C50噴射混凝土配合比試驗研究

金星

摘 要：隨著科學技術的發展，世界各地的超大型工程正在逐漸地被建造起來。水電工程中有位于山體內的大跨度的地下廠房，公路工程中有穿越崇山的超長型隧道，鐵路工程中有依山傍河的永久邊坡；這一系列的工程中無論是哪一種都需要用到噴射混凝土進行支護。隨著工程技術難度的加大，支護所用的噴射混凝土要求也越來越高，本論文結合巴基斯坦塔貝拉水電站四期擴建工程取水口永久邊坡支護工程所用的噴射混凝土進行試驗研究，著重探討C50高強噴射混凝土配合比的試驗研究過程。

關鍵詞：高強；噴射混凝土；配合比

塔貝拉水電站位于印度河干流巴基斯坦境內，距離巴基斯坦首都伊斯蘭堡約130km。塔貝拉水電站是目前巴基斯坦國內最大的水電站。塔貝拉水電站四期土建擴建工程取水口高邊坡支護所用的噴射混凝土設計28天抗壓強度為50MPa，噴射混凝土如此之高的抗壓強度在國內外工程中都屬少見，因此設計出滿足要求的混凝土是一項具有挑戰性的工作。從技術角度分析，原材料選擇、配合比參數確定、現場施工工藝以及現場混凝土的工作性能都將成為此種混凝土配合比設計的關鍵因素。

1 原材料選擇

1.1 水泥

對于高強噴射混凝土，水泥優先選用抗壓強度不低于42.5MPa的硅酸鹽水泥，在水泥物資較為充沛的地區也可選用52.5MPa的硅酸鹽水泥，倘若選用32.5MPa水泥對于配置出C50的噴射混凝土仍然具有一定的難度。

1.2 硅粉

C50高強噴射混凝土還需要摻入適量的硅粉，這樣更容易滿足抗壓強度的要求。對于硅粉的質量要求則需滿足二氧化硅含量不低于85%和28天活性指數不低于105%。

1.3 砂石骨料

砂石骨料的級配對噴射混凝土的回彈起決定性作用，C50噴射混凝土膠凝材料用量大更需有效控制回彈量，因此砂石骨料的級配需要在有效包絡線內，同時骨料最大粒徑也需滿足相關規范的要求。

1.4 減水劑

C50高強噴射混凝土需要足夠小的氺膠比，因此減水劑必須要很高的減水率，通常可以選用減水率在30%左右的聚羧酸高性能減水劑，減水劑的摻量也盡可能的摻到最大量。

1.5 速凝劑

速凝劑是濕噴混凝土不可缺少的外加劑，對于C50噴射混凝土最好選用不會降低后期強度的無堿速凝劑。

2 混凝土配合比室內試驗

與普通混凝土性能試驗不同，噴射混凝土性能檢測需在施工現場進行，試驗工作量大，施工干擾多。為掌握各種因素對混凝土性能影響的規律，簡化施工現場試驗工作，選擇在室內進行不同條件下水泥凈漿及膠砂性能試驗。結合本工程地理位置和當地建材市場的情況，本次試驗采用當地生產的液態無堿速凝劑。

2.1 速凝劑摻量對凝結時間和強度的影響

我國建材行業標準《噴射混凝土用速凝劑》JC477-2005試驗條件與實際施工條件有較大區別（比如試驗時不摻減水劑等），與歐洲發達國家標準也存在一定差距，不利于無堿速凝劑的使用。為了更有效地反映出速凝劑的真實效果，考慮到試驗操作的難易程度、試驗結果的可比性以及實際施工中的符合性，液體速凝劑凝結時間與膠砂抗壓強度檢驗按下面的方法進行。

水泥凈漿凝結時間和膠砂強度試驗方法按我國建材行業標準《噴射混凝土用速凝劑》JC477-2005類似方法進行。其中固定聚羧酸高性能減水劑的摻量為最大摻量。速凝劑摻量對凝結時間和強度影響試驗結果如表1。

在給定的條件下，表1試驗結果表明：

（1）隨著速凝劑摻量增加，水泥凈漿凝結時間相應縮短。

（2）速凝劑在3種摻量下水泥膠砂1天抗壓強度均大于7.0MPa，符合標準規定的一等品質量要求，28天抗壓強度比接近100%。這表明摻無堿速凝劑水泥膠砂早期強度較高，28天強度基本無損失。

