噴射混凝土現(xiàn)場(chǎng)回彈率試驗(yàn)分析

艾新春，藏志剛，宮 旭（遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110003）

噴射混凝土現(xiàn)場(chǎng)回彈率試驗(yàn)分析

艾新春，藏志剛，宮 旭
（遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110003）

隧洞噴射混凝土在施工過程中回彈率不同，如果回彈率過大會(huì)造成原材料浪費(fèi)嚴(yán)重，增加施工成本。文中結(jié)合不同施工工藝，對(duì)噴射混凝土在隧洞中的回彈率進(jìn)行了試驗(yàn)，從而找到了影響噴射混凝土回彈率的關(guān)鍵因素。

隧洞施工；噴射混凝土；配合比；回彈率

1　前言

回彈率是噴射混凝土回彈率，一般是在工地現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。按結(jié)構(gòu)劃分或找一施工段側(cè)墻或頂面進(jìn)行試驗(yàn)，在地上鋪設(shè)帆布（以盡量不丟失回彈料為宜）。然后噴射一定體積或重量的混凝土，將落到地面的混凝土收集并稱重，落到地面混凝土重量占總噴射混凝土重量的比例就是噴射混凝土回彈率。在噴射混凝土施工中回彈率是一個(gè)重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

噴射混凝土是國(guó)內(nèi)目前隧道施工的主要工藝，應(yīng)用比較廣泛但回彈率普遍偏高。不同的噴射混凝土配合比在施工應(yīng)用過程中回彈率不同，如果回彈率過大，會(huì)造成原材料浪費(fèi)嚴(yán)重，增加施工成本，而且過大的回彈率造成施工現(xiàn)場(chǎng)空氣粉塵過高，嚴(yán)重威脅施工人員健康安全。結(jié)合施工工藝，通過不同的噴射混凝土配合比在隧洞中的施工應(yīng)用、回彈率試驗(yàn)等，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，從而找到了影響噴射混凝土回彈率的一些相關(guān)因素。

2　噴射混凝土工施工藝

為研究噴射混凝土配合比在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，找出影響噴射混凝土回彈率的一些相關(guān)因素在某工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，該工程隧洞洞徑8.00 m，屬大斷面隧洞。采用噴射混凝土做隧洞開挖支護(hù)。

噴射混凝土的施工工藝主要有兩種：干式噴混凝土、濕式噴混凝土。干式噴混凝土施工工藝是將水泥和骨料攪拌混合均勻后運(yùn)至噴射機(jī)處再添加速凝劑，然后從一個(gè)噴嘴噴射出，同時(shí)從另一個(gè)噴嘴噴射水，以較高速度噴射到巖面上，其工藝流程見圖1所示。該工藝施工時(shí)粉塵大，噴射回彈率大，工作條件惡劣。

濕式噴混凝土施工工藝是預(yù)先在攪拌機(jī)內(nèi)將所有材料攪拌均勻，和常規(guī)混凝土攪拌相同，用濕式噴射機(jī)將拌合好的混凝土混合料壓送到噴頭處，再在噴頭上添加速凝劑后噴出，利用壓縮空氣的沖擊成型。其工藝流程見圖2所示。濕式噴射混凝土施工中粉塵、回彈率均明顯小于干式噴射混凝土，并能獲得較好的施工質(zhì)量，同時(shí)改善了施工環(huán)境。結(jié)合工程主洞現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)，通過采用濕噴混凝土施工工藝，有效地提高了噴射混凝土的施工質(zhì)量，降低了混凝土回彈率，改善了施工環(huán)境，取得了較好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。

3　噴射混凝土配合比

3.1主要原材料

噴射混凝土所使用的原材料主要包括：水泥、細(xì)骨料、粗骨料、速凝劑、拌合水等。

1）水泥。水泥應(yīng)優(yōu)先選擇硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，該項(xiàng)目采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥，使用前作檢驗(yàn)，其性能符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

圖2　濕式噴混凝土施工工藝流程圖

2）細(xì)骨料。細(xì)骨料應(yīng)選用級(jí)配合理，質(zhì)地均勻堅(jiān)硬、吸水率低、孔隙率小、非堿活性、潔凈、不含易凍裂的礦物質(zhì)天然中、粗河砂，細(xì)度模數(shù)F·M= 2.5～3.0為宜。其技術(shù)指標(biāo)符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

3）粗骨料。粗骨料應(yīng)選用級(jí)配合理、粒形良好、質(zhì)地均勻堅(jiān)硬、非堿活性、不含易凍裂的礦物質(zhì)的潔凈碎石，粒徑不宜大于15 mm。

