某水利枢纽工程入场道路高边坡防护用喷射混凝土配合比设计.pdf

第 8期 2 0 1 1年 8月 广东水利水 电 GU ANGD0N G W AT E R RE S 0UR CE S AND HYDRO P OW E R No 8 Au g 201 1 某水利枢纽工程入场道路高边坡防护 用喷射混凝土配合比设计 杨永 民 ， 刘 行 ( 1 广东省水利水电科 学研 究院， 广东省水利重点科研基地 ， 广东 广州 5 1 0 6 3 0 ； 2 中交四航 3 - 程研 究院有限公 司， 广东 广州 5 1 0 0 0 0 ) 摘要 ： 喷射 混凝土是一种集运输 、 浇筑及振 捣为统一施工 工序 的工程材料 ， 广泛应 用 于地 下、 建 筑结 构修复 、 边坡 加 固或 基坑护壁、 薄壁结构、 防护等工程中。该文研究了几种待选的速凝剂不同掺量对凝结时间、 砂浆抗压强度及混凝土抗压强 度的影响 ， 从 中选取 了符合规 范要求的速凝 剂及掺量 ， 经 回归分析 了选定材料 的喷射混凝土 各个龄期抗 压强度 与水灰 比之 间的关 系， 通过 工程 经验 确定单方用水量及砂率 ， 从 而确定喷射 混凝 土配合 比和 各种材 料的 用量。通过 该 工程 实例 ， 提 出 了较为 实用的喷射混凝土 配合 比设计 流程 ， 可供其 它类似 工程参考。 关键字 ： 喷射 混凝土 ； 凝结 时间 ； 抗压强度 ； 配合比设计 中图分类号 ： T V 5 4 4 9 2 3 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 8 0 1 1 2 ( 2 0 1 1 ) 0 8 0 0 0 9 0 3 引言 喷射混凝土是将一定 比例 的水泥 、 砂 、 石及速凝剂 等材料进行拌合 ， 利用混凝土喷射机 ， 通过管路压送到 喷嘴处 ， 以较高速度( 3 01 2 0 m s ) 喷射到岩石上 ， 凝结 硬化后而形成的一种支护形式。喷射混凝土是一种集 运输 、 浇筑及振捣为统一施工工序的工程材料 ， 因其工 序简单 、 机动灵活 ， 广泛应用于地下 、 建筑结构修复 、 边 坡加 固或基坑护壁 、 薄壁结构、 防护等工程 中。 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 比设计流程 ， 结合喷射混凝土的特点 ， 提出基准配 比； 后一部分是 以 基准配比为前提 ， 在现场根据实际情况进行调整 、 验证 、 确定施工配合 比。两个步骤互为补充 ， 缺一不可 。本文 就水利枢纽 工程附属道路边坡防护采用锚喷支护 中的 喷射混凝土配合 比提出了较为实用的设计流程 ， 可简捷 地确定其基准配 比。 1原材 料 1 1 试验材料 试验用水泥为 P 0 4 2 5 R水泥 ， 物理 性能如表 1所 示 ， 品质性能检验结果满足 G B 1 7 5 2 0 0 7技术要求 。 采用河砂 作为喷射混凝 土细骨 料 ， 采用 粒径 5 1 0 m m的碎石作为粗骨料 ， 粗骨料和细骨料物理性能均 依 J G J 5 2 2 0 0 6 普通混凝 土用砂石 测定 ， 结果如表 2 所 示 。 表 1 水泥的物理 力学性 能 c m -( m 2 搠 - l c m - 3 ) ( m k g 料 )性 二 凝结时问抗折强度抗压强度 mi n MP a MP a 初凝 终凝3 d 2 8 d 3 d 2 8 d 槲 ， f g m ) 河砂 1 4 9 0 1 3 0 0 0 2 2 2 9 浅 1 7 碎石 1 4 0 0 0 8 0 0 0 1 7 1 0 浅0 6 速凝剂选取 s N( 液 ) 、 S WJ Y( 液 ) 、 S D J Y( 液 ) 、 S WJ F ( 粉 ) 、 S N( 粉) 5种速凝剂。 