噴射混凝土配合優化設計

陳永華 （中鐵四局試驗檢測與測量分公司，安徽 合肥 230023）

0 前言

隧道初期支護噴射混凝土，由于施工技術較落后，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計均較保守。目前，粉煤灰在普通混凝土和砂漿中應用已較廣泛，但在噴射混凝土支護中，應用粉煤灰部分代替水泥尚少有試驗研究。本文通過室內配合比優化設計驗證和現場隧道導洞初支試噴，對粉煤灰噴射混凝土配合比在現場施工中的試用進行總結分析，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意義。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料檢測指標

水泥：石門海螺，P·042.5，比表面積328m/kg，初凝時間175min，終凝時間240 min，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，其他檢測指標見表1。

表1 水泥性能檢測指標

粉煤灰：石門華電，F類II級灰，細度15.4%，需水量比 101%，燒失量 6.8%，其他檢測指標見表2。

表2 粉煤灰性能檢測指標

碎石：盛鑫碎石場，5～10mm碎石，連續級配，針片狀2%，含泥量0.3%，壓碎值9.1%，泥塊含量0.1%，其他檢測指標見表3。

表3 碎石性能檢測指標

砂：森華建材有限公司河砂，Ⅱ區中砂，細度模數 2.9，含泥量 0.7%，泥塊含量0.3%，其他檢測指標見表4。

表4 砂性能檢測指標

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%，其他檢測指標見表5。

表5 減水劑性能檢測指標

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 11.2 MPa，28d抗壓強度比89%,其他檢測指標見表6。

表6 速凝劑性能檢測指標

水：河水，PH值7.90，28d抗壓強度比99%其他檢測指標見表7。

表7 水性能檢測指標

1.2 噴射混凝土配合比優化設計

以項目所用混凝土配合比為基準，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。

現場隧道實際施工采用濕噴法，其基準配合比為水泥：細集料：粗集料：減水劑：速凝劑：水=470:860:900:4.7:28.2:175（kg/m），通過采用摻入粉煤灰和調整速凝劑摻量對配合比進行優化，優化后混凝土配合比見表8～表10，強度見圖1～圖3。

表8 噴射混凝土摻10%粉煤灰配合比

圖1 粉煤灰摻量為10%混凝土強度

圖2 粉煤灰摻量為20%混凝土強度

圖3 粉煤灰摻量為30%混凝土強度

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、并適當降低速凝劑摻量，速凝劑摻量在4%～6%時各齡期強度滿足設計要求。

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、并適當降低速凝劑摻量，速凝劑摻量在4%～6%時各齡期強度滿足設計要求。

表9 噴射混凝土摻20%粉煤灰配合比

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，低于設計強度10MPa要求，28d以上齡期能滿足設計要求。

表10 噴射混凝土摻30%粉煤灰配合比

2 現場試噴

2.1 試噴方案

在前期試驗的基礎上，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，分別測邊墻和拱頂的回彈量和強度。

優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

現場采用濕噴法施工，隧道導洞初支混凝土強度等級為C25，其現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/m）。

采用優化配合比對拱頂、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）。

表11 噴射混凝土試噴方案

表12 噴射混凝土回彈量檢測結果

圖4 噴射混凝土強度檢測結果

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摻入10%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計要求。

3 結論

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化設計，在拱頂處添加10%粉煤灰摻量，邊墻仰拱處適當添加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化，可根據不同部位，采用摻一定比例的粉煤灰、調整速凝劑摻量的方式進行。通過室內試驗和現場試噴，各部位采用的噴射混凝土工作性能、回彈量、各齡期力學性能均滿足要求。

③噴射混凝土配合比優化設計是為提高隧道初支混凝土配合比設計技術及施工的精細化管理，以達到控制工程質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。