摘要：本文結(jié)合張石（張家口—石家莊）高速公路明鋪隧道仰坡工程所用噴射混凝土，闡述噴射混凝土配合比的設(shè)計方法。
關(guān)鍵詞：張石（張家口—石家莊）高速公路 噴射混凝土 配合比 調(diào)整
一、引言：
噴射混凝土是借助噴射機械，利用空氣或其他動力，將遇到配合比的水泥砂子石子以及外加劑等混合料通過噴槍噴射到受噴面上，在較短的時間內(nèi)凝結(jié)成為密實均勻的混凝土。與傳統(tǒng)的澆筑混凝土不同，噴射混凝土不需要立模、振搗，而是依據(jù)高速噴射的動能將混合料連續(xù)噴敷到受噴面上，沖擊、擠壓達到密實。
噴射混凝土按混凝土混合料在噴槍處的狀態(tài)分干噴、濕噴和潮噴混凝土。將混凝土拌合物輸送至噴槍處加壓噴出的混凝土稱為濕噴混凝土。干噴法是將水泥、砂子、碎石按配比用強制式攪拌機攪拌均勻，再投入到干式噴射機內(nèi)用壓縮空氣輸送到噴槍處，加水混合后，以一定的壓力和距離噴射到受噴面上。濕噴工藝大大減少了噴射時的粉塵，但濕噴工藝設(shè)備復(fù)雜、費用昂貴。潮噴是介于干噴和濕噴之間的工藝，將骨料預(yù)加水，浸潤成潮濕狀，再加水泥拌合，從而降低上料和噴射時的粉塵。
噴射混凝土是集運輸、澆注和振搗于一體，因其工序簡單，施工靈活、機動而被廣泛地應(yīng)用在地下工程、邊坡加固支護、基坑護壁、建筑結(jié)構(gòu)修復(fù)、隧道支護等工程中。
張石（張家口—石家莊）高速公路二期大部分位于張家口南部山區(qū)。從化稍營到蔚縣，多山多峽谷的地形地貌決定了該工程多隧道多橋的工程特點，張石高速公路二期L13標僅僅2km的標段中，就有3段路基、4條隧道、2個涵洞、6座橋。明鋪隧道是L13標的一項重要工程。該隧道仰坡混凝土為C25級噴射混凝土。
二、噴射混凝土配合比的設(shè)計思想
就明鋪隧道的仰坡C25級噴射混凝土配合比的設(shè)計，我們的設(shè)計思想是：首先，按照GB50086—2001《錨桿支護技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，根據(jù)施工工藝的不同選擇、提出基準配合比（濕噴工藝：灰骨比為1:3.5～4.0，水灰比為0.4～0.5；干噴工藝：灰骨比為1:4～4.5，水灰比為0.4～0.45。砂率為50%～60%）。
其次，以基準配合比為基礎(chǔ)，在施工工地現(xiàn)場試噴，依據(jù)試噴情況進行對水泥、用水量以及砂率進行調(diào)整和對混凝土強度進行驗證。
三、原材料的選擇：
所有該工程原材料的選定都是按照國家規(guī)范和行業(yè)規(guī)范的要求并結(jié)合張南山區(qū)的實際情況選定的。
（1）水泥的選定：業(yè)主指定的水泥廠家有內(nèi)蒙古烏蘭水泥廠、天津冀東水泥有限公司、山西大同水泥廠、河北下花園晨光水泥有限公司、河北黃羊山水泥廠等五家。所有廠家的供應(yīng)商都送來了樣品，經(jīng)送檢、自檢合格，綜合考慮各方面的因素，最后選定了具有供應(yīng)條件的內(nèi)蒙古烏蘭水泥廠的水泥。
各廠家的P.O32.5R水泥指標如下：
|
廠家 |
細度
% |
安定性 |
凝結(jié)時間
min |
標準稠度
% |
強度MPa | ||||
|
抗折強度 |
抗壓強度 | ||||||||
|
初凝 |
終凝 |
3d |
28d |
3d |
28d | ||||
|
烏蘭水泥廠 |
4.0 |
合格 |
2h56min |
3h59min |
29.2 |
4.7 |
7.8 |
24.7 |
41.9 |
|
冀東水泥廠 |
4.2 |
合格 |
3h15min |
4h26min |
27.6 |
4.2 |
6.7 |
20.4 |
35.8 |
|
大同水泥廠 |
4.6 |
合格 |
3h22min |
4h28min |
28.4 |
4.5 |
6.8 |
21.3 |
38.7 |
|
黃羊山水泥廠 |
4.8 |
合格 |
3h38min |
4h55min |
26.8 |
4.3 |
6.5 |
22.7 |
37.6 |
|
晨光水泥廠 |
4.4 |
合格 |
3h25min |
5h12min |
28.8 |
4.4 |
6.2 |
19.8 |
36.8 |
（2）砂子的選定：由于工程處于張南山區(qū)，當?shù)乩虾拥览锏穆咽?jīng)人工破碎篩選，質(zhì)軟粒粗。蔚縣幾個砂廠的砂子也大多數(shù)不符合要求。后經(jīng)多處調(diào)查、比較，選定了離工地幾十公里遠的大黑溝的砂子。
各砂廠的砂子的比較
|
廠家 |
