地下厂房钢纤维喷射混凝土设计及性能试验研究.pdf

第 4 3卷 第 1 1期 2 0 1 2 年6 月 人 民 长 江 Ya n g t z e Ri v e r VO l _ 43 No 1 1 J u ne 2 01 2 文章编号 ： 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 2 ) 1 1 0 0 5 9 0 3 地下厂房钢纤维喷射混凝土设计及性能试验研究 彭 尚 仕 ， 杨 华 全 ， 石 妍 ( 长江科 学院 水利部 水工程安全与病害防治工程技术研究 中心， 湖北 武汉 4 3 0 0 1 0 ) 摘要 ： 水布垭面板堆石坝地下 电站主厂房顶 拱和部 分边墙 的永久 支护采 用预 应 力锚 杆和 湿法喷射 的钢 纤 维 喷射 混凝 土施 工技 术。为了给施 工提供技术参考 ， 开展 了钢纤维喷射混凝土的配合比设计及性能试验。试验 结果表 明， 初步设计的 1 8组钢 纤维喷 射混 凝土拌 和物性 能 良好 ， 坍 落度 为 1 1 01 4 0 m m； 采 用 8 6 0 4 ( 液 ) 和 S A1 6 0 ( 液 ) 速 凝 剂 ， 混 凝 土 的 性 能 差 别 不 大 ； 佳 密克 斯 和 哈 瑞 克斯 钢 纤 维混 凝 土 强度 优 于 汉 森 钢 纤 维 混 凝 土 。 根 据试验结果及 拟合 的回归方程 ， 推荐施工 中采 用水灰 比为 0 4 9的一级配钢纤维喷射混凝土 ， 现场检测 的喷 射 混 凝 土 实 际抗 压 强 度 满 足 C 2 5的设 计 强度 等 级 。 关 键 词 ： 钢 纤维喷射混凝 土；配合 比设 计；性能试验 ；水布垭 面板堆石坝 中图法分类号 ： T V 4 3 1 文献标志码 ： A 喷射 混凝 土是 利 用压 缩 空 气 等作 为 动 力 ， 将 适 于 喷射 的混凝 土 拌和 料借 助 喷 射 机 械 ， 通 过输 料 管 和 喷 嘴 直接 喷射 到 受 喷 面 并 快 速 凝 结 硬 化 的一 种 工 程 技 术 。喷射 混凝 土在 喷 射过 程 中 ， 由于 水 泥与 集 料 反 复 连续地 冲击 ， 使混 凝 土压实 ， 因而 具有 较高 的力学 强 度 ， 特别 是它 与 岩石 、 混 凝 土 等 能 形 成 很 高 的 粘 结 强 度 。与普 通 喷射混 凝 土 相 比 ， 钢 纤 维 喷 射混 凝 土 能 改 善 混凝 土 的力 学性 能 ， 具 有优 越 的韧性 、 抗 冲击 性 能和 抗 拉性 能 ， 具 有 开 裂 后 仍 能 继 续 承 载 的 “ 裂 后 效 应 ” 。 近 年来 ， 钢纤 维喷射 昆凝 土 在水 电工 程 特 别是 在 地 下 洞 室支 护 中得到广 泛 的应用 。 水 布垭 水利枢 纽 引水式地 下 厂房位 于清 江水 布垭 峡 谷右 岸岸 坡 、 张 性 大 断 层 F 、 坝 子 沟 和 马 崖 高 边 坡 所 围成 的 四边形 岩体 中 ， 且有 F 断层 贯穿 其 中。地 下 主厂房 的跨 度 较 大 ， 其长 、 宽 、 高 尺寸 为 1 5 0 m 2 1 5 m 4 6 4 7 m。基 于复 杂 的地 质条 件 和 较 大 的 开挖 衬 砌 规模 ， 为解 决混 凝 土施 工 周 期 长且 施 工 难度 大 的 问 题 ， 决定 在地 下 主厂房 顶 拱 和 部分 边 墙 的永 久 支护 中 采用钢纤维喷射混凝土加预应力锚杆的施工技术 。本 文采用湿法喷射 ， 开展钢纤维喷射混凝土 的配合 比设 计及 性 能试验 。 