4）水。水采用潔凈無污染的施工用水，其中不含影響混凝土性能的礦物質(zhì)成分。

5）速凝劑。速凝劑。干式噴射混凝土采用干粉速凝劑，濕式噴射混凝土采用液態(tài)速凝劑，使用前與水泥做相容性試驗(yàn)及水泥凝結(jié)效果試驗(yàn)。

3.2配合比

該工程噴射混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C25W8，施工中根據(jù)不同的情況分別采用了干、濕噴法。結(jié)合該工程的實(shí)際情況，試驗(yàn)段采用濕噴法，工程現(xiàn)場(chǎng)選用P.O42.5長(zhǎng)白山牌水泥。A1，A2配合比中使用不同廠家低堿速凝劑，A3，A4中使用不同廠家無堿速凝劑。微硅粉、粉煤灰采用相同廠家。噴射混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1　噴射混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果表

4　混凝土攪拌運(yùn)輸施工

4.1攪拌

濕噴混凝土采用全自動(dòng)計(jì)量強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌和、拌和時(shí)間嚴(yán)格控制，不應(yīng)低于2 min。

4.2運(yùn)輸

運(yùn)輸采用混凝土運(yùn)輸罐車，隨運(yùn)隨拌。噴射混凝土?xí)r，要滿足濕噴混凝土的供應(yīng)。在運(yùn)輸過程中，要防止混凝土離析、漏漿、水分流失、坍落度損失過大及產(chǎn)生初凝等現(xiàn)象。試驗(yàn)測(cè)得當(dāng)混凝土出機(jī)口坍落度控制在180～210 mm時(shí)，羧酸類減水劑在2.0 h內(nèi)、萘系減水劑在1.0 h內(nèi)，到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土坍落度在120～160 mm范圍內(nèi)。

4.3施工

4.3.1噴射前的準(zhǔn)備工作

1）初噴射前應(yīng)對(duì)受噴射巖面進(jìn)行處理。輪廓尺寸不符合要求的，并加以修整，使其符合設(shè)計(jì)要求。

3）若遇受碰面有涌水、滲水或潮濕的巖面，噴射前應(yīng)按不同情況進(jìn)行處理后實(shí)施噴混凝土作業(yè)。

4）準(zhǔn)備好工作臺(tái)車或腳手架，備足照明設(shè)備。

5）檢查機(jī)具設(shè)備、風(fēng)、水、電等管線路及壓力表、安全閥是否完好，并試運(yùn)行，測(cè)試施工耗風(fēng)量、風(fēng)壓、輸料管線的承壓能力。

4.3.2噴射作業(yè)及養(yǎng)護(hù)

1）開始作業(yè)時(shí)，先給風(fēng)再送電，當(dāng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)正常后再給料；（作業(yè)結(jié)束時(shí)，先停料再停電，最后停風(fēng)。）

2）供料應(yīng)均勻連續(xù)。機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，料灌內(nèi)應(yīng)保持足夠的存料。

常見的人工流產(chǎn)術(shù)、刮宮術(shù)等宮腔手術(shù)中未能控制刮宮深度、吸宮負(fù)壓較大、刮宮過度、宮頸口擴(kuò)張不正規(guī)及反復(fù)操作等原因均可能加重子宮內(nèi)膜基底部損傷，引起宮腔粘連。宮腔粘連部位或程度不同，患者表現(xiàn)出臨床癥狀也不相同，多數(shù)宮腔操作手術(shù)患者術(shù)后出現(xiàn)閉經(jīng)、月經(jīng)量減少、周期性腹痛、繼發(fā)不孕及反復(fù)流產(chǎn)等癥狀，嚴(yán)重影響患者生育要求和生活質(zhì)量[8-10]。

3）噴射順序。噴射應(yīng)分段、分部、分塊、分層進(jìn)行，先補(bǔ)平坑洼低凹處，按先墻后拱，自下而上進(jìn)行噴射，若有鋼格柵則先噴格柵鋼架與拱璧間隙部分后噴兩鋼架之間部分。噴射混凝土分層進(jìn)行，一次噴射厚度根據(jù)噴射部位和設(shè)計(jì)厚度而定，拱部宜為5～6 cm，邊墻為7～10 cm，后噴層應(yīng)在先噴層終凝后進(jìn)行，若終凝后或間隔1 h后噴射受噴面應(yīng)用高壓風(fēng)水清洗干凈。噴射混凝土表面應(yīng)密實(shí)、平整，無裂縫、脫落、漏噴、空鼓、滲漏水等現(xiàn)象，不平整度允許偏差為±3 cm。

