcu.025+ 128

3、5;40=301(MPa)。3 原材料的選定根據(jù)我項(xiàng)目部隧道施工現(xiàn)有的施工設(shè)備，采用干法噴射混凝土。各種原材料的選定是嚴(yán)格按照規(guī)范要求并結(jié)合本地原材料情況而定。3.1 水泥噴射混凝土所用水泥強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于32.5MPa。因?yàn)楣杷猁}水泥或普通硅酸鹽水泥具有與速凝劑相容性好、能速凝、早強(qiáng)、快硬、后期強(qiáng)度較高等特性, 應(yīng)優(yōu)先選用。本項(xiàng)目使用水泥為三易牌普通硅酸鹽水泥( PO42.5) 。三易水泥技術(shù)指標(biāo)3.2 骨料3.2.1 砂: 應(yīng)采用堅(jiān)硬耐久的中砂或粗砂, 細(xì)度模數(shù)宜大于215, 含水率宜控制在5% 7%, 含泥量不得大于3%。細(xì)砂會(huì)增加噴射混凝土干縮變形, 易產(chǎn)生粉塵, 惡化施工環(huán)境。本項(xiàng)目

4、使用的中砂細(xì)度模數(shù)為2.90。砂的技術(shù)指標(biāo)3.2.2 石子: 應(yīng)采用堅(jiān)硬耐久的卵石或碎石, 根據(jù)噴射機(jī)輸送管道最小直徑的大小，粒徑不宜大于15mm。卵石光滑干凈, 對(duì)噴射機(jī)和輸料管路磨損小, 有利于遠(yuǎn)距離輸料和減少堵管;碎石混凝土比卵石混凝土強(qiáng)度高, 回彈也較少, 但對(duì)噴射機(jī)和輸料管路磨損大; 當(dāng)使用堿性速凝劑時(shí), 不得使用含有活性二氧化硅的石材。本項(xiàng)目采用碎石, 粒徑范圍510mm和1016mm兩檔。3.2.3 級(jí)配: 采用連續(xù)級(jí)配。若采用缺失中間顆粒的間斷級(jí)配, 則混凝土拌和物易產(chǎn)生分離,粘滯性差, 回彈率較高, 抗壓強(qiáng)度也會(huì)下降。3.3 速凝劑速凝劑種類較多, 無(wú)論選用哪種, 都應(yīng)在使用

5、前與所用水泥進(jìn)行相容性試驗(yàn)和水泥凈漿凝結(jié)效果試驗(yàn), 摻有速凝劑的水泥凈漿必須滿足:3.3.1 具有良好的流動(dòng)性, 不得出現(xiàn)急凝;3.3.2 初凝時(shí)間不大于5min, 終凝時(shí)間不大于10min。應(yīng)根據(jù)水泥品種、水灰比等, 通過(guò)試驗(yàn)確定速凝劑的最佳摻量, 使用時(shí)準(zhǔn)確計(jì)量。本項(xiàng)目速凝劑摻量為水泥用量的3.5%和4.0%。3.4 水應(yīng)使用無(wú)雜質(zhì)的潔凈水, 不得使用污水及HP值小于4的酸性水。4 配合比的擬定噴射混凝土由于工藝的特殊性，與普通混凝土不同，其配合比的各參數(shù)的選定有其自身特殊要求。4.1 砂率的確定噴射混凝土是依賴噴射過(guò)程中水泥與骨料的連續(xù)撞擊、壓密而形成的一種混凝土，為了能夠最大限度地吸收

6、二次噴射時(shí)的沖擊能量，所以砂率應(yīng)較普通混凝土的高，它對(duì)噴射混凝土的稠度和粘滯性影響很大。洞挖工程的錨噴支護(hù)，側(cè)墻和拱頂部位應(yīng)采用較大的砂率，以經(jīng)驗(yàn)，初擬選時(shí)選50 、55 、60三種砂率。4.2 水泥用量的確定根據(jù)規(guī)范，干法噴射水泥與砂石之重量比宜為10：4010：45，水灰比宜為04 045。若使用水泥過(guò)少，回彈量大，初期強(qiáng)度增長(zhǎng)慢；若使用水泥過(guò)多，不僅不經(jīng)濟(jì)，而且會(huì)產(chǎn)生大量粉塵惡化施工條件，硬化后的混凝土收縮也增大。初擬380kg、400kg、420kg。4.3 水灰比的確定單位用水量的確定)要通過(guò)試噴確定單位用水量，然后計(jì)算出水灰比。4.4 砂石用量的確定常規(guī)算法，從略。5 噴射混凝土配

7、合比參數(shù)調(diào)整、確定噴射混凝土配合比設(shè)計(jì)區(qū)別于常規(guī)混凝土配合比設(shè)計(jì)驗(yàn)證最大的特點(diǎn)是其配合比要經(jīng)過(guò)實(shí)際試噴確定。我們?cè)诠^(qū)內(nèi)選一處與洞內(nèi)地質(zhì)、水文、施工條件相似的巖壁，進(jìn)行了試噴從而確定了適用于本工程的噴射混凝土配合比。5.1 單位用水量的調(diào)整、選定在試噴時(shí)判定噴射混凝土用水量是否適當(dāng)，是通過(guò)操作手調(diào)整水閥實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)噴射混凝土表面干濕不一、出現(xiàn)干斑、噴射物附著性差、施工工作面粉塵多、回彈量大時(shí)，應(yīng)調(diào)大水閥，增加單位用水量；當(dāng)噴射混凝土表面出現(xiàn)流淌、滑移、成塊拉裂時(shí)，應(yīng)調(diào)小單位用水量；某種配合比用水量適宜時(shí)，混凝土表面平整、濕潤(rùn)均勻、有光澤、無(wú)干斑或滑移流動(dòng)現(xiàn)象。用水量適宜穩(wěn)定后在受噴測(cè)試區(qū)內(nèi)做好厚

