噴射混凝土強(qiáng)度影響因素及保障措施

【摘要】噴射混凝土與受噴層之間的粘結(jié)強(qiáng)度大小對(duì)工程支護(hù)和結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固起著非常重要的作用，是決定噴射混凝土與受噴層能否共同工作、受力的重要因數(shù)之一。本文介紹了大石門水庫(kù)大壩深部基礎(chǔ)處理工程中對(duì)于保障噴射混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的若干措施，供其他工程參考。

【關(guān)鍵詞】噴射混凝土；圍巖；粘結(jié)強(qiáng)度；措施；大石門水庫(kù)

1、工程概述

庫(kù)容1.27億m3，水庫(kù)正常蓄水位2300.00m，電站裝機(jī)60MW，發(fā)電引水流量82.0m3/s。

大石門水庫(kù)大壩深部基礎(chǔ)處理工程包括大壩深部基礎(chǔ)處理及大壩帷幕灌漿平洞及壩基排水平洞的開(kāi)挖、支護(hù)。工程圍巖地質(zhì)條件復(fù)雜（以Ⅳ類、Ⅴ類圍巖為主體），由于開(kāi)挖掌子面較小，作業(yè)空間不大，工程采用干噴法進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)。施工過(guò)程中對(duì)開(kāi)挖的平洞、支洞等部位進(jìn)行不同種類的噴射混凝土支護(hù)，以強(qiáng)度劃分有C20、C25噴射混凝土及C25鋼纖維噴射混凝土。為了能夠減少擾動(dòng)，減小圍巖松動(dòng)范圍，以及盡量減少開(kāi)挖面的支護(hù)工程量，并使噴射混凝土與受噴層能否更好的共同工作、受力，保證噴射混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度就尤為重要。本文擬就如何保障噴射混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的措施進(jìn)行介紹。

2、 影響噴射混凝土強(qiáng)度的因數(shù)及采取的相應(yīng)措施

噴射混凝土作為圍巖支護(hù)的主要措施之一，其粘結(jié)強(qiáng)度對(duì)支護(hù)效果的好壞起決定作用，粘結(jié)強(qiáng)度隨噴射混凝土抗壓強(qiáng)度的增加而增加，另外粘結(jié)強(qiáng)度與受噴面成分、圍巖類別、粗糙程度、混凝土原材料、外加劑相容性、界面濕潤(rùn)程度、養(yǎng)護(hù)情況、噴射壓力及角度等因數(shù)有關(guān)。

2.1 、混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

雖然粘結(jié)強(qiáng)度隨噴射混凝土抗壓強(qiáng)度的增加而增加，但一味的降低水膠比會(huì)使粉塵量增加，抗壓強(qiáng)度的增加也不明顯（見(jiàn)表1、圖1）。以P.O42.5水泥配制5%JS477-2005速凝劑，砂率52%的試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)當(dāng)水膠比降低至0.40后，抗壓強(qiáng)度及粘結(jié)強(qiáng)度趨于收斂狀態(tài)，且回彈率較高，如采用小于0.40水膠比施工將大幅增加工程成本，對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的提高卻不大，所以針對(duì)不同設(shè)計(jì)強(qiáng)度的噴射混凝土水膠比控制在0.40～0.45之間。

2.2、水泥與速凝劑的相容性對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

由于水泥礦物成分、比表面積、所摻混合料的品種及摻量的不同，以及速凝劑的均質(zhì)性、穩(wěn)定性等原因會(huì)導(dǎo)致水泥與速凝劑相容性差，具體表現(xiàn)為凝結(jié)時(shí)間、1d抗壓強(qiáng)度、28d抗壓強(qiáng)度比等指標(biāo)不能滿足要求，要達(dá)到設(shè)計(jì)要求而加大用量等（表2）。

以上水泥為P.O42.5，速凝劑摻量為水泥用量5%，水膠比0.5。

水泥熟料中具有水化反應(yīng)迅速的C3A和C3S各占8%、50%左右比例，選擇C3A和C3S含量較高的水泥，可以較好的與速凝劑相容，并能夠速凝、快硬，后期強(qiáng)度也較高。需要注意的是這兩種成分對(duì)水泥的水化放熱量影響很大，特別是C3A，所以在噴射混凝土施工時(shí)應(yīng)注意一次噴射厚度（邊墻80～90mm、頂拱40～50mm）和混凝土層的均勻性，防止水化熱量不均勻造成的砼開(kāi)裂。

優(yōu)先選用強(qiáng)度等級(jí)不低于32.5的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，在選用干噴法進(jìn)行施工時(shí)，因回彈量較大，建議使用強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5的普通硅酸鹽水泥。采用C4AF含量高而C3A含量低的水泥及減水劑等措施，都有利于提高噴射混凝土的抗拉強(qiáng)度。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境合理選擇水泥和速凝劑品種，畢竟水泥的選購(gòu)時(shí)有就近原則，所以首先選定了水泥品種后，在選用速凝劑時(shí)要注意，并非質(zhì)量最好的就是適用的，必須通過(guò)試驗(yàn)選擇搭配能夠滿足要求的組合。

2.3 、骨料對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

骨料級(jí)配對(duì)噴射混凝土拌合物的可泵性、通過(guò)管道的流動(dòng)性、在噴嘴處的水化效果、對(duì)受噴面的粘結(jié)程度，以及對(duì)混凝土的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性都具有重要作用。

