任玉杰

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000)

水工噴射混凝土是指在高壓縮空氣驅(qū)動(dòng)下將通過(guò)噴濕機(jī)管道內(nèi)的水工混凝土均勻地噴射在結(jié)構(gòu)受噴面上[1]，以達(dá)到自動(dòng)壓實(shí)并短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)度的一種特殊水工混凝土[2]。由于水工噴射混凝土終凝時(shí)間較短、早期強(qiáng)度較高、靈活性較大等優(yōu)點(diǎn)[3]，其被廣泛應(yīng)用于水利襯砌等工程中[4]。例如，在水工隧洞開(kāi)挖施工中，主要面臨地下突涌水、高地應(yīng)力造成的巖爆以及斷層破碎帶等方面工程地質(zhì)問(wèn)題[5]。為了引水隧洞開(kāi)挖既快速又便捷，以及洞室永久穩(wěn)定，有必要對(duì)強(qiáng)巖爆、強(qiáng)滲水等洞段特殊噴射混凝土性能加以關(guān)注[6]。為實(shí)現(xiàn)速凝快硬、降低回彈損失、防止由于重力驅(qū)動(dòng)而造成的脫落現(xiàn)象、提升噴射水工混凝土在潮濕、含水巖層中等使用的適應(yīng)性能以及降低層間的噴射間隔時(shí)間，一般在水工噴射混凝土中摻入適量的速凝劑[7]。

目前，速凝劑在組成、制備、性能與水利工程應(yīng)用方面取得了較為豐碩的研究成果[8]。然而，各類速凝劑的特性與速凝機(jī)理還不完善。在施工過(guò)程中，若盲目摻入速凝劑，可能會(huì)引發(fā)諸多質(zhì)量事故[9]?；谏鲜鲅芯勘尘埃疚难芯?種普通速凝劑量對(duì)水工噴射混凝土性能影響，以期在實(shí)現(xiàn)加快水利工程建設(shè)進(jìn)度、節(jié)省水工混凝土用量等具有重要的工程實(shí)用價(jià)值。

1 試驗(yàn)材料

1.1 速凝劑材料

取10 g±0.2 g共3種普通速凝劑開(kāi)展檢測(cè)試驗(yàn)。檢測(cè)試驗(yàn)依據(jù)為《噴射混凝土用速凝劑》(JC 477-2005)。主要儀器設(shè)備有微機(jī)電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)、維卡儀。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 3種速凝劑材料檢測(cè)結(jié)果

由表1可知，本次所取3種速凝劑的單項(xiàng)判定均達(dá)標(biāo)，可以開(kāi)展摻速凝劑水工噴射混凝土性能試驗(yàn)。

1.2 水 泥

配制混凝土?xí)r，一般按照配制混凝土的強(qiáng)度等級(jí)選擇水泥標(biāo)號(hào)?；炷僚渲七^(guò)程中一般會(huì)釋放熱量，尤其對(duì)于大體積混凝土而言，為了控制混凝土內(nèi)外溫差，減小混凝土收縮的負(fù)面影響，因此須嚴(yán)格控制混凝土拌和物中水泥用量。

水泥采用烏魯木齊當(dāng)?shù)厮鄰S生產(chǎn)的P.O42.5R普通硅酸鹽水泥，其化學(xué)成分、物理性能以及力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2-表4。

表2 水泥化學(xué)成分試驗(yàn)結(jié)果

表3 水泥物理性能試驗(yàn)結(jié)果

表4 水泥力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

由表2-表4可知，本次試驗(yàn)所用硅酸鹽水泥判定達(dá)標(biāo)，可以開(kāi)展摻速凝劑水工噴射混凝土性能試驗(yàn)。

1.3 砂、石骨料、水

骨料均采用飽和面干狀態(tài)為基準(zhǔn)；混凝土試驗(yàn)用60 L自落式混凝土攪拌機(jī)、拌和時(shí)間3 min。人工砂、石骨料的品質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表5、表6。

表5 人工砂品質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果

表6 人工粗骨料品質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)所采用的粗、細(xì)骨料的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5144-2001)的要求。拌和用水為所在地自來(lái)水廠供應(yīng)的系統(tǒng)用水。

