噴射混凝土配合優(yōu)化設(shè)計分析

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摘要：以某鐵路項目隧道導(dǎo)洞初支混凝土施工為依托，通過在室內(nèi)對噴射混凝土配合化設(shè)計，結(jié)合現(xiàn)場試噴試驗。隧道初支噴射混凝土施工，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%，通過室內(nèi)試驗和現(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，粉煤灰噴射混凝土的配合比施工具有一定可行性。

關(guān)鍵詞：粉煤灰；速凝劑摻量；噴射混凝土；配合比

前言

隧道初期支護噴射混凝土，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，隧道初期支護噴射混凝土配合比設(shè)計均較保守。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中，應(yīng)用粉煤灰部分代替水泥尚少有試驗研究[1]。本文通過室內(nèi)配合比優(yōu)化設(shè)計驗證和現(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噴射混凝土施工具有一定的指導(dǎo)意義[2]。

1原材料及試驗方法

1.1原材料檢測指標(biāo)

水泥：石門海螺，P•042.5，比表面積328m2/kg，初凝時間175min，終凝時間240min，3d抗折強度5.8MPa，抗壓強度25.6MPa；28d抗折強度8.2MPa，抗壓強度48.1MPa，安定性合格，其他檢測指標(biāo)見表1。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。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。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。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抗壓強度比178%，3d抗壓強度比165%，7d抗壓強度比155%，28d抗壓強度比146%，其他檢測指標(biāo)見表5。速凝劑：運城市泓翔，HX-1型（推薦摻量6%），初凝時間4min:15sec，終凝時間9min:20sec，1d抗壓強度11.2MPa，28d抗壓強度比89%,其他檢測指標(biāo)見表6。水：河水，PH值7.90，28d抗壓強度比99%其他檢測指標(biāo)見表7。

1.2噴射混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計

以項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%的摻量進行混凝土配合比試配。現(xiàn)場隧道實際施工采用濕噴法，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/m3），通過采用摻入粉煤灰和調(diào)整速凝劑摻量對配合比進行優(yōu)化，優(yōu)化后混凝土配合比見表8～表10，強度見圖1～圖3。分析表8、圖1可以看出，通過對噴射混凝土進行摻入10%的粉煤灰、并適當(dāng)降低速凝劑摻量，速凝劑摻量在4%～6%時各齡期強度滿足設(shè)計要求。分析表9、圖2可以看出，通過對噴射混凝土進行摻入20%的粉煤灰、并適當(dāng)降低速凝劑摻量，速凝劑摻量在4%～6%時各齡期強度滿足設(shè)計要求。分析表10、圖3可以看出，通過對噴射混凝土進行摻入30%的粉煤灰、并適當(dāng)降低速凝劑摻量，噴射混凝土的1d抗壓強度在4.2～8.0MPa，低于設(shè)計強度10MPa要求，28d以上齡期能滿足設(shè)計要求。

2現(xiàn)場試噴

2.1試噴方案

在前期試驗的基礎(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度，對各部位的混凝土進行取芯驗證。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)幕貜椓亢蛷姸取?yōu)化后混凝土配合比的實施。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試噴實施

現(xiàn)場采用濕噴法施工，隧道導(dǎo)洞初支混凝土強度等級為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/m3）。采用優(yōu)化配合比對拱頂、邊墻和仰拱進行試噴（試噴方案見表11），并檢測其回彈量（見表12）和強度（見圖4）。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，其大板試件強度和取芯的芯樣抗壓強度均能滿足設(shè)計要求。

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

參考文獻

[1]陳濤.粉煤灰噴射混凝土在施工中的應(yīng)用與研究[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2018,31(S2):209-211.

[2]楊斌,梁松挺,陳勝.速凝劑對噴射混凝土基本性能影響的研究[J].混凝土世界,2021(01):69-71.

[3]林振濤.硅灰摻量對噴射混凝土性能的影響試驗研究[J].黑龍江水利科技,2019,47(03):11-13+18

[4]孫超.噴射混凝土摻硅灰配合比設(shè)計與質(zhì)量控制[J].四川水泥,2020(02):11+20.

[5]陳建立.粉煤灰噴射混凝土力學(xué)性能及其在露天煤礦邊坡中的應(yīng)用[J].粉煤灰綜合利用,2020,34(02):105-108.

作者：陳永華 單位：中鐵四局試驗檢測與測量分公司