噴射混凝土配合優(yōu)化設(shè)計(jì)

陳永華 （中鐵四局試驗(yàn)檢測與測量分公司，安徽 合肥 230023）

0 前言

隧道初期支護(hù)噴射混凝土，由于施工技術(shù)較落后，施工過程中受人為因素影響較大，一般情況下，隧道初期支護(hù)噴射混凝土配合比設(shè)計(jì)均較保守。目前，粉煤灰在普通混凝土和砂漿中應(yīng)用已較廣泛，但在噴射混凝土支護(hù)中，應(yīng)用粉煤灰部分代替水泥尚少有試驗(yàn)研究。本文通過室內(nèi)配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)驗(yàn)證和現(xiàn)場隧道導(dǎo)洞初支試噴，對粉煤灰噴射混凝土配合比在現(xiàn)場施工中的試用進(jìn)行總結(jié)分析，得出粉煤灰噴射混凝土的可行性，對今后鐵路隧道初期支護(hù)噴射混凝土施工具有一定的指導(dǎo)意義。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料檢測指標(biāo)

水泥：石門海螺，P·042.5，比表面積328m/kg，初凝時間175min，終凝時間240 min，3d抗折強(qiáng)度 5.8MPa，抗壓強(qiáng)度 25.6MPa；28d 抗折強(qiáng)度 8.2MPa，抗壓強(qiáng)度48.1MPa，安定性合格，其他檢測指標(biāo)見表1。

表1 水泥性能檢測指標(biāo)

粉煤灰：石門華電，F(xiàn)類II級灰，細(xì)度15.4%，需水量比 101%，燒失量 6.8%，其他檢測指標(biāo)見表2。

表2 粉煤灰性能檢測指標(biāo)

碎石：盛鑫碎石場，5～10mm碎石，連續(xù)級配，針片狀2%，含泥量0.3%，壓碎值9.1%，泥塊含量0.1%，其他檢測指標(biāo)見表3。

表3 碎石性能檢測指標(biāo)

砂：森華建材有限公司河砂，Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù) 2.9，含泥量 0.7%，泥塊含量0.3%，其他檢測指標(biāo)見表4。

表4 砂性能檢測指標(biāo)

減水劑：安徽中鐵工程材料有限公司，聚羧酸系高性能減水劑(緩凝型)RAWY101型（推薦摻量1.0%），減水率28%，含氣量 2.8%。1d 抗壓強(qiáng)度比178%，3d抗壓強(qiáng)度比165%，7d抗壓強(qiáng)度比155%，28d抗壓強(qiáng)度比146%，其他檢測指標(biāo)見表5。

表5 減水劑性能檢測指標(biāo)

速凝劑：運(yùn)城市泓翔，HX-1型（推薦摻量6%），初凝時間4min:15sec，終凝時間 9min:20sec，1d 抗壓強(qiáng)度 11.2 MPa，28d抗壓強(qiáng)度比89%,其他檢測指標(biāo)見表6。

表6 速凝劑性能檢測指標(biāo)

水：河水，PH值7.90，28d抗壓強(qiáng)度比99%其他檢測指標(biāo)見表7。

表7 水性能檢測指標(biāo)

1.2 噴射混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

以項(xiàng)目所用混凝土配合比為基準(zhǔn)，保持水膠比不變，按照速凝劑遞減1%摻量，礦物摻合料遞增10%的摻量進(jìn)行混凝土配合比試配。

現(xiàn)場隧道實(shí)際施工采用濕噴法，其基準(zhǔn)配合比為水泥：細(xì)集料：粗集料：減水劑：速凝劑：水=470:860:900:4.7:28.2:175（kg/m），通過采用摻入粉煤灰和調(diào)整速凝劑摻量對配合比進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后混凝土配合比見表8～表10，強(qiáng)度見圖1～圖3。

