公路隧道濕噴混凝土用機制砂的技術(shù)

杜安矞

（中交一公局第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215011）

1 機制砂的特點

機制砂基本都是不規(guī)則形狀，且?guī)в蟹浅ｏ@著的棱角性。通常情況下，砂顆粒越大，其形狀所具有特定優(yōu)勢越能夠得以發(fā)揮。機制砂的工藝對于砂的質(zhì)量有非常重要的影響，當(dāng)前較為流行的有兩種生產(chǎn)方式，一種是反擊式破碎法，一種是圓錐式破碎發(fā)，其中前者生產(chǎn)的機制砂的顆粒針片狀控制效果要好于后者[1]。

就砂的級配曲線來看，天然砂與機制砂完全不同。前者一般都是“正S 形”，而后者是“反S 形”或拋物線形。機制砂的這種典型級配曲線，呈現(xiàn)出上凸形，也正是在這種情況下配置的混凝土性能最不理想。也就是說，一旦某一段顆粒在調(diào)配中的比重過大或者過少，都會造成性能的劣化，具體表現(xiàn)為耐久性不足。所以在使用機制砂配置混凝土的時候，務(wù)必要合理配置顆粒分布以降低孔隙率，提升堆積密度，以達到強化耐久性的目的。同時，調(diào)配過程中的水灰比、用水量等應(yīng)適當(dāng)控制，避免出現(xiàn)離析泌水現(xiàn)象。

2 原材料的選用

在配置混凝土的各種材料中，選擇硅酸三鈣與鋁酸三鈣含量相對較高的P.O42.5 普通硅酸鹽水泥，這種水泥在加入速凝劑以后，由于有良好的相容性所以能夠加快凝結(jié)硬化，也能夠在一定程度上提升其工作強度。以機制砂為混凝土的細(xì)集料，并以水洗法對機制砂實施除粉作業(yè)，這樣能夠在有效保證環(huán)保的同時，做到良好級配，以及最大程度保證機制砂顆粒的圓潤。以5 ～10mm碎石作為粗集料，利用小粒徑碎石從而在一定程度上降低回彈率。另外，采用HJ-2 型速凝劑，并且在使用之前，首先經(jīng)過適應(yīng)性檢驗。適應(yīng)性檢驗就是針對水泥中各種材料的實際含量，以合理設(shè)置速凝劑的各種成分比例，進而保證混凝土能夠迅速凝結(jié)。

3 配合比的設(shè)計和優(yōu)化

3.1 設(shè)定初步配合比

混凝土的配合比，應(yīng)當(dāng)至少符合下面的幾項要求：（1）具有科學(xué)合理的水灰比，保證28d 混凝土強度達到圖紙設(shè)計及規(guī)范要求的同時，也要保證濕噴混凝土早期強度符合現(xiàn)場施工實際需求。（2）合理的混凝土砂率能保證混凝土配置完成以后工作性能滿足施工要求，使其具有較好的可泵性，并且不會輕易堵管。（3）速凝劑摻量的合理調(diào)配，用以保證混凝土具有良好的噴射效果。（4）配置的混凝土在工作性能上必須確保黏著力符合要求，并且在混凝土噴射高度上、回彈率上都必須符合現(xiàn)場施工要求。

基于此，首先設(shè)定初步配合比，如表1 所示。

3.2 試噴結(jié)果分析

根據(jù)初步配合比，對混凝土進行調(diào)制并完成試噴。在初支混凝土噴射前，首先要對機械設(shè)備的各項工作參數(shù)進行詳細(xì)記錄，并對相關(guān)現(xiàn)場施工人員就注意事項進行了全面的技術(shù)交底。試噴作業(yè)過程中，應(yīng)對風(fēng)壓實施嚴(yán)格控制，以1.2m 為工作面，采用從下到上的噴射順序，并確保噴射過程中噴槍與噴面保持垂直，且保證距離處于最合理的位置。將所有試噴數(shù)據(jù)做出準(zhǔn)確的測量和記錄。

表1 初步配合比

經(jīng)過對現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)的整理和分析得出，按照初步配合比完成調(diào)制的混凝土，其實際坍落度為95mm，并且其可泵性相對較差，在工作過程中容易發(fā)生堵管。此外，混凝土的黏結(jié)力同樣不足，噴射過程中出現(xiàn)塊狀掉落，而且表現(xiàn)出相對較高的回彈率，測定為32%。這樣的高回彈率不僅造成了大量的材料浪費，而且提高了混凝土的施工成本，同時也讓下一道工序受到一定程度的干擾，對整體的施工進度會造成不利影響。另外，噴射的混凝土表面平整度嚴(yán)重不足，作業(yè)現(xiàn)場的粉塵量非常大，造成作業(yè)環(huán)境非常惡劣，既不利于提高工作效率，也嚴(yán)重威脅作業(yè)人員的健康。盡管在試噴的過程中已經(jīng)針對濕噴機各項參數(shù)實施了相應(yīng)的調(diào)整，另外就操作手法也嘗試了多種變化，然而就噴射效果來看，始終未能趨于理想。由此可見，歸根結(jié)底的問題在于初步配合比的設(shè)定不夠科學(xué)，依然需要針對其實施相應(yīng)的調(diào)整。

經(jīng)過對混凝土初步配合比的全面分析得出，要想改變混凝土的和易性和施工工作性，應(yīng)當(dāng)要從其砂率、速凝劑摻量等參數(shù)展開調(diào)整；如果想要改善混凝土強度與耐久性，則應(yīng)從水泥用量、水灰比等參數(shù)實施調(diào)整。