1 试验原材料 试验 水泥 采用 湖南坝 道牌 4 2 5普通硅 酸盐 水 泥 ， 骨 料为水 布垭 右岸 桥沟料 场砂 石 系统生 产 的人工砂 和 瓜 米石 ( 粒径 51 0 m m) 。 减 水剂 为江苏 建 科 院 的 J M 一1 1 减 水 剂 。速 凝 剂 有 两个 品种 ， 包 括 河南巩 义 的 8 6 0 4 ( 液 ) 速凝 剂 和上 海 麦 斯特 的 ME Y C O S A 1 6 0液 态 速凝 剂 ， 均达 到 J C 4 7 7 2 0 0 5 喷射 混凝 土用 速凝剂 对 合格 品 的技 术要 求 。 钢 纤维 有 3个 品种 ， 包括 佳密 克斯 R C 6 5 3 5 B N型 钢 纤维 、 哈瑞 克 斯 冷 拨 型 H A R E X钢 纤 维 和 汉 森 钢 纤 维 ， 均符 合 G B 5 0 0 8 62 0 0 1 锚 杆 喷射 混凝 土支 护 技 术 规范 对 钢纤 维 的技 术 要 求 ， 其 中加 密 克 斯 和 哈 瑞 克斯两 种钢 纤维 的抗 拉 强 度 均 为 1 0 0 0级 ， 而汉 森 钢 纤 维为 3 8 0级 。 2 试验 方法 参照 G B 5 0 0 8 62 0 0 1 锚杆喷射混凝土支护技术 规范 和 D L T 5 1 8 1 2 0 0 3 水 电水利工程喷锚支护施 收 稿 日期 ： 2 0 1 2一O 10 9 基金项 目： 国家 自然科 学基金重点项 目( 5 0 5 3 9 0 1 0 ) ； 水利部公益性行业科研专项资金项 目( 2 0 0 9 0 1 0 6 6 ) 作者简介 ： 彭尚仕 ， 男 ， 高级 工程师 ， 硕 士 ， 主要研究方向为水工建筑材料。Em a i l ： p e n g s h s ma i l c r s r i a n 6 0 人 民 长 江 工规范 的相关规定 ， 进行钢纤维 喷射混凝 土的性能 试验 。采 用湿 喷法 ， 喷射 的同 时在喷 嘴处加 入 速凝剂 ， 现场 喷射 钢纤 维 混 凝 土 大 板 样 ， 大 板 样 长 宽 高 为 5 0 0 m m 5 0 0 m m 2 0 0 mm， 养护 7 d后 ， 用切割机去掉周 边 和上表 面 ， 切 割加 工成边 长 1 0 0 m m 的立 方 体试 件 ， 至规定 龄 期进行 抗 压 和 劈 裂试 验 。同 时取 得 1 0 0 m m 1 0 0 m m 4 0 0 m m的棱柱体试件 ， 对其进行抗折 和 弯 曲韧性 试 验 。采 用 三 分 点加 荷 法 进 行 弯 曲韧 性 试 验 ， 支点跨距 3 0 0 m m， 最大动荷载 1 0 0 k N， 最大静荷载 1 2 0 k N， 荷载精度 0 5 ， 测力传感器精度 0 5 。 3 钢纤维喷射混凝土的技术要求 水 布垭 地下 电站 主厂房 顶拱 钢纤 维 喷射混 凝土 的 设 计强 度 等级为 C 2 5 ， 混 凝土 骨料 最 大粒 径 1 0 m m， 考 虑到现场施工 的实 际需要 ， 混凝 土的坍落 度要求 为 1 1 0 1 4 0 mm。 根据 D L T 5 3 3 02 0 0 5 水工混凝土配合 比设计 规程 ， 钢纤维喷射混凝土配制强度按下式计算。 ： +t ( 1 ) 式 中 ， 为混凝 土 配制强 度 ， MP a ； 为混凝 土设 计 龄期立方体抗压强度标准值 ， MP a ； t 为概率度 系数 ， 由 给定 的保 证率 P选 定 ， 当 P =8 0 时 ， t=0 8 4 0 ； 为 混凝土立方体抗压强度标准差 ， MP a 。 