王賀楠

(盤錦禹泰水利工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，遼寧 盤錦 124200)

水工噴射混凝土是指噴濕機(jī)管道內(nèi)的混凝土在高壓縮空氣驅(qū)動(dòng)下均勻地噴射于結(jié)構(gòu)受噴面上，從而達(dá)到短時(shí)間內(nèi)形成強(qiáng)度和自動(dòng)壓實(shí)的一種水工混凝土[1-2]。由于具有靈活性大、早期強(qiáng)度高、終凝時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，在水利襯砌等工程中水工噴射混凝土得到廣泛的應(yīng)用[3-4]。例如，水工隧洞開(kāi)挖施工面臨著斷層破碎帶、高地應(yīng)力引起的巖爆及地下突涌水等工程地質(zhì)問(wèn)題[5]。因此，為了實(shí)現(xiàn)引水隧洞的永久穩(wěn)定以及便捷、快速地開(kāi)挖施工，必須改善強(qiáng)滲水、強(qiáng)巖爆等特殊洞段噴射混凝土性能。實(shí)踐表明[6-7]，將適量的速凝劑摻入水工噴射混凝土中，有利于降低層間的噴射時(shí)間間隔、提升潮濕含水巖層中使用噴射水工混凝土的適應(yīng)性、防止出現(xiàn)重力驅(qū)動(dòng)造成的脫落現(xiàn)象、降低回彈損失以及實(shí)現(xiàn)速凝快硬等。

目前，關(guān)于水利工程中速凝劑的應(yīng)用及其性能、制備、組成等研究取得了豐碩的成果，但對(duì)不同速凝劑的作用機(jī)理和特性尚不夠完善，速凝劑的盲目摻入還可能會(huì)導(dǎo)致許多的質(zhì)量問(wèn)題[8-10]。鑒于此，文章探討了水工噴射混凝土的性能及其現(xiàn)場(chǎng)噴射技術(shù)要點(diǎn)，旨在為節(jié)約水工混凝土用量以及加快水利工程施工速度等提供一定技術(shù)支持。

1 原材料

1.1 速凝劑材料

根據(jù)《噴射混凝土用速凝劑》技術(shù)要求試驗(yàn)檢測(cè)3種不同速凝劑，所用儀器設(shè)備主要有微卡儀、壓力試驗(yàn)機(jī)等，速凝劑性能檢測(cè)結(jié)果，見(jiàn)表1。

表1 速凝劑性能檢測(cè)結(jié)果

試驗(yàn)表明，3種速凝劑的細(xì)度、含水量、初凝與終凝時(shí)間、3d與28d抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)均達(dá)到合格品質(zhì)量要求，可以用于水工噴射混凝土試驗(yàn)研究。

1.2 水泥性能

一般地，水泥標(biāo)號(hào)的選擇以混凝土配制強(qiáng)度等級(jí)為主要依據(jù)，混凝土拌合過(guò)程中特別是大體積混凝土配制時(shí)會(huì)釋放大量熱量，為有效控制內(nèi)外溫差，降低混凝土收縮帶來(lái)的不利影響，對(duì)拌和物中的水泥用量必須實(shí)行嚴(yán)格的控制。試驗(yàn)選用渾河P·O 42.5級(jí)硅酸鹽水泥，水泥性能檢測(cè)結(jié)果，見(jiàn)表2。

表2 水泥性能檢測(cè)結(jié)果

結(jié)果顯示，渾河P·O 42.5級(jí)硅酸鹽水泥的物理、化學(xué)以及力學(xué)等性能指標(biāo)均符合試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，可以用于水工噴射混凝土試驗(yàn)研究。

1.3 粗細(xì)骨料、水

試驗(yàn)選用飽和面干狀態(tài)的粗、細(xì)骨料，采用拌和時(shí)間3min的自落式攪拌機(jī)，拌和用水為水廠供應(yīng)的自來(lái)水，經(jīng)檢測(cè)粗、細(xì)骨料品質(zhì)均符合《水工混凝土施工規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)要求。人工砂、碎石的基本性能指標(biāo)，見(jiàn)表3。

表3 人工砂、碎石的基本性能指標(biāo)

2 試驗(yàn)方法

2.1 配合比設(shè)計(jì)