堆積密度（kg/m3） |
表觀密度（kg/m3） |
細度模數(shù) |
含泥量（%） |
|
辛落塔砂廠 |
1480 |
2650 |
3.2 |
3.2 |
|
陳家洼砂廠 |
1450 |
2630 |
3.4 |
3.0 |
|
蔚縣砂廠 |
1425 |
2620 |
3.1 |
3.8 |
|
大黑溝砂廠 |
1520 |
2680 |
2.8 |
2.6 |
（3）粗骨料的選定：粗骨料碎石的選定是根據(jù)噴射混凝土噴射機輸送管直徑的大小以及當?shù)刂車蠌S碎石的質(zhì)量和價格來選定的。在保證混凝土質(zhì)量要求的前提下，本著降低生產(chǎn)成本的目的，我們選用了懷來東八里碎石廠生產(chǎn)的5～10mm的碎石。
各碎石廠5～10mm的碎石比較
|
廠家 |
堆積密度（kg/m3） |
表觀密度（kg/m3） |
針片狀量% |
含泥量（%） |
壓碎值 |
母巖強度MPa |
|
農(nóng)中碎石廠 |
1550 |
2700 |
2.7 |
2.0 |
18.7 |
50 |
|
蔚縣碎石廠 |
1480 |
2680 |
3.4 |
2.2 |
21.2 |
48 |
|
陳家洼碎石廠 |
1560 |
2710 |
2.6 |
1.9 |
20.8 |
53 |
|
東八里碎石廠 |
1680 |
2730 |
1.8 |
0.5 |
13.0 |
82 |
（4）速凝劑的選定：在張石高速公路二期工程開工前期，各地的外加劑廠商都送來了各自廠家的速凝劑樣品，經(jīng)送檢、外檢合格后，我們綜合考慮各方面的因素，選定由施工單位推薦的河南義煤外加劑廠的SS－031速凝劑。
各地外加劑廠的速凝劑比較
|
廠家 |
細度（%） |
初凝時間 |
終凝時間 |
28d抗壓強度比 |
推薦摻量（%） |
|
山西黃河外加劑廠 |
8.2 |
3min52s |
6min23s |
0.78 |
4.0 |
|
北京科寧外加劑廠 |
6.8 |
2min55s |
6min52s |
0.82 |
4.0 |
|
天津世新外加劑廠 |
8.5 |
2min34s |
5min34s |
0.86 |
4.0 |
|
秦皇島順凱達外加劑廠 |
8.4 |
3min29s |
8min14s |
0.74 |
4.0 |
|
河南義煤外加劑廠 |
6.6 |
2min25s |
5min37s |
0.85 |
4.0 |
（5）水；混凝土的拌和水是當?shù)氐纳絽^(qū)飲用水，其性能指標經(jīng)檢驗符合混凝土拌和用水的要求。
四、噴射混凝土配合比的擬定：
由于噴射混凝土施工工藝的特殊性，噴射混凝土配合比的設(shè)計與普通混凝土的配合比的設(shè)計不同：普通混凝土的配合比的設(shè)計可以直接根據(jù)JGJ55-2000的規(guī)定進行設(shè)計，而噴射混凝土的配合比要經(jīng)過實際試噴來確定，同時，其參數(shù)的確定也有各自的要求。具體來講有以下三個方面的內(nèi)容：
（1） 水泥的用量：
GB50086—2001《錨桿支護技術(shù)規(guī)范》規(guī)定噴射混凝土，濕噴工藝：灰骨比為1:3.5～4.0，水灰比為0.4～0.5；干噴工藝：灰骨比為1:4～4.5，水灰比為0.4～0.45。砂率為50%～60%：水泥用量太大不僅不經(jīng)濟，而且太大的水泥用量也會導致混凝土硬化后的干縮量增大；水泥用量太小，會使噴射混凝土的回彈量增加，早期強度增長緩慢。綜合考慮，水泥用量定為390kg、410kg、430kg。
（2）砂率的選擇：
由于噴射混凝土是靠噴射過程中水泥和骨料的相互碰撞、壓實形成的。為盡可能地利用沖擊能量，噴射混凝土的砂率要比普通混凝土的砂率要大。同時較大的砂率對混凝土粘聚性、工作性也有很大的影響。因此，在配合比設(shè)計時，我們依據(jù)規(guī)范要求，擬定50%、55%、60%三個砂率。
（3）單位用水量的確定：
噴射混凝土用水量是通過試噴確定的。噴射混凝土用水量是否適當是靠現(xiàn)場操作人員調(diào)整水閥開關(guān)的大小來實現(xiàn)的。當混凝土表面出現(xiàn)流淌、成塊拉裂或滑移時，應(yīng)減少用水量；當混凝土表面出現(xiàn)干濕不一，附著性差，回彈量大時，應(yīng)增大用水量。當混凝土表面即不出現(xiàn)干濕不一、又不流淌，此時，用水量最佳，用水量合適后，用水表計量用水量，并在試噴處作好試噴厚度標志和抗壓強度試件（噴大板450mm×350mm×120mm，同條件養(yǎng)護和標準養(yǎng)護各兩組）。