噴射混凝土用砂宜采用中粗砂，細(xì)度模數(shù)應(yīng)在2.8～3.2之間。砂子過(guò)細(xì)，比表面積大，砂粒周圍粘有過(guò)多粉塵會(huì)影響水泥漿與骨料表面的粘結(jié)，從而降低噴射混凝土與受噴面得粘結(jié)強(qiáng)度；砂子過(guò)粗，則會(huì)增加噴射混凝土回彈量，造成浪費(fèi)增加經(jīng)濟(jì)損失。

噴射混凝土用卵石或碎石均可，最大粒徑應(yīng)控制在15mm以下為宜（表3）。采用粒徑較小的碎石有利于提高噴射混凝土的抗拉強(qiáng)度。采用連續(xù)級(jí)配獲得最大混凝土表觀密度，避免混凝土拌合物產(chǎn)生離析，并能夠減少混凝土回彈量。在摻有速凝劑的噴射混凝土中骨料不得含有活性二氧化硅，以免產(chǎn)生堿集料反應(yīng)而使噴射混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。

骨料除了細(xì)度、粒徑、級(jí)配要求以外，還要注意含泥量、超遜徑含量、石粉含量（人工砂）等因數(shù)對(duì)噴射混凝土的影響。

2.4、 砂率對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

砂率對(duì)噴射混凝土的強(qiáng)度和黏結(jié)力影響很大，當(dāng)砂率過(guò)大時(shí)，雖然回彈損失小且可泵性好，但混凝土強(qiáng)度降低明顯，收縮大；反之砂率過(guò)小時(shí)，混凝土強(qiáng)度高，但可泵性差，易堵管，回彈量大，造成經(jīng)濟(jì)損失。砂粒較粗時(shí)選擇砂率偏大，砂粒較細(xì)時(shí)選擇砂率偏小。一般砂率在45～55%之間，通過(guò)試驗(yàn)確定回彈損失小、抗壓強(qiáng)度高、可泵性好、經(jīng)濟(jì)的砂率為52%。

2.5 、受噴面處理、噴射混凝土養(yǎng)護(hù)對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

噴射混凝土的形狀不同，殘余應(yīng)力也就不同；噴層厚度相差懸殊，水分損失快慢不均，都會(huì)造成混凝土干縮不均，出現(xiàn)裂紋，降低噴射混凝土與受噴面得粘結(jié)強(qiáng)度。為使噴層厚度均勻，獲得較平整的受噴面，應(yīng)采用光面爆破或預(yù)裂爆破。

在噴射混凝土之前應(yīng)清除所有松散巖塊、浮石巖渣及油脂或者其他影響噴射混凝土與圍巖粘結(jié)的污濁、贓物；根據(jù)圍巖等級(jí)不同，用高壓風(fēng)、水清洗作業(yè)面；潤(rùn)濕巖面，處理表面積水及輸排裂縫滲漏水。

加入速凝劑后，使存在于水泥顆粒間的大量游離水被未水化的顆粒迅速吸收，從而加速水泥的水化過(guò)程。如果未能及時(shí)養(yǎng)護(hù)，噴射混凝土在早期硬化過(guò)程中水分蒸發(fā)過(guò)多，造成混凝土由表面逐步向內(nèi)部發(fā)展的干縮，引起內(nèi)應(yīng)力和殘余變形，從而降低了噴射混凝土與受噴面得粘結(jié)強(qiáng)度，所以應(yīng)在噴射混凝土終凝2h后開(kāi)始噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般不得少于14d；在相對(duì)潮濕的洞室內(nèi)，圍巖品質(zhì)較好，養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般不得少于7d。

2.6 、噴射壓力及角度的影響

噴射混凝土施工時(shí)，拌合料以較高的速度噴向受噴面，水泥顆粒與集料反復(fù)沖擊，使混凝土連續(xù)得到擠壓。噴射機(jī)提高連續(xù)穩(wěn)定的壓力，根據(jù)不同骨料調(diào)整風(fēng)壓在0.5～0.7MPa之間，壓力過(guò)小，導(dǎo)致混凝土擠壓不密實(shí)；壓力過(guò)大將會(huì)增加回彈量，造成不必要的浪費(fèi)。噴頭與受噴面保持垂直狀態(tài)，同時(shí)噴射混凝土噴射工藝采用較小的水膠比，從而使噴射混凝土具有良好的密實(shí)性和較高的強(qiáng)度。

3、 保障措施的效果

通過(guò)一系列的試驗(yàn)，合理選擇噴射混凝土水膠比、砂率、水泥和速凝劑品種，并在施工過(guò)程中注意受噴面的處理及對(duì)噴射混凝土的及時(shí)養(yǎng)護(hù)，根據(jù)噴射部位調(diào)整噴射壓力及噴射距離、角度，有效的滿足了噴射混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的工程設(shè)計(jì)要求（表5）。

4、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在大石門水庫(kù)基礎(chǔ)處理工程中對(duì)噴射混凝土的一系列試驗(yàn)、調(diào)整及現(xiàn)場(chǎng)控制，對(duì)C25噴射混凝土檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6），所有檢測(cè)結(jié)果均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

根據(jù)在工程中試驗(yàn)檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)施工控制總結(jié)以下經(jīng)驗(yàn)供參考：

1）試驗(yàn)確定與已選定水泥相容性最好的外加劑，或是各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足要求的外加劑；

2）根據(jù)施工技術(shù)要求，并考慮經(jīng)濟(jì)性的前提下合理確定噴射混凝土水膠比（0.40～0.45）、砂率（45～55%）；

3）必須加強(qiáng)對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)重要性的認(rèn)識(shí)，并做好相關(guān)工作；

4）作業(yè)前應(yīng)對(duì)施工人員做好技術(shù)交底及產(chǎn)前培訓(xùn)。

參考文獻(xiàn) ：

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