1 2试验方法 喷射混凝 土流 动性及 强度试验 参照 D L T 5 1 5 0一 收稿 日期 ： 2 0 1 l一 0 6 0 8 作者简 介 ： 杨永 民( 1 9 8 1 一) ， 男 ， 硕士 ， 主要从事水工结构 和水工材料研究 、 9 2 0 1 1年8月 第8期 杨永民， 等： 某水利枢纽工程入场道路高边坡防护用喷射混凝土配合比设计 2 0 0 1 水工混凝土试验 规程 进行拌 和 ， 拌和 3 mi n后 ， 再加入速凝剂继续搅拌 3 0 s ， 拌和物出机后迅速成型。 喷射混凝土用速凝剂 的水泥净浆凝结时间和硬化 砂浆的力学性 能参照 J C 4 7 72 0 0 5 喷射混凝 土速凝 剂 ， 水泥净浆凝结 时间试验水灰 比为 0 4 0， 胶砂强度 试验采用水灰比为 0 5 2、 胶砂 比为 1 ： 2 5 。试验将水泥 净浆、 砂浆 搅拌 3 m i n后 加入 速凝 剂再 搅拌 3 0 s成 型 试件。 2试验 结果 分析 2 1 不同品种的速凝剂不同掺量对净浆凝结时间和胶 砂抗压强度的影响 参考速凝剂的推荐 掺量 ， 在其 附近选择几个掺量 ， 考察掺有速凝剂的水 泥净浆凝结时间和硬化砂浆的力 学性能 ， 5种不 同速凝剂样品品质指标见表 3 。 表 3 不 同速凝剂 品种及掺量对水 泥净浆凝 结时间 及胶砂 抗压 强度的影响 按照 J C 4 7 72 0 0 5标准中的规定 ， 速凝剂在规定 的 1 0 掺量下初 凝 时间不得 迟 于 5 m i n ， 终凝 时 间不 得迟 于 1 2 m i n 。则 S N( 液 ) 应 大于 2 0 ， S WJ Y( 液 ) 的掺量应 大于 6 0 ， S D J Y( 液 ) 的掺量应大于 6 5 ， S WJ F ( 粉 ) 的掺量应大于 3 ， S N( 粉 ) 应大于 4 5 。其 中 S D J Y ( 液) 与 S N ( 粉) 的掺量对凝结时间的影响表现不明显 ， 实际应用时可选择 的范 围较大。从速凝剂掺量对胶砂 强度影响的试验来看 ， 除 S D J Y( 液 ) 的掺量超过 5 5 时， 达不到标准要求外 ， 其它品种的速凝剂在试验选择 的掺量下均达标。其中 S WJ Y( 液 ) 掺量为 6 0 ， S WJ F ( 粉 ) 为 3 0 ， S N( 粉 ) 掺量为 4 5 及 5 0 时， 水泥 净浆凝 结 时间 和 2 8 d抗 压 强度 比同时满足 J C 4 7 7 2 0 0 5标准 。 2 2 速凝剂品种选择试验 基准喷射配合比如表 4所示 ， 速凝剂掺量参考速凝 剂的出厂推荐掺量 ， 主要考察不同种类的速凝剂对混凝 土强度的影响 ， 试验结果见表 5 。 表 4 基准喷射混凝土配合比 材料种类水灰 比砂率 水泥 砂 碎石 用水量 ( k g m- 3 ) ( k g - m- 3 ) ( k g m 。) ( 1【g m- 3 ) 基准配合 比0 4 6 5 8 4 5 8 1 0 5 4 7 6 3 1 9 5 表 5 不 同速凝剂 品种对喷射 混凝 土抗压 强度 的影响 由表 5结果 可知 ， 相对 基准 混凝 土， 掺 人 S WJ Y ( 液) 速凝剂 6 O 时各龄期的混凝土抗压强度 比均为 1 1 0 以上 ， 掺入 S WJ F ( 粉 ) 速凝剂 3 0 时各龄期 的混 凝土抗压强度比均为 7 0 2 7 4 3 ， 掺人 S N( 粉) 速 凝剂 4 5 时各龄期的混凝土抗压强度 比均为 8 4 3 9 1 1 ， 掺人 S N( 粉 ) 速凝剂 5 0 时各龄期的混凝 土抗压 强 度 比为 7 2 8 8 1 8 。