4）噴頭工藝、噴射距離與角度。噴嘴需對(duì)受噴巖面作順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，一圈壓半圈縱向蛇行移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)直徑約為20～30 cm，噴頭與受噴工作面保持1.5～2.0 m的距離，噴射距離與骨料粒徑、風(fēng)壓有關(guān)。噴頭和受噴工作面的夾角宜控制在75°～90°角度，噴射時(shí)應(yīng)由噴射操作手根據(jù)噴護(hù)效果進(jìn)行調(diào)整。以減少噴射混凝土的反彈。

5）噴射機(jī)的工作風(fēng)壓嚴(yán)格控制在0.1～0.7 MPa范圍內(nèi)，從拱腳到邊墻腳風(fēng)壓由高到低，拱部的風(fēng)壓為0.4～0.6 MPa，邊墻的風(fēng)壓為0.3～0.5 MPa。

6）速凝劑的更換。在收集回彈料的同時(shí)，噴車如果需要更換速凝劑，則在更換不同類型的速凝劑時(shí)，需要對(duì)噴車的速凝劑管道進(jìn)行充分的清洗，以免不同類型的速凝劑混合后腐蝕速凝劑管道。

7）養(yǎng)護(hù)。應(yīng)在噴射混凝土終凝2 h后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，保持噴射面濕潤(rùn)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14 d。

5　對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果分析

5.1抗壓強(qiáng)度

抗壓強(qiáng)度試件按規(guī)程要求成型大板，加工成邊長(zhǎng)為100 mm的立方體試塊繼續(xù)在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)至28 d齡期進(jìn)行抗壓。

5.2回彈率

這次試驗(yàn)每種配合比試噴一段（不按結(jié)構(gòu)劃分）。

5.3試驗(yàn)結(jié)果分析

這次試驗(yàn)采用不同的配合比，配合比試驗(yàn)編號(hào)為A1，A2，A3，A4。為減小其它因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，試驗(yàn)選擇相同的施工環(huán)境、經(jīng)驗(yàn)豐富的同一噴射操作手。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2　噴射混凝土現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果表

從表1和表2試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可以看出：

1）現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)的噴射混凝土抗壓強(qiáng)度（見表2），高于試驗(yàn)室配合比中抗壓強(qiáng)度（見表1）。原因?yàn)?，兩種混凝土的成型方式不同，拌和樓采用人工插搗，現(xiàn)場(chǎng)大板成型是由風(fēng)吹送混凝土于自制的木模中，試件的密度一般沒有人工插搗的密實(shí)，會(huì)影響混凝土的抗壓強(qiáng)度。噴射混凝土大板抗壓強(qiáng)度，無堿速凝劑高于低堿速凝劑，抗壓強(qiáng)度都能滿足混凝土的配制強(qiáng)度，滿足設(shè)計(jì)要求并存在一定的富裕。

2）同時(shí)使用微硅粉和粉煤灰的配合比A3，A4在現(xiàn)場(chǎng)噴射中的回彈率優(yōu)于只使用微硅粉的A1，A2。從試驗(yàn)結(jié)果也表明：合理的噴射混凝土配合比也是減少混凝土回彈率的根本。

回彈產(chǎn)生是不可避免的，當(dāng)混凝土噴射于堅(jiān)固表面、鋼筋拱架或噴射集料顆粒本身在噴射過程中相互碰撞，就會(huì)從受噴面彈落下來。回彈率的大小與多種因素有關(guān)，在工程噴射混凝土配合比選定后，針對(duì)影響回彈率的因素，通過現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期、大量施工調(diào)查，并結(jié)其他類似工程把容易出現(xiàn)的問題進(jìn)行歸納總結(jié)。

①風(fēng)壓、水壓控制不好，噴射距離過大或過小。

②噴射順序不合理。

③未分層噴射，一次噴射厚度過大。

④外加劑添加不規(guī)范。

⑤現(xiàn)場(chǎng)配合比不合理

6原因分析及解決措施

為確保隧洞噴射支護(hù)工程質(zhì)量，在噴射混凝土施工過程中減少回彈率，從而減小原材料的浪費(fèi)，結(jié)合影響回彈率的幾個(gè)問題，施工控制中以下幾點(diǎn)可供參考