钢纤维喷射混凝 土配 制强 度见 表 1 。 袭 1 钢 纤维喷射混凝土配制强度 4 试验结果及分析 4 1 配合 比设计 按 照水 布垭地 下 厂房钢 纤维 喷射 混凝 土 的技术要 求 ， 初步 设计 试验 配 合 比共 1 8组 ， 并进 行 混 凝 土 性 能 测试 ， 为 推荐 施工 配 合 比做基 础 。 试验 配 合 比及 试 验 结果见表 2 。其 中速凝剂和钢纤维均采用推荐用量 。 试 验结 果表 明 ， 1 8组 混 凝 土 的拌 和物 性 能 良好 ， 坍落度均控制 在 1 1 01 4 0 mm。8 6 0 4( 液 ) 和 S A 1 6 0 ( 液) 速凝剂的推荐掺量分别为 2 ， 6 ， 在相应 的推 荐掺量下， 两种速凝剂对钢纤维喷射混凝土 的性能影 响不 明显 。掺量 均为 4 0 k g m 时 ， 佳 密 克斯 和 哈瑞 克 斯 钢纤 维喷 射混 凝 土 的性 能 相 当 ， 而 汉 森钢 纤 维 喷 射 混凝土的抗压强度和劈裂强度稍低 。1 8组配合 比中， 基 本 满 足 设 计 强 度 要 求 ， 仅 编 号 5 1 ( 水 胶 比 0 4 8 ， S A 1 6 0速凝 剂和佳 密 克斯 钢 纤 维 ) 的喷 射混 凝 土 2 8 d 抗 压强度 为 3 0 8 MP a ， 稍低 于 配置强 度 3 1 6 MP a 。 表 2钢纤维喷射混凝土的试验 配合 比及试验 结果 编 J M一 号8 6 0 4 S A 1 6 0 ( 液 ) ( 液 ) 水 水 泥 砂 五 抗 压 强 度 2 8 d 坍 落 度 M P a 劈 裂 m m 强 度 3 d 2 8 d M P a 根 据鲍 罗米公 式 ， 即在 原材料 一定 的条 件下 ， 混 凝 土 抗压 强度 与 灰水 比 C W呈 直线 关 系 ， 对 表 2的试 验 数据 作进一 步 回归分 析 ， 根据拟 合 的 回归 方程 ， 反 推 混 凝土 2 8 d配 置强度 达到 3 1 5 8 MP a 时 的 水灰 比 ， 统 计 分析 结果 见表 3 。结果 表 明 ， 6组 回归方 程 的相关 系 数均在 0 9 6以上 ， 相关性很高 ， 相应反推的水灰 比为 0 4 8 0 5 0 表 3钢 纤维喷射混凝土试 验结果的统计分析 4 2推荐施 工配合 比 通 过 以上 的初 步 试验 及 结 果 分 析 ， 进 一 步 优 化 混 凝 土配 合 比及 性 能检 测 。经 过 多 方 协 商 ， 推 荐 粗 骨料 为 51 0 m m 瓜 米 石 的一 级 配 钢 纤 维混 凝 土 ， 水 灰 比 为 0 4 9 ； 采 用 8 6 0 4( 液 ) 速 凝 剂 ， 掺 量 2 0 ， 佳 密 克 斯 、 哈瑞 克斯 和汉 森钢纤 维 ， 掺量 为 4 0 k g m 。 推 荐 的钢纤 维喷射 混凝 土施 工 配 合 比见表 4 。大 板 喷射 混 凝 土 的性 能 试 验 结 果 见 表 5 。试 验 结 果 表 明， 按照推荐的施 工配合 比， 喷射混凝 土满足 C 2 5的 4；i i 4 3 ；!nmm i； i i；!l 3 j i i i i i ； i；i i i! l；i；i i i i i i； ；i；i i i i；i i 蚰加柏柏蚰加 牝 如帅北如舳丝如蛐鸵如蚰 如帅北舯 H H H M H H H 渤 螂 渤 姗 栅 姗 枷 渤 枷 栅 栅 瑚 珊 瑚 拗 瑚 瑚 瑚 拗 拗 瑚 瑚 瑚 l i；l l i i i；。O i 0 O ”强 柏 北们 盯船 如 跎