细石喷射混凝土的配合比设计与工艺控制

摘要：细石混凝土是由水、水泥及小石子组成的混凝土,目前地下工程中混凝土使用量越来越多,但优质的天然砂资源日渐枯竭,推广应用细石喷射混凝土是必要的。结合施工情况,介绍了细石喷射混凝土技术混凝土配合比设计及选定、施工工艺的控制要点。

关键词：细石喷射混凝土;配合比设计;工艺控制

1 　引言

　　随着我国基础建设的持续快速发展,地下工程的数量也在不断增长,而在地下工程施工过程中开挖的岩石,作为固体废弃物,不仅占用大片土地,并且还给生态环境带来不同程度的污染,如何处理这些固体废弃物成为亟待解决的问题。同时,像隧道工程,巷道工程大多数都处在比较偏僻的无天然砂区,如果需要大量天然砂时,就必须从外地运送,不仅增加工程成本,而且直接影响工程的安全、质量和进度。最后,天然砂作为不可再生资源,在我国好多地方已经日趋贫乏,有些地方甚至出现无砂可采的情况[1 - 2 ] 。

　　细石混凝土是由水、水泥及小石子组成的混凝土[3 ] ,不需天然砂,性能好、成本低、生产效率高。将细石混凝土应用到隧道或地下工程的初期支护,不仅可以缓解天然砂短缺问题,还能改善混凝土的某些性能,有着良好的社会效益和经济效益。

　　本文结合甘肃张掖某煤矿巷道支护工程,对细石喷射混凝土进行了研究。根据工程需要,配制C25 喷射混凝土。

2 　喷射混凝土配合比的设计

2．1 　原材料的选用

(1) 水泥

　　采用甘肃祁连山水泥股份有限公司生产的祁连山牌32．5级普通硅酸盐水泥,28 天实际抗压强度为44．6MPa 。各项技术指标满足《硅酸盐水泥. 普通硅酸盐水泥》( GB175 —1999) 要求。

(2) 粗细骨料

　　选用颚式破碎机将巷道工程施工过程中开挖的岩石,破碎为1～15mm 的连续级配且级配合理的碎石,直接作为骨料配制喷射混凝土。喷射混凝土是依赖喷射过程中水泥与骨料的连续撞击、压密而形成的一种混凝土,为了能够最大限度地吸收二次喷射时的冲击能量, 消除砂率对喷射混凝土回弹率的影响,所以砂率应较普通混凝土的高,通过调整出料口的尺寸,使粒径小于5mm 的岩石颗粒数量分别为:50 %、55 %、60 %。

(3) 速凝剂

　　通过优选试验后采用山西运城城北外加剂有限公司生产的YSP - 8B 液态速凝剂,推荐掺量为水泥用量的3 %～5 %。该速凝剂在湿喷射混凝土中初凝时间为2～4 分钟,终凝时间为4～8 分钟。

2．2 　混凝土配合比的选定

　　(1) 喷射混凝土配合比设计应包括常规配合比设计和喷射混凝土现场试喷、调整两个部分前一部分是依据喷射混凝土的要求,按照混凝土常规配合比设计思路提出基准配比,后一部分是以基准配比为前提,在现场调整、验证、确定其配合比。两个步骤互为补充,缺一不可。表1 为甘肃张掖某煤矿巷道支护工程喷射混凝土配合比设计汇总表。

　　(2) 影响混凝土强度的主要因素为水灰比,影响凝结时间的主要因素为速凝剂的掺量,影响回弹率的主要因素为砂率,综合分析考虑,既能保证混凝土的强度及品质要求,而且便于施工的最佳配合比为表中2 号配比。

3 　喷射混凝土施工

3．1 　工艺流程选择

　　(1) 机制砂中石粉(径小于0．16mm 的颗粒) 含量较高,而石粉浇湿后易粘结成团无法与水泥搅拌均匀,所以选择干喷工艺(见图1) 。选用转子Ⅱ型混凝土喷射机。

3．2 　施工工艺控制

　　(1) 喷射混凝土前,必须冲洗岩面,喷射后要注意洒水保养。

　　(2) 喷射时先给风,再开机,后送料,结束时先停料,后关机。

　　(3) 喷射线路一般是自上而下分段分行进行,喷射时按先拱后墙(拱部从拱脚开始,边墙从墙角开始) 。

　　(4) 根据喷射混凝土的部位变化,距离远近,及时调整工作风压(一般为0．15～0．2MPa) 。

　　(5) 喷头与受喷面的距离应保持在1．0～1．5m 之间;喷头尽量保持与受喷面垂直,倾斜角度不小于75°;喷头应作连续不断的螺旋状小圆周运动,后一圈压前一圈三分之一,喷射路线自上而下呈“S”形运行,输料长度为15～20 m。

　　(6) 后一层喷射须在前一层混凝土终凝后进行。

3．3 　混凝土质量的控制

　　(1) 对水泥的强度安定性凝结时间进行抽样检查,不合格不得进场和用于施工。

　　(2) 骨料过于潮湿必须凉干后再用,避免石粉粘结成团而无法与水泥搅拌均匀。

　　(3) 喷射混凝土用水必须是无杂质的洁净水,污水PH 值小于4 的酸性水均不得使用

　　(4) 抗压强度实验:在施工过程中,将混凝土喷射在45cm×35 cm ×12 cm(可制成6 块) 或45cm ×20cm ×12cm(可制成3 块) 的模型内,在混凝土达到一定强度后,加工成10cm ×10cm ×10cm 的立方体试块,在标准条件下养护至28 天进行抗压试验[4 ] 。

4 　结论

　　(1) 将隧道及地下工程中开挖出来的天然岩石,选用颚式破碎机直接破碎为0．1～15mm 的连续级配且级配合理的碎石直接作为骨料配制细石喷射混凝土,具有很好的经济和社会效益。

　　(2) 由于细石喷射混凝土采用了自然连续级配的骨料,混凝土的密实性较好。同时由于骨料颗粒尖锐,表面粗糙,增加了骨料和骨料间,骨料和水泥间的机械咬合力。从而使细石喷射混凝土的强度高于同条件下的普通喷射混凝土[3 ] 。

参考文献：

　　[1 ]蔡路,陈太林. 人工砂的研究与应用[J ] . 上海建材,2005(3) :24 - 25

　　[2 ]田建平. 高强高性能机制砂混凝土的配制及性能研究[D] .武汉理工大学硕士论文,2000 , (4) :1 - 2

　　[3 ]姚明芳. 新编混凝土强度设计与配合比速查手册[M] . 长沙:湖南科学技术出版社, 2001.

　　[4 ]陈建勋. 隧道工程试验检测技术[M] . 北京:人民交通出版社,2004 ,11 :25 - 30

　　[5 ] 王晓利. 隧道衬砌统砂石混凝土试验与研究[J ] . 煤炭工程,2005 , (4) :65 - 67