2.2 水膠比對水泥凈漿凝結時間的影響

試驗參照我國建材行業標準《噴射混凝土用速凝劑》JC477-2005類似方法進行。水灰比取值如表2，減水劑摻最大摻量，速凝劑摻適量，即水泥凈漿凝結時間滿足要求（初凝應不大于5min，終凝應不大于12min）時的最低摻量。

水灰比對凝結時間影響試驗結果如表2。

在給定的條件下，表2試驗結果表明：

（1）水泥凈漿凝結時間受水膠比影響較大，在保證凝結時間適宜的條件下，在水膠比不斷增加的背景下，速凝劑摻量也在不斷增加。

（2）如果將水膠比控制在合理范圍的話，就可以使得速凝劑摻量處于較低的狀態。

2.3 室內試拌混凝土試驗

根據前面的試驗成果，選擇不同水灰比，不同硅粉摻量，固定減水劑摻量1.2%，固定速凝劑摻量5%對混凝土進行抗壓強度試驗。室內抗壓強度試驗結果如表3。

在給定的條件下，表3試驗結果表明：

（1）水灰比越小抗壓強度越高，硅粉摻量越大抗壓強度越高。

（2）水灰比小于0.33時，水灰比對抗壓強度的影響小于硅粉摻量對抗壓強度的影響。

2.4 小結

（1）無堿速凝劑28d膠砂強度無損失，甚至稍有增加。

（2）硅粉摻量對膠砂強度影響較大，摻硅粉后膠砂強度明顯提高。

（3）《錨桿噴射混凝土支護技術規范》作為國家標準和規范，其中有明確條款提出：濕噴混凝土的水灰比應該控制在0.42～0.50之間，但是如果水膠比低于0.4的話，就會出現速凝劑摻量不斷降低的情況，此時在處理的過程中需要秉持以下原則：其一，保證混凝土運輸和噴射工藝的合格性；其二，保證水膠比和速凝劑用量的合理性。

（4）在水灰比低于0.33時提高硅粉摻量比降低水灰比更容易獲得較高的抗壓強度。

3 C50噴射混凝土配合比現場試驗分析

無可厚非，噴射混凝土室內試驗結果與現場操作的結果是有很大差異的，因此在進行實際施工工作之前還是需要開展現場試驗，由此明確對應的試驗參數，才可以指定對應的混凝土配合比方案。筆者結合自己經驗，認為在此過程中需要關注以下幾個方面的因素：混凝土工作性能；一次可噴厚度；回彈情況；噴射角度；施工表面處理；施工環境等。

混凝土拌合采用強制式60拌合站，混凝土攪拌車運輸，CIFA CSS-3噴漿臺車現場噴射。一般來講，噴混凝土設計的厚度應該控制在100mm，由此去推斷一次噴層厚度應該控制在50mm的范圍，并且以兩層的方式來進行噴射。

試驗采用室內確定的配合比參數進行拌制混凝土，現場試驗結果如表4。

從上述現場試驗的結構來看，應該注重以下幾個方面：

（1）在室內選定配合比的基礎上，混凝土能滿足現場噴射工藝的要求，28d抗壓強度符合設計要求。

（2）現場施工的最佳噴射角度為垂直于巖面。

4 確定C50噴射混凝土配合比

根據以上的試驗成果可以總結為C50高強噴射混凝土配合比的關鍵技術因素有以下幾點：

（1）盡可能地選擇優質的原材料，如42.5以上標號的水泥，減水率較高的聚羧酸高性能減水劑，28天不降強的無堿速凝劑等。

（2）混凝土水灰比盡可能的降低至0.35以下，高摻硅粉和減水劑。

（3）砂率要適宜，砂率過大難以滿足抗壓強度，砂率過小會增加回彈量。

（4）現場施工方法和施工工藝要最佳。

參考文獻

[1]王海娜，王科元，金南國.C35、C50自密實混凝土配合比研究[J].混凝土，2010，（7）：104-105.

[2]王博，包立志，胡利俊，等.C50預制箱梁混凝土配合比設計及生產控制[J].21世紀建筑材料，2010，（2）：54-57.