五、噴射混凝土配合比的調(diào)整
噴射混凝土配合比調(diào)整的目的就是使混凝土不僅滿足強度的需要，而且也要滿足施工工作性的需要。以不堵管、回彈少、附著性好的噴射混凝土配合比為最佳噴射混凝土配合比，同時還應(yīng)注意環(huán)境保護。
（1）用水量的調(diào)整：依據(jù)上述單位用水量確定的思想，我們在施工工地現(xiàn)場對擬定的噴射混凝土配合比的用水量進行試噴和調(diào)整，通過幾次試噴確定明鋪隧道左線仰坡單方用水量為178kg，右線仰坡單方用水量為175kg。
試噴情況與用水量的記錄
|
工程部位 |
單方用水量
kg |
190 |
185 |
180 |
175 |
176 |
177 |
178 |
|
明鋪隧道左線仰坡 |
試噴情況 |
流淌 |
流淌 |
流淌 |
干、回彈量大 |
稍干 |
略干 |
合適 |
|
明鋪隧道右線仰坡 |
流淌 |
流淌 |
流淌 |
合適 |
稍流 |
流淌 |
流淌 |
（2）砂率的調(diào)整：砂率的調(diào)整隨混凝土回彈量的大小而定?；貜椓看髸r，應(yīng)增加砂率。?；貜椓啃r，應(yīng)減少砂率。通過對擬定50%、55%、60%三個砂率混凝土試噴的實測、調(diào)整，最終確定明鋪隧道左線仰坡最佳砂率為56%，右線仰坡最佳砂率為54%。
現(xiàn)場砂率與回彈量的測試記錄
|
砂率（%） |
50 |
51 |
52 |
53 |
54 |
55 |
56 |
57 |
58 |
59 |
60 | |
|
回彈量
（%） |
明鋪隧道左線仰坡 |
28 |
27 |
25 |
23 |
21 |
20 |
19 |
25 |
25 |
27 |
27 |
|
明鋪隧道右線仰坡 |
26 |
24 |
24 |
21 |
20 |
20.5 |
21 |
23 |
22 |
25 |
25 | |
水泥用量的調(diào)整：在工地現(xiàn)場，采用噴大板切割法，即在450mm×350mm×120mm的模板內(nèi)噴入混凝土，然后將表面輕輕抹平，第二天拆模，水養(yǎng)至28天，用切割機切去周邊，加工成100mm×100mm×100mm的試件.具體步驟如下：1、在噴射作業(yè)面附近將模具敞開一側(cè)朝下，以與水平成80°左右的夾角置于墻角，放置牢靠。2、現(xiàn)在模具外的邊墻上噴射，待操作正常后，將噴頭移至模具位置，由下而上逐層向模內(nèi)噴滿混凝土。3、將噴滿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、在隧道內(nèi)潮濕環(huán)境中養(yǎng)護1天脫模，將混凝土大板移至試驗室，在標準條件下養(yǎng)護7天，用切割機切去周邊和上表面（底部可不切割）后，加工成100mm×100mm×100mm的試件。5、加工好的試件繼續(xù)在標準條件下繼續(xù)養(yǎng)護至28天進行強度試驗）。
（3） 做7天、28天的試件強度試壓，能滿足設(shè)計強度的最小水泥用量的配合比為最佳混凝土。通過試壓，確定明鋪隧道左線仰坡水泥用量為396kg，明鋪隧道右線仰坡水泥用量為389kg最佳。
綜上所述，明鋪隧道左線仰坡、明鋪隧道右線仰坡的噴射混凝土配合比確定如下：
|
工程部位 |
W/C |
砂率％ |
水泥 |
砂子 |
石子 |
速凝劑 |
水 |
強度MPa | |
|
td |
28d | ||||||||
|
明鋪隧道左線仰坡 |
0.45 |
56 |
406 |
1014 |
796 |
4.0% |
183 |
19.7 |
30.4 |
|
明鋪隧道右線仰坡 |
0.45 |
54 |
416 |
983 |
838 |
4.0% |
187 |
20.3 |
32.1 |
六、結(jié)束語
噴射混凝土是張石高速公路二期工程中應(yīng)用很廣的一種混凝土。噴射混凝土配合比的設(shè)計與普通混凝土配合比的設(shè)計有很大差別，不能按照普通混凝土配合比的設(shè)計方法來設(shè)計。噴射混凝土配合比的設(shè)計不僅要滿足混凝土強度、和易性的要求，而且要滿足施工工藝——噴射施工的需要。同時還要經(jīng)濟合理、注重環(huán)境保護。因此，對噴射混凝土的設(shè)計要綜合考慮，以滿足設(shè)計和施工需要。
以上是我們在噴射砼配合比設(shè)計方面的做法，不當之處，敬請各界同仁不吝批評指正。
參考文獻：
1、 GB50086—2001《錨桿支護技術(shù)規(guī)范》
2、 《張石高速公路施工技術(shù)規(guī)范》。