2 試驗(yàn)方法

針對(duì)每種速凝劑，試驗(yàn)均設(shè)計(jì)了4種方案，具體見(jiàn)表7。

表7 4種設(shè)計(jì)方案

2.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)混凝土配合比設(shè)計(jì)均根據(jù)所采用的材料，按照強(qiáng)度、和易性、抗?jié)B性、彈性模量等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)考慮，使混凝土滿足強(qiáng)度，具有較好的抗?jié)B性及耐久性能。本試驗(yàn)根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ 55-2011)采用全計(jì)算法配合比設(shè)計(jì)方法。本試驗(yàn)擬采用的摻合料為仿鋼纖維、納米材料，按照4個(gè)試驗(yàn)方案，采用雙摻的方式，對(duì)混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，同時(shí)對(duì)相關(guān)的強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行比較。

2.2 混凝土濕噴工藝流程圖

水工混凝土現(xiàn)場(chǎng)濕噴工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 濕噴水工混凝土現(xiàn)場(chǎng)施工工藝流程

2.3 試驗(yàn)要點(diǎn)

1) 噴頭移動(dòng)方式?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)噴射過(guò)程中，噴射手應(yīng)根據(jù)隧洞周圍圍巖松緊等具體情況，緩慢地呈S、8字及螺旋線等移動(dòng)，從而較容易保證洞壁混凝土在噴射到規(guī)定厚度后移開(kāi)，并逐步噴射到其它須噴面上，通常按照由下往上、先墻后拱的順序施工。若混凝土表面坑洼較大時(shí)，需先用混凝土填平表面，滿足要求后，再調(diào)節(jié)噴頭成S形或螺旋狀均勻緩慢地按照噴射部位加以移動(dòng)，減少濕噴混凝土現(xiàn)場(chǎng)回彈現(xiàn)象發(fā)生。相鄰兩圈噴射試驗(yàn)時(shí)，后圈必須壓一半前圈噴射面噴射，建議每圈噴射4～5 m。總之，務(wù)必確?；炷帘砻嫫秸?、光滑，為后續(xù)洞壁施工提供一定的便利性。

2) 回彈量調(diào)整。噴射混凝土與鋼筋、骨料顆粒等障礙物發(fā)生碰撞后，掉落的混凝土即為回彈量。鑒于一般水泥用量、鋼筋直徑(使用量)、粗細(xì)骨料粒徑、噴槍傾斜角度、濕射機(jī)風(fēng)壓力、水灰比等均是影響回彈量大小的因素，因此一般在初噴時(shí)回彈量均較大，混凝土塑性層形成后由于嵌入的粗骨料會(huì)導(dǎo)致回彈量變小，因此建議首次噴射厚度不得小于4 cm。通?；貜椓现械乃嘤昧枯^小，而雜物很多，因此不宜將回彈料放入濕噴機(jī)中留待二次噴射使用。

3) 噴射角及距離。噴射時(shí)，噴嘴需保持與洞壁巖面相垂直。而在邊墻噴射時(shí)，為了將混凝土方便地噴射到已噴較厚的混凝土頂端，噴嘴建議向下傾斜一定的角度(約10°)，參照直徑方向?yàn)闇?zhǔn)對(duì)隧洞頂部進(jìn)行噴射，受噴面若因鋼筋、格柵等障礙物的覆蓋，則允許噴頭加以適當(dāng)傾斜(傾斜角度不宜過(guò)大)，同時(shí)又要防止二者之間角度太小導(dǎo)致混凝土拌和物在受噴面滾動(dòng)，而產(chǎn)生波形噴面的同時(shí)會(huì)造成回彈量變大；需要根據(jù)最小回彈量即最高強(qiáng)度來(lái)計(jì)算設(shè)計(jì)混凝土噴射距離。建議主要以回彈量最小并結(jié)合料束較集中為前提加以考慮，噴射距離一般不允許突破0.5～1.0 m，噴嘴處的風(fēng)壓力控制在0.3～0.5 MPa的范圍內(nèi)。

3 試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)前后12次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣分析，其抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)均能夠較好滿足要求，3種速凝劑對(duì)水工噴射混凝土性能影響相差較小。根據(jù)取樣均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié) 論

1) 3種速凝劑對(duì)水工噴射混凝土性能影響相差較小。

2) 噴射現(xiàn)場(chǎng)速凝劑摻入量控制為水泥用量的3%～5%左右為宜，不同工程需要的摻入量需以試驗(yàn)調(diào)整后確定為準(zhǔn)。

3) 摻入量過(guò)多會(huì)大大降低混凝土強(qiáng)度，失去其速凝的價(jià)值；摻入量較少，則易造成已噴射成型的水工混凝土大面積脫落，以及回彈量較大，難以達(dá)到理想效果。