喷射混凝土的配合比设计浅析

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【摘 要】本文结合无锡轨道交通东站站区基础设施配套项目锚杆喷射混凝土施工，就喷射混凝土配合比这一特种混凝土的配合比设计提出了简单可行的方法，对于指导实际施工有重要意义。

【关键词】喷射混凝土；配合比；试验；调整

0 引言

喷射混凝土是借助喷射机械，利用空气或其他动力，将遇到配合比的水泥砂子石子以及外加剂等混合料通过喷枪喷射到受喷面上，在较短的时间内凝结成为密实均匀的混凝土。喷射混凝土是集运输、浇注和振捣于一体，因其工序简单，施工灵活、机动而被广泛地应用在地下工程、边坡加固支护、基坑护壁、建筑结构修复、隧道支护等工程中。

喷射混凝土按混凝土混合料在喷枪处的状态分干喷、湿喷和混凝土。将混凝土拌合物输送至喷枪处加压喷出的混凝土称为湿喷混凝土。干喷法是将水泥、砂子、碎石按配比用强制式搅拌机搅拌均匀，再投入到干式喷射机内用压缩空气输送到喷枪处，加水混合后，以一定的压力和距离喷射到受喷面上。湿喷工艺大大减少了喷射时的粉尘，但湿喷工艺设备复杂、费用昂贵。是介于干喷和湿喷之间的工艺，将骨料预加水，浸润成潮湿状，再加水泥拌合，从而降低上料和喷射时的粉尘。

喷射混凝土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，两个部分互为补充，缺一不可。

1 配制强度等级的确定

无锡轨道交通东站站区基础设施配套项目锚杆喷射混凝土设计强度等级为C20，根据常规混凝土配制强度等级思路确定喷射混凝土配制强度等级，据公式：

fcu，o=fcu，k +1.645σ

式中，fcu，o――混凝土的施工配制强度，MPa；

fcu，k――混凝土的设计强度， MPa；

t――概率度系数，依据保证率选定，本例选保证率为90%对应的概率度系数1.28。

σ――混凝土强度标准差，选定为4.0MPa。

所以，本工程喷射混凝土配制强度等级 fcu，o=20 +1.28*4.0=25.1（MPa）。

2 原材料的选择

根据中交第一航务工程局有限公司工地现有的施工设备，采用干法喷射混凝土。所有该工程原材料的选定都是按照国家规范和行业规范的要求并结合无锡地区的实际情况选定的。

2.1 水泥的选定

水泥综合考虑各方面的因素，经送我市政检测中心检测合格，选定了鑫汇牌P.C42.5水泥。该水泥技术指标如下表：

2.2 砂子的选定

经多处调查、比较，选定了江西赣西的中砂。该砂的细度模数：2.6，颗粒级配：II区，泥块含量：0.0%，含泥量：0.2%。

2.3 粗骨料的选定

粗骨料碎石的选定是根据喷射混凝土喷射机输送管直径的大小以及碎石的质量和价格来选定的。经多方比较，选用了镇江王飞石矿厂生产的5-16mm连续粒级的碎石。该石子的技术指标见下表

2.4 速凝剂的选定

综合考虑各方面的因素，选定江苏博特新材料有限公司的SBT-N1液体速凝剂（低碱性）。该速凝剂的技术指标见下表

2.5 拌合用水

采用自来水。

3 喷射混凝土配合比的拟定

由于喷射混凝土施工工艺的特殊性，喷射混凝土配合比的设计与普通混凝土的配合比的设计不同：普通混凝土的配合比的设计可以直接根据JGJ55-2000的规定进行设计，而喷射混凝土的配合比要经过实际试喷来确定，同时，其参数的确定也有各自的要求。具体来讲有以下三个方面的内容：

