C50噴射混凝土配合比試驗(yàn)研究

金星

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界各地的超大型工程正在逐漸地被建造起來。水電工程中有位于山體內(nèi)的大跨度的地下廠房，公路工程中有穿越崇山的超長型隧道，鐵路工程中有依山傍河的永久邊坡；這一系列的工程中無論是哪一種都需要用到噴射混凝土進(jìn)行支護(hù)。隨著工程技術(shù)難度的加大，支護(hù)所用的噴射混凝土要求也越來越高，本論文結(jié)合巴基斯坦塔貝拉水電站四期擴(kuò)建工程取水口永久邊坡支護(hù)工程所用的噴射混凝土進(jìn)行試驗(yàn)研究，著重探討C50高強(qiáng)噴射混凝土配合比的試驗(yàn)研究過程。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)；噴射混凝土；配合比

塔貝拉水電站位于印度河干流巴基斯坦境內(nèi)，距離巴基斯坦首都伊斯蘭堡約130km。塔貝拉水電站是目前巴基斯坦國內(nèi)最大的水電站。塔貝拉水電站四期土建擴(kuò)建工程取水口高邊坡支護(hù)所用的噴射混凝土設(shè)計(jì)28天抗壓強(qiáng)度為50MPa，噴射混凝土如此之高的抗壓強(qiáng)度在國內(nèi)外工程中都屬少見，因此設(shè)計(jì)出滿足要求的混凝土是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。從技術(shù)角度分析，原材料選擇、配合比參數(shù)確定、現(xiàn)場施工工藝以及現(xiàn)場混凝土的工作性能都將成為此種混凝土配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。

1 原材料選擇

1.1 水泥

對于高強(qiáng)噴射混凝土，水泥優(yōu)先選用抗壓強(qiáng)度不低于42.5MPa的硅酸鹽水泥，在水泥物資較為充沛的地區(qū)也可選用52.5MPa的硅酸鹽水泥，倘若選用32.5MPa水泥對于配置出C50的噴射混凝土仍然具有一定的難度。

1.2 硅粉

C50高強(qiáng)噴射混凝土還需要摻入適量的硅粉，這樣更容易滿足抗壓強(qiáng)度的要求。對于硅粉的質(zhì)量要求則需滿足二氧化硅含量不低于85%和28天活性指數(shù)不低于105%。

1.3 砂石骨料

砂石骨料的級配對噴射混凝土的回彈起決定性作用，C50噴射混凝土膠凝材料用量大更需有效控制回彈量，因此砂石骨料的級配需要在有效包絡(luò)線內(nèi)，同時(shí)骨料最大粒徑也需滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

1.4 減水劑

C50高強(qiáng)噴射混凝土需要足夠小的氺膠比，因此減水劑必須要很高的減水率，通?？梢赃x用減水率在30%左右的聚羧酸高性能減水劑，減水劑的摻量也盡可能的摻到最大量。

1.5 速凝劑

速凝劑是濕噴混凝土不可缺少的外加劑，對于C50噴射混凝土最好選用不會(huì)降低后期強(qiáng)度的無堿速凝劑。

2 混凝土配合比室內(nèi)試驗(yàn)

與普通混凝土性能試驗(yàn)不同，噴射混凝土性能檢測需在施工現(xiàn)場進(jìn)行，試驗(yàn)工作量大，施工干擾多。為掌握各種因素對混凝土性能影響的規(guī)律，簡化施工現(xiàn)場試驗(yàn)工作，選擇在室內(nèi)進(jìn)行不同條件下水泥凈漿及膠砂性能試驗(yàn)。結(jié)合本工程地理位置和當(dāng)?shù)亟ú氖袌龅那闆r，本次試驗(yàn)采用當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的液態(tài)無堿速凝劑。

2.1 速凝劑摻量對凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的影響

我國建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《噴射混凝土用速凝劑》JC477-2005試驗(yàn)條件與實(shí)際施工條件有較大區(qū)別（比如試驗(yàn)時(shí)不摻減水劑等），與歐洲發(fā)達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)也存在一定差距，不利于無堿速凝劑的使用。為了更有效地反映出速凝劑的真實(shí)效果，考慮到試驗(yàn)操作的難易程度、試驗(yàn)結(jié)果的可比性以及實(shí)際施工中的符合性，液體速凝劑凝結(jié)時(shí)間與膠砂抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)按下面的方法進(jìn)行。

水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間和膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)方法按我國建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《噴射混凝土用速凝劑》JC477-2005類似方法進(jìn)行。其中固定聚羧酸高性能減水劑的摻量為最大摻量。速凝劑摻量對凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度影響試驗(yàn)結(jié)果如表1。

在給定的條件下，表1試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）隨著速凝劑摻量增加，水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間相應(yīng)縮短。