3.3 和易性和施工性改善

為了改善混凝土的和易性和施工性，以求得回彈率降低，針對配合比中砂率、水灰比、速凝劑摻配量實施相應(yīng)的調(diào)整。

由于取使得若干擾與目標(biāo)的角度相差較大，即只有副瓣干擾時，很難滿足條件進而使得目標(biāo)與干擾導(dǎo)向矢量相關(guān)性大大降低，此時，Δf的取值對目標(biāo)與干擾的導(dǎo)向矢量相關(guān)性基本無影響，輸出SINR都會很高，若再進行最優(yōu)頻率增量的選取，意義不大。

由于機制砂的棱角相對較多，所以具有更大的表面積，導(dǎo)致采用機制砂配置混凝土，對于水泥漿的用量將更大，這也導(dǎo)致機制砂混凝土的流動性相對來說較差。而增加砂率，其混凝土中石粉含量將整體提升，盡管石粉的存在對于混凝土強度的保障和提升起到輔助作用，然而由于其具有較強的吸水性能，所以使得混凝土的整體需水量大幅增加[2]。為了保證水灰比不變，必然也就需要提高水泥用量，所以出于經(jīng)濟性的原因，必須對石粉的含量實施更有效的控制?；诖?，在最初配合比的基礎(chǔ)上，提升了砂率，并針對性地調(diào)整了膠骨比，調(diào)整以后堵管現(xiàn)象得到了有效的解決；在此基礎(chǔ)上，適當(dāng)加大速凝劑的加入量，這使得混凝土的回彈率也有了非常明顯的降低。

經(jīng)過再次試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)砂率、膠骨比、速凝劑同時提升的時候，就能夠使混凝土的回彈率得到有效的降低；其中速凝劑的影響是三個參數(shù)中最大的一個。另外，當(dāng)砂率超過50%的時候，每升高2%，則坍落度會降低5 ～20mm；為了改善混凝土過于黏稠的狀態(tài)，以提高其工作性能，水泥漿應(yīng)當(dāng)升高3%～9%（也就是提高膠骨比）。然而水泥漿量的增加，又會使混凝土強度受到影響，特別是在水灰比不變的前提下，水泥用量升高9%，會使得混凝土強度顯著下降。

綜合上面的各項問題經(jīng)過幾輪試驗，最終確定了如下的配合比：砂率52%，水灰比0.44，速凝劑摻量4%；水泥∶水∶砂∶碎石∶速溶劑=458 ∶201 ∶853 ∶788 ∶18.32。對其性能進行檢驗，發(fā)現(xiàn)其工作性能、凝結(jié)時間以及回彈率均非常理想。

3.4 強度、耐久性和經(jīng)濟性改善

通過噴射試驗我們可以發(fā)現(xiàn)，混凝土配置過程中的水灰比越小，則水泥的需求量就會越大，這時隧道初支的表面平整度效果就越好，空洞、掉塊現(xiàn)象也逐漸減少，混凝土早期強度效果也均已滿足現(xiàn)場施工要求。然而，并不是說水灰比越小越好，這樣同樣會導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)一些不利的效果。

濕噴混凝土的水灰比、水泥用量等參數(shù)，對于其強度、耐久性以及回彈率均有非常嚴(yán)重的影響[3]。另外，在使用機制砂調(diào)制混凝土的時候，務(wù)必要注意以下事項：與天然砂相比，機制砂自身的石粉含量相對較高，因此在調(diào)制的過程中，如果水泥用量過大，則會加大混凝土收縮的概率。因此在決定混凝土的配合比的時候，必須要注意水灰比、水泥用量使用的科學(xué)性，才能夠在根本上保證混凝體的各方面性能，以確保混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全性。

經(jīng)過調(diào)整，最終確定砂率52%、水灰比0.44、速凝劑 4%；水泥∶水∶砂∶碎石∶速溶劑=458∶201∶853∶ 788∶18.32 的最優(yōu)配合比。該配合比配置的混凝土，不但具有優(yōu)秀的工作性能，而且強度、耐久性、經(jīng)濟性等同樣非常優(yōu)秀。

4 機制砂濕噴混凝土施工質(zhì)量控制措施

針對機制砂混凝土各類原材料，務(wù)必要強化進場檢驗，尤其是針對機制砂、水泥和速凝劑，必須要有效提升檢測頻率，針對機制砂的石粉含量、級配顆粒、速凝劑的凝結(jié)時間等各項技術(shù)指標(biāo)，務(wù)必要確保符合工程建設(shè)的需求[4]。在施工過程中，速凝劑的添加配置，必須保證測量精準(zhǔn)。

施工中選擇的濕噴機，必須具備穩(wěn)定的設(shè)備性能，選擇市場上知名度較高的設(shè)備廠商作為供應(yīng)商。另外，操作手必須具備豐富的濕噴操作經(jīng)驗；同時在濕噴作業(yè)前，必須要對操作手以及相關(guān)工作人員實施全面技術(shù)交底。

對公路隧道濕噴作業(yè)前，必須提前對巖面進行清理，一方面清除粉塵，另一方面對松動的石塊予以去除，針對局部出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，應(yīng)先實施找平處理。在噴濕噴作業(yè)的過程中，要嚴(yán)格按照相關(guān)作業(yè)規(guī)范展開。濕噴完成以后，要對混凝土實施至少一周的養(yǎng)護，以保證混凝土強度達到設(shè)計要求及滿足現(xiàn)場施工要求。

5 結(jié)束語

綜上所述，機制砂對于工程建設(shè)行業(yè)的未來有重要的影響，不但有經(jīng)濟效益，而且更有環(huán)保效益。但是，在公路隧道濕噴混凝土過程中使用機制砂，務(wù)必要合理設(shè)計并針對現(xiàn)場施工環(huán)境及時開展配合比優(yōu)化工作，才能保證混凝土的性能，進而保證工程的質(zhì)量和安全性。