3.1 水泥的用量

根据GB50086-2001《锚杆支护技术规范》标准规定喷射混凝土，干喷工艺：灰骨比为1：4-4.5，水灰比为0.4-0.45，砂率为50%-60%。水泥用量太大不仅不经济，而且太大的水泥用量也会导致混凝土硬化后的干缩量增大；水泥用量太小，会使喷射混凝土的回弹量增加，早期强度增长缓慢。根据工地现有的施工设备，采用干法喷射混凝土。综合考虑，水泥用量定为400kg、410kg、420kg。

3.2 砂率的选择

由于喷射混凝土是靠喷射过程中水泥和骨料的相互碰撞、压实形成的。为尽可能地利用冲击能量，喷射混凝土的砂率要比普通混凝土的砂率要大。同时较大的砂率对混凝土粘聚性、工作性也有很大的影响。因此，在配合比设计时，我们依据规范要求，拟定50%、52%、55%三个砂率。

3.3 单位用水量的确定

喷射混凝土用水量是通过试喷确定的。喷射混凝土用水量是否适当是靠现场操作人员调整水阀开关的大小来实现的。当混凝土表面出现流淌、成块拉裂或滑移时，应减少用水量；当混凝土表面出现干湿不一，附着性差，回弹量大时，应增大用水量。当混凝土表面即不出现干湿不一、又不流淌，此时，用水量最佳，用水量合适后，用水表计量用水量。

4 喷射混凝土配合比的调整

喷射混凝土配合比调整的目的就是使混凝土不仅满足强度的需要，而且也要满足施工工作性的需要。以不堵管、回弹少、附着性好的喷射混凝土配合比为最佳喷射混凝土配合比，同时还应注意环境保护。

4.1 用水量的调整

依据上述单位用水量确定的思想，我们在施工工地现场对拟定的喷射混凝土配合比的用水量进行试喷和调整，通过几次试喷确定单方用水量为185kg。

4.2 砂率的调整

砂率的调整随混凝土回弹量的大小而定。回弹量大时，应增加砂率。回弹量小时，应减少砂率。通过对拟定50%、52%、55%三个砂率混凝土试喷的实测、调整，最终确定最佳砂率为52%。

4.3 水泥用量的调整

在工地现场，采用喷大板切割法，即在450mm×350mm×120mm的模板内喷入混凝土，然后将表面轻轻抹平，第二天拆模，水养至28天，用切割机切去周边，加工成100mm×100mm×100mm的试件.具体步骤如下：1）在喷射作业面附近将模具敞开一侧朝下，以与水平成80°左右的夹角置于墙角，放置牢靠。2）现在模具外的边墙上喷射，待操作正常后，将喷头移至模具位置，由下而上逐层向模内喷满混凝土。3）将喷满混凝土的模具小心移至安全地方，用三角抹刀刮平混凝土表面。4）在隧道内潮湿环境中养护1天脱模，将混凝土大板移至试验室，在标准条件下养护7天，用切割机切去周边和上表面（底部可不切割）后，加工成100mm×100mm×100mm的试件。5）加工好的试件继续在标准条件下继续养护至28天进行强度试验）。做7天、28天的试件强度试压，能满足设计强度的最小水泥用量的配合比为最佳混凝土。通过试压，确定水泥用量为410kg时最佳。

综上所述，无锡轨道交通东站站区基础设施配套项目锚杆喷射混凝土配合比确定如表4。

5 结束语

喷射混凝土在工程中被广泛应用，其配合比的设计与普通混凝土配合比的设计有很大差别，不能按照普通混凝土配合比的设计方法来设计。喷射混凝土配合比的设计不仅要满足混凝土强度、和易性的要求，而且要满足施工工艺――喷射施工的需要，还要经济合理、注重环境保护。因此，对喷射混凝土的设计要综合考虑，以满足设计和施工需要。我们为无锡轨道交通东站站区基础设施配套项目开具的锚杆喷射混凝土配合比经过现场试喷、调整，满足了施工的要求，获得好评。

【参考文献】

[1]GB50086-2001锚杆支护技术规范[S].

[2]JGJ55-2011 普通混凝土配合比设计规程[S].