8、度標(biāo)志，水表計(jì)量用水量，噴射施工完成后，抹平該區(qū)域，結(jié)合各材料自然含水率，折算成混凝土立方體用水量，即得單位用水量，也即得適宜配合比下水灰比。實(shí)際試噴時(shí)側(cè)立受噴面的單位用水量是175kg倒立(模擬拱項(xiàng))受噴面的單位用水量是170kg。5.2 砂率的調(diào)整、確定試噴時(shí)，回彈率的大小是一個(gè)重要的指標(biāo)，回彈率大，主要是砂率不合適，應(yīng)增大砂率，在幾種設(shè)定的砂率下，通過(guò)測(cè)定每一種砂率下的回彈率，經(jīng)比較，最小的回彈率對(duì)應(yīng)的砂率即為最佳砂率。實(shí)際試噴時(shí)，側(cè)立受噴面最小的回彈率為9 ，其對(duì)應(yīng)的最佳砂率為52 ；倒立(模擬拱頂)受噴面最小的回彈率為17 ，其對(duì)應(yīng)的最佳砂率為55 ?；貜椔示∮谝?guī)范關(guān)于邊墻受噴面回

9、彈率應(yīng)不大于15 、頂拱受噴面回彈率應(yīng)不大于25的規(guī)定。5.3 水灰比的確定(水泥用量的調(diào)整)試噴時(shí)，按照規(guī)范成大板，做強(qiáng)度試驗(yàn)，能滿足配制強(qiáng)度的水灰比，最小的水泥用量的配比即是要確定的最佳配合比。經(jīng)過(guò)以上步驟洞內(nèi)開(kāi)挖初期支護(hù)用噴射混凝土最佳配合6 噴射混凝土質(zhì)量控制6.1 檢查噴射混凝土抗壓強(qiáng)度所需的試塊應(yīng)在工程施工中抽取制取。試塊數(shù)量, 每噴射50100m3混合料或混合料小于50m3的獨(dú)立工程,不得少于一組。每組試塊不得少于3個(gè);材料或配合比變更時(shí),應(yīng)另作一組。6.2 檢查噴射混凝土的標(biāo)準(zhǔn)試塊應(yīng)在一定規(guī)格的噴射混凝土板件上切割制取。試件為邊長(zhǎng)10cm的立方體,在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28d,用

10、標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的極限抗壓強(qiáng)度,并乘以0. 95的系數(shù)。6.3 采用立方體試塊做抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí),加載方向必須與試塊噴射成型方向垂直。6.4 噴射混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)試塊制作方法標(biāo)準(zhǔn)試塊應(yīng)從現(xiàn)場(chǎng)施工的噴射混凝土板件上割成要求尺寸的方法制作。模具尺寸為450mm ×350mm ×120mm (長(zhǎng)×寬×高) ,其尺寸較小的一個(gè)邊為敞開(kāi)狀。6.5 標(biāo)準(zhǔn)試塊制作應(yīng)符合下列步驟:在噴射作業(yè)面附近,將模具敞開(kāi)一側(cè)朝下,以80°(與水平面的夾角)左右置于墻角。先在模具外的邊墻上噴射,待操作正常后,將噴頭移至模具位置,由上而下,逐層向模具內(nèi)噴射混凝土。將噴滿混凝土

11、的模具移至安全地方,用三角抹刀刮平混凝土表面。在隧洞內(nèi)潮濕環(huán)境中養(yǎng)護(hù)1d后脫模。將混凝土大板移至實(shí)驗(yàn)室,在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)7d,用切割機(jī)去掉周邊和上表面(底面可不切除)后,加工成100mm的立方體試塊。立方體試塊的允許偏差:邊長(zhǎng)±1mm;直角< 2°。加工后的邊長(zhǎng)為100mm的立方體試塊繼續(xù)在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)至28d齡期,進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。7 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)合理的配合比設(shè)計(jì)及有效的控制措施, 本項(xiàng)目噴射混凝土質(zhì)量?jī)?yōu)良, 施工回彈率控制在10%15%, 噴大板切割法混凝土試件標(biāo)養(yǎng)28天平均抗壓強(qiáng)度為30.8MPa。由于噴射混凝土施工工藝的特殊性, 特別是干法噴射施工, 水灰比難以準(zhǔn)確控制, 配合比相對(duì)不穩(wěn)定, 施工質(zhì)量難以控制。在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí), 應(yīng)對(duì)配合比主要參數(shù)進(jìn)行分析, 掌握參數(shù)變化對(duì)質(zhì)量的影響, 采取有效的控制措施, 將影響降到最低, 從而確保施工質(zhì)量, 使噴射混凝土結(jié)構(gòu)