1）人員方面，工人施工經(jīng)驗(yàn)不足，責(zé)任心差，對(duì)回彈率不重視?？赏ㄟ^組織交底會(huì)，明確施工注意事項(xiàng)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)責(zé)任心教育。組織學(xué)習(xí)，進(jìn)行質(zhì)量教育和操作培訓(xùn)讓施工人員加強(qiáng)質(zhì)量意識(shí)，認(rèn)識(shí)到降低回彈率的重要性。

2）設(shè)備方面，設(shè)備性能差、控制裝置不完善，施工平臺(tái)設(shè)計(jì)不合理、高壓風(fēng)、水壓力不足。可組織人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行合理化改進(jìn)，確保設(shè)備滿足施工要求。

3）混凝土拌和料物方面，因現(xiàn)場(chǎng)控制不嚴(yán)，造成混凝土拌制質(zhì)量差。要嚴(yán)格控制混凝土配合比，配合比須經(jīng)試驗(yàn)確定，混凝土及原材料必須符合規(guī)范要求，檢驗(yàn)合格后的骨料在運(yùn)輸鏟運(yùn)過程中避免二次污染（泥水摻入）。混凝土拌合用料稱量精度必須符合規(guī)范要求。噴射混凝土配合比在現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)用時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)回彈率情況調(diào)整速凝劑摻量，調(diào)整后需做抗壓強(qiáng)度等試驗(yàn)確定是否滿足標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)員現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定含水率，提供施工配合比。嚴(yán)格按照配合比進(jìn)行計(jì)量拌制，施工過程試驗(yàn)員需全程跟蹤。加強(qiáng)溝通避免混凝土滯留時(shí)間過長(zhǎng)，噴射前對(duì)拌和物二次加水。冬季，當(dāng)年11月至次年4月是該地區(qū)的漫長(zhǎng)冬季，由于冬季環(huán)境溫度較低，通常在-10℃以下，隧道內(nèi)溫度在0～5℃，骨料需提前運(yùn)入隧洞內(nèi)存儲(chǔ)，避免骨料溫度過低而影響混凝土，當(dāng)拌和物溫度低于10℃時(shí)，噴射混凝土的回彈料明顯增加。必要時(shí)可給拌合用水加溫的方法來提高混凝土拌和物溫度。

4）噴射方法，噴射人員熟練程度會(huì)直接影響濕噴混凝土施工質(zhì)量，同一位置噴射面積過大、風(fēng)水壓未調(diào)整即開始噴射混凝土。通過操作培訓(xùn)，熟練的操作手加以指導(dǎo)，使掌握最佳噴射方法。

5）工作環(huán)境原因，回彈料傷人，很難靠近施工部位?？諝赓|(zhì)量差，觀察效果差。需加大投入，制定合理有效的施工防護(hù)措施。如制作噴射手專用的防護(hù)服和護(hù)目鏡，保證回彈骨料不會(huì)對(duì)噴射手造成傷害和干擾。增強(qiáng)通風(fēng)效果，保證新鮮空氣流入。

［1］楊紅偉.高寒地區(qū)噴射混凝土配合比設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.隧道建設(shè)，2010，30（Z1）：421-424.

［2］朱國(guó)建.噴射混凝土在長(zhǎng)大軟巖隧洞中的應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古水利，2011，（4）：123-124.

［3］楊富亮，匡艷紅，李灼然.濕噴混凝土現(xiàn)場(chǎng)施工工藝［J］.云南水力發(fā)電，2008，3（24）：59-62.

當(dāng)ε＞30時(shí)，不必進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。

2）彎矩作用平面外的穩(wěn)定計(jì)算：

由于彎矩作用在最大剛度平面內(nèi)，所以彎矩作用平面外的穩(wěn)定，按下式計(jì)算：

3）計(jì)算結(jié)果與分析：

支臂穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果列于表5。

表5　支臂穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果　　MPa

從表中數(shù)據(jù)可知：

上支臂的最大穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)力為132.9 MPa，下支臂的最大穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)力為136.4 MPa，均小于材料相應(yīng)的容許應(yīng)力。

3　結(jié)論與建議

1）綜合分析現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與復(fù)核計(jì)算成果，溢洪道工作閘門可繼續(xù)使用。

2）對(duì)溢洪道工作閘門應(yīng)進(jìn)行一次全面的防腐處理，以控制銹蝕的繼續(xù)發(fā)展。

3）加強(qiáng)閘門的維護(hù)保養(yǎng)，對(duì)于易淤積的部位應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維護(hù)處理，以便及早消除引起局部銹蝕的隱患。

[收稿日期]2016-01-23

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2016-03-29