綜合考慮混凝土彈性模量、抗?jié)B性、和易性及抗壓強(qiáng)度等因素，以《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》為基準(zhǔn)，采用全計(jì)算法合理設(shè)計(jì)混凝土配合比，確?；炷辆哂休^好的耐久性、抗?jié)B性和力學(xué)性能[11]。本試驗(yàn)擬選用無(wú)機(jī)納米材料、防鋼纖維等摻合料，采用雙摻的方式設(shè)計(jì)4個(gè)試驗(yàn)方案，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)分析對(duì)比不同方案的強(qiáng)度指標(biāo)。根據(jù)以上原材料性能和試驗(yàn)?zāi)康?，?duì)于每種速凝劑均設(shè)計(jì)了4個(gè)試驗(yàn)方案，摻速凝劑試驗(yàn)方案，見(jiàn)表4。

表4 摻速凝劑試驗(yàn)方案

2.3 技術(shù)要點(diǎn)

為現(xiàn)場(chǎng)濕噴摻速凝劑水工混凝土的工藝流程，相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)如下：

1)噴頭移動(dòng)方式：現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)噴射過(guò)程中應(yīng)考慮隧洞周邊圍巖松緊等實(shí)際情況緩慢地呈螺旋線型、8字型及S型移動(dòng)，保證噴射的洞壁混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)厚度后移開(kāi)，然后按先墻后拱、從下往上的順序逐步噴射到其它待噴面上；若表面存在較大的坑洼必須先用混凝土填平，待滿足要求后再調(diào)節(jié)成螺旋狀或S型緩慢均勻地移動(dòng)噴射相應(yīng)的部位，噴射過(guò)程中盡量減少現(xiàn)場(chǎng)回彈情況的發(fā)生；相鄰兩圈噴射時(shí)后圈必須壓前圈噴射面的一半噴射，每圈建議噴射4～5m?？傮w而言，就是要保證噴涂表面的光滑平整，為后期的洞壁施工提供有力條件。

2)回彈量控制：主要是指粗細(xì)骨料、鋼筋等障礙物與混凝土噴射碰撞后所掉落的混凝土量，鑒于影響回彈量大小的因素有水灰比、濕射機(jī)風(fēng)壓力、噴槍傾斜角度、粗細(xì)骨料粒徑、鋼筋使用量(直徑)和水泥用量等，所以回彈量在初噴時(shí)往往比較大，由于嵌入的粗骨料混凝土形成塑性層后會(huì)使得回彈量變小，故初次噴射厚度≥4cm。一般地，回彈料中的雜物較多而水泥用量很小，所以回彈料不宜用于二次噴射。

3)噴射角與距離：噴射時(shí)洞壁巖面需與噴嘴保持垂直，為了使得邊墻噴射過(guò)程中能夠方便地將混凝土噴射至已噴較厚的頂端，建議將噴嘴向下傾斜約10°，對(duì)隧洞頂部以直徑方向?yàn)闇?zhǔn)實(shí)行騙誰(shuí)呢和，若格柵、鋼筋等障礙物覆蓋了受噴面，則可以適當(dāng)調(diào)整噴頭傾斜角度，但不宜過(guò)大；同時(shí)，還要防止角度過(guò)小致使受噴面拌和物出現(xiàn)滾動(dòng)，在形成波形噴面的情況下還會(huì)增大回彈量，所以混凝土噴射距離應(yīng)按照最高強(qiáng)度即最小回彈量來(lái)計(jì)算確定。噴射時(shí)，建議以料束較集中并結(jié)合回彈量最小為基本前提，一般不允許噴射距離超過(guò)0.5～1.0m，控制噴嘴處的風(fēng)閥處于0.3～0.5MPa的合理區(qū)間內(nèi)。

濕噴水工混凝土工藝流，見(jiàn)圖1。

圖1 濕噴水工混凝土工藝流程

2.4 結(jié)果分析

統(tǒng)計(jì)整理現(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè)數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè)結(jié)果，見(jiàn)表5。現(xiàn)場(chǎng)多次取樣結(jié)果表明，摻速凝劑的水工噴射混凝土抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，混凝土性能受不同速凝劑的影響差異較小。

表5 現(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié) 論

文章探討了水工噴射混凝土性能及其現(xiàn)場(chǎng)噴射技術(shù)要點(diǎn)，結(jié)果顯示水工噴射混凝土性能受不同速凝劑的影響差異較?。凰倌齽饺肓窟^(guò)高會(huì)失去速凝的作用，使得混凝土強(qiáng)度大大降低，而摻入量過(guò)低會(huì)導(dǎo)致已成型的水工混凝土回彈量偏高以及大范圍脫落，難以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。因此，控制速凝劑現(xiàn)場(chǎng)噴射摻入量3%～5%為最佳，不同工程要結(jié)合實(shí)際情況經(jīng)試驗(yàn)調(diào)整后合理確定。