表8 噴射混凝土摻10%粉煤灰配合比

圖1 粉煤灰摻量為10%混凝土強(qiáng)度

圖2 粉煤灰摻量為20%混凝土強(qiáng)度

圖3 粉煤灰摻量為30%混凝土強(qiáng)度

分析表8、圖1可以看出，通過對噴射混凝土進(jìn)行摻入10%的粉煤灰、并適當(dāng)降低速凝劑摻量，速凝劑摻量在4%～6%時各齡期強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

分析表9、圖2可以看出，通過對噴射混凝土進(jìn)行摻入20%的粉煤灰、并適當(dāng)降低速凝劑摻量，速凝劑摻量在4%～6%時各齡期強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

表9 噴射混凝土摻20%粉煤灰配合比

分析表10、圖3可以看出，通過對噴射混凝土進(jìn)行摻入30%的粉煤灰、并適當(dāng)降低速凝劑摻量，噴射混凝土的1d抗壓強(qiáng)度在4.2～8.0MPa，低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度10MPa要求，28d以上齡期能滿足設(shè)計(jì)要求。

表10 噴射混凝土摻30%粉煤灰配合比

2 現(xiàn)場試噴

2.1 試噴方案

在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過對拱頂、邊墻和仰拱噴射混凝土采用摻入粉煤灰和適當(dāng)降低速凝劑摻量的方式，測得噴射混凝土的回彈量及強(qiáng)度，對各部位的混凝土進(jìn)行取芯驗(yàn)證。保持在用噴射混凝土配合比不變正常施工情況下，分別測邊墻和拱頂?shù)幕貜椓亢蛷?qiáng)度。

優(yōu)化后混凝土配合比的實(shí)施。拱頂：保持速凝劑摻量不變，摻入10%的粉煤灰；邊墻：采用摻入10%粉煤灰降低2%速凝劑摻量。仰拱：采用摻入20%粉煤灰降低1%速凝劑摻量。

2.2 試噴實(shí)施

現(xiàn)場采用濕噴法施工，隧道導(dǎo)洞初支混凝土強(qiáng)度等級為C25，其現(xiàn)場所使用混凝土配合比為水泥：砂：石：外加劑：速凝劑：水=470:860:900:4.7:28.2:175（kg/m）。

采用優(yōu)化配合比對拱頂、邊墻和仰拱進(jìn)行試噴（試噴方案見表11），并檢測其回彈量（見表12）和強(qiáng)度（見圖4）。

表11 噴射混凝土試噴方案

表12 噴射混凝土回彈量檢測結(jié)果

圖4 噴射混凝土強(qiáng)度檢測結(jié)果

從表12可以看出，拱頂噴射混凝土回彈量21.2%滿足拱部回彈量不應(yīng)大于25%的要求；邊墻噴射混凝土的回彈量：8.8%滿足墻部回彈量不應(yīng)大于15%的要求。

通過圖4分析得出，對拱頂混凝土在保持速凝劑摻量不變情況下?lián)饺?0%的粉煤灰，邊墻混凝土摻入10%粉煤灰降低2%速凝劑摻量，仰拱混凝土摻入20%粉煤灰降低1%速凝劑摻量，其大板試件強(qiáng)度和取芯的芯樣抗壓強(qiáng)度均能滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)論

①隧道初支噴射混凝土施工，可對噴射混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在拱頂處添加10%粉煤灰摻量，邊墻仰拱處適當(dāng)添加10%～20%粉煤灰、并降低速凝劑推薦摻量的2%～1%。

②隧道初支噴射混凝土配合比優(yōu)化，可根據(jù)不同部位，采用摻一定比例的粉煤灰、調(diào)整速凝劑摻量的方式進(jìn)行。通過室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場試噴，各部位采用的噴射混凝土工作性能、回彈量、各齡期力學(xué)性能均滿足要求。

③噴射混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)是為提高隧道初支混凝土配合比設(shè)計(jì)技術(shù)及施工的精細(xì)化管理，以達(dá)到控制工程質(zhì)量及有效控制工程成本的目的。通過本試驗(yàn)研究，粉煤灰噴射混凝土的配合比施工具有一定可行性。