（2）速凝劑在3種摻量下水泥膠砂1天抗壓強(qiáng)度均大于7.0MPa，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一等品質(zhì)量要求，28天抗壓強(qiáng)度比接近100%。這表明摻無堿速凝劑水泥膠砂早期強(qiáng)度較高，28天強(qiáng)度基本無損失。

2.2 水膠比對水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間的影響

試驗(yàn)參照我國建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《噴射混凝土用速凝劑》JC477-2005類似方法進(jìn)行。水灰比取值如表2，減水劑摻最大摻量，速凝劑摻適量，即水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間滿足要求（初凝應(yīng)不大于5min，終凝應(yīng)不大于12min）時(shí)的最低摻量。

水灰比對凝結(jié)時(shí)間影響試驗(yàn)結(jié)果如表2。

在給定的條件下，表2試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間受水膠比影響較大，在保證凝結(jié)時(shí)間適宜的條件下，在水膠比不斷增加的背景下，速凝劑摻量也在不斷增加。

（2）如果將水膠比控制在合理范圍的話，就可以使得速凝劑摻量處于較低的狀態(tài)。

2.3 室內(nèi)試拌混凝土試驗(yàn)

根據(jù)前面的試驗(yàn)成果，選擇不同水灰比，不同硅粉摻量，固定減水劑摻量1.2%，固定速凝劑摻量5%對混凝土進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。室內(nèi)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表3。

在給定的條件下，表3試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）水灰比越小抗壓強(qiáng)度越高，硅粉摻量越大抗壓強(qiáng)度越高。

（2）水灰比小于0.33時(shí)，水灰比對抗壓強(qiáng)度的影響小于硅粉摻量對抗壓強(qiáng)度的影響。

2.4 小結(jié)

（1）無堿速凝劑28d膠砂強(qiáng)度無損失，甚至稍有增加。

（2）硅粉摻量對膠砂強(qiáng)度影響較大，摻硅粉后膠砂強(qiáng)度明顯提高。

（3）《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》作為國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，其中有明確條款提出：濕噴混凝土的水灰比應(yīng)該控制在0.42～0.50之間，但是如果水膠比低于0.4的話，就會(huì)出現(xiàn)速凝劑摻量不斷降低的情況，此時(shí)在處理的過程中需要秉持以下原則：其一，保證混凝土運(yùn)輸和噴射工藝的合格性；其二，保證水膠比和速凝劑用量的合理性。

（4）在水灰比低于0.33時(shí)提高硅粉摻量比降低水灰比更容易獲得較高的抗壓強(qiáng)度。

3 C50噴射混凝土配合比現(xiàn)場試驗(yàn)分析

無可厚非，噴射混凝土室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)場操作的結(jié)果是有很大差異的，因此在進(jìn)行實(shí)際施工工作之前還是需要開展現(xiàn)場試驗(yàn)，由此明確對應(yīng)的試驗(yàn)參數(shù)，才可以指定對應(yīng)的混凝土配合比方案。筆者結(jié)合自己經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為在此過程中需要關(guān)注以下幾個(gè)方面的因素：混凝土工作性能；一次可噴厚度；回彈情況；噴射角度；施工表面處理；施工環(huán)境等。

混凝土拌合采用強(qiáng)制式60拌合站，混凝土攪拌車運(yùn)輸，CIFA CSS-3噴漿臺(tái)車現(xiàn)場噴射。一般來講，噴混凝土設(shè)計(jì)的厚度應(yīng)該控制在100mm，由此去推斷一次噴層厚度應(yīng)該控制在50mm的范圍，并且以兩層的方式來進(jìn)行噴射。

試驗(yàn)采用室內(nèi)確定的配合比參數(shù)進(jìn)行拌制混凝土，現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果如表4。

從上述現(xiàn)場試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)來看，應(yīng)該注重以下幾個(gè)方面：

（1）在室內(nèi)選定配合比的基礎(chǔ)上，混凝土能滿足現(xiàn)場噴射工藝的要求，28d抗壓強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。

（2）現(xiàn)場施工的最佳噴射角度為垂直于巖面。

4 確定C50噴射混凝土配合比

根據(jù)以上的試驗(yàn)成果可以總結(jié)為C50高強(qiáng)噴射混凝土配合比的關(guān)鍵技術(shù)因素有以下幾點(diǎn)：

（1）盡可能地選擇優(yōu)質(zhì)的原材料，如42.5以上標(biāo)號的水泥，減水率較高的聚羧酸高性能減水劑，28天不降強(qiáng)的無堿速凝劑等。

（2）混凝土水灰比盡可能的降低至0.35以下，高摻硅粉和減水劑。

（3）砂率要適宜，砂率過大難以滿足抗壓強(qiáng)度，砂率過小會(huì)增加回彈量。

（4）現(xiàn)場施工方法和施工工藝要最佳。

參考文獻(xiàn)

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