说 明 掺入 S WJ Y ( 液) 速凝剂对 喷射混凝土抗压强度无不利影响， 掺人 其它速凝剂混凝 土的抗压强度有不 同程度降低 ， 其 中 S N( 粉) 的降低程度较低。在实际应用过程中， 可优先 2 0 1 1年 8月第 8期 广 东水利水电 N o 8 A u g 2 0 1 1 考虑 S WJ Y( 液) 和 s N 粉 ) 两种速凝剂。 2 3 喷混凝土强度与水灰比关 系试验 混凝土试验采用 0 4 2 、 0 4 6 、 0 5 0 、 0 5 5四个水灰 比， 砂率为 5 8 ， 试验结果见表 6， 对喷射混凝土水灰 比 和抗压强度进行线性拟合 ， 得 出拟合线性 图如 图 1所 示 ， 关系式如表 7所示 。 表 6 不同水灰比喷混凝土的抗压强度 水灰 速凝剂 水泥用量 用水量砂率 坍落度 骊 比 掺量 ( k g m一 ) ( k g m一 ) m m 抗压强度 M P a 7 d l 4 d 2 8 d 图 1 喷混凝土抗压 强度与水灰 比的线性拟 合 表 7 喷混凝土强 度与水灰 比关系 2 4 推荐喷射混凝土配合比 根据边坡支护喷射混凝土的技术要求 ， 设计采 C 2 0 干喷和湿喷两种方式施工 。配合 比设计根据室 内强度 与水灰 比关系的试验结果 ， 采用下式进行喷射混凝土配 制强度的计算 ： f r = +1 6 5 +A f 式中 为喷射混凝土配制抗 压强度值 ， MP a ；r e 为混 凝土抗压 强度设计 值 ， MP a ； o - 为抗压 强度标 准差 ， 取 4 5 MP a ( 取 G B 5 0 0 8 62 0 0 1 中及格水平) ； A f 为基准混 凝土强度与大板试样强度差 ， 据经验按 1 0 0 MP a 取值。 = 2 0+1 6 54 51 0 0 =3 7 4 ( MP a ) 干喷施工可掺 S N( 粉 )速凝剂 ： I V C =0 4 0 ； 湿喷 施工可掺 S wJ Y( 液 )速凝剂 ： I V C =0 4 3 。 根据边坡支护喷射混凝土设计技术要求与室内、 现 场试验结果 ， 针对不同厂家速凝剂检验结果推荐喷混凝 土施工配合 比见表 8 。 表 8 喷射混凝土施工配合 比 s wJ Y ( 液) 6 O S N( 粉) 4 5 其 中， 1 湿喷混凝土坍落度按 8 01 2 0 m m控制 ， 2 干喷混凝土坍落度按 2 0 4 0 m m控制 ， 喷射和易性和施 工性能较好 。 3 结 语 喷射混凝土配合 比设计和常态混凝 土的配比设计 过程有很大的不同 ， 喷射混凝土配合比的设计时首先需 通过水泥净浆凝结 时间及胶砂 强度试验筛选速凝剂种 类和掺量 ， 然后通过拌制喷射混凝土对符合规范要求的 速凝剂进行进一步的筛选 ， 从而确定速凝剂的品种和掺 量 。通过试验对所选 出的速凝剂进行强度和水灰 比的 线性拟合 ， 采用 回归分析方法选定速凝剂的喷射混凝 土 2 8 d龄期抗压强度与水灰 比之 间的关 系式 。通过工程 经验确定单方用水量及砂率 ， 从而确定喷射混凝土配合 比和各种材料的用量。 ( 本文责任编辑王瑞兰)