分水鎮(zhèn)隧道干粉速凝劑施行濕噴混凝土的試驗①

尹大祥

摘 要：分水鎮(zhèn)隧道工程，通過風(fēng)壓把干粉速凝劑送到噴嘴處進(jìn)行濕噴，降低了施工費用，提高了經(jīng)濟(jì)效益。通過工程概述、初期支護(hù)方式、原材料主要質(zhì)量指標(biāo)及其檢測結(jié)果、混凝土配合比設(shè)計、配合比噴射混凝土的與現(xiàn)場實際應(yīng)用對比指標(biāo)、成本分析等幾個方面對分水鎮(zhèn)隧道干粉速凝劑施行濕噴混凝土的試驗進(jìn)行了詳細(xì)闡述。該文在結(jié)合工程實際的情況下，確定了配合比，為今后大規(guī)模使用干粉速凝劑取代液體速凝劑提供參考。

關(guān)鍵詞：干粉速凝劑 濕噴混凝土 配合比 試驗

中圖分類號：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（b）-0092-03

噴射混凝土工藝常見為干噴（包括潮噴和半濕噴）、濕噴兩大類。干噴：先將混凝土（砂石、水泥，包括粉狀速凝劑）在現(xiàn)場干拌均勻，然后裝入干噴機(jī)，依靠氣力（壓縮空氣）將干混料通過膠管送到噴管，噴管上接有水管，干混料與水在噴管內(nèi)混合，然后從噴嘴噴出，依靠噴射壓力，混凝土粘接到巖石或其他材料表面，迅速凝結(jié)和硬化。濕噴：除不加速凝劑外，混凝土預(yù)先在攪拌站配制生產(chǎn)，然后用混凝土罐車運送到施工現(xiàn)場，裝入濕噴機(jī)，將濕拌混凝土通過膠管送到噴管，噴管上接有水管，可通入液體速凝劑，濕拌混凝土與速凝劑在噴管內(nèi)混合，然后從噴嘴噴出。濕噴：是目前強(qiáng)行使用的噴射混凝土工藝。用干粉速凝劑進(jìn)行濕噴，目前暫無先例。是一種新式的噴射混凝土工藝，文中濕噴混凝土所用干粉速凝劑是采用一種增壓型粉狀速凝劑添加裝置，直接把干粉速凝劑用流量與風(fēng)壓加入噴頭進(jìn)行的一種新式的噴射混凝土工藝（圖1）。

1 工程概述

分水鎮(zhèn)隧道位于重慶市萬州區(qū)孫家鎮(zhèn)和分水鎮(zhèn)境內(nèi)，起訖里程為D1K209+713～D1K218+880，全長9167m，隧道最大埋深550m，本標(biāo)段范圍隧道進(jìn)口工區(qū)和斜井工區(qū)，起訖里程為D1K209+713～D1K214+398。隧道長，噴射混凝土量大，共計32890m3。

2 初期支護(hù)方式

噴射砼采用濕噴法施工，采用機(jī)械噴射手和小型濕噴機(jī)施工，設(shè)計強(qiáng)度C25，與圍巖粉結(jié)力，圍巖Ⅲ級不低于0.8MPa，Ⅳ、Ⅴ級圍巖不低于0.5MPa，設(shè)計噴混厚度圍巖Ⅲ級為13cm，Ⅳ、Ⅴ級圍巖不低于25 cm。

3 原材料主要質(zhì)量指標(biāo)及其檢測結(jié)果

按照《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ55-2000）和設(shè)計文件的有關(guān)要求，結(jié)合該地區(qū)實際情況，本試驗中主要采用的膠結(jié)料為重慶萬州西南水泥有限公司科華P·O42.5普通硅酸鹽水泥。萬州秦皇砂石廠，機(jī)制砂。萬州秦皇砂石廠，5～10mm碎石。山西鐵力聚羧酸系統(tǒng)高性能減水劑（TL-A/緩凝型）山西鐵力TL-S2液體速凝劑，速凝劑摻量：5.0%。成都市萬基建材有限公司（隧吉安牌）干粉速凝劑。

3.1 水泥

本次濕噴對比試驗采用重慶萬州西南水泥有限公司科華P·O42.5普通硅酸鹽水泥。，其物理性能質(zhì)量指標(biāo)滿足GB175-2007標(biāo)準(zhǔn)要求，3d強(qiáng)度富余系數(shù)一般不低于27%，28d強(qiáng)度富余系數(shù)一般為25%（抗折）和6%（抗壓）。

3.2 骨料

3.3 外加劑

3.3.1 液體速凝劑、干粉速凝劑

與重慶萬州西南水泥有限公司科華P·O 42.5普通硅酸鹽水泥水泥與其進(jìn)行相融性試驗，其檢測結(jié)果見表3。

速凝劑相融性試驗液體摻量（5.0%）， 干粉摻量（3.5%）

從檢測結(jié)果來看，所檢項目能夠滿足《噴射混凝土用速凝劑》（JC477-2005）標(biāo)準(zhǔn)。

3.3.2減水劑

濕噴混凝土配合比采用山西鐵力聚羧酸系統(tǒng)高性能減水劑，其檢測結(jié)果符合《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》TB10424-2010標(biāo)準(zhǔn)要求，見表4。

3.4 拌和用水

經(jīng)檢驗符合《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》TB10424-2010混凝土拌合用水技術(shù)要求。

4 混凝土配合比設(shè)計

4.1 配合比方案設(shè)計

針對施工技術(shù)規(guī)范《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》TB10424-2010和《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ55-2011）的規(guī)定，要求設(shè)計的濕噴混凝土強(qiáng)度級別為C25MPa，水膠比不宜大于0.50，坍落度宜控制在80～160mm，凝結(jié)時間快，早期強(qiáng)度高等。對分水鎮(zhèn)隧道初期支護(hù)進(jìn)行了液體速凝劑、干粉速凝劑兩種濕法噴射混凝土配合比設(shè)計試驗，根據(jù)施工水平和規(guī)范要求，選定標(biāo)準(zhǔn)差為5.0MPa，配制強(qiáng)度計算如下： Fcu，O=25+1.645×5=33.2MPa采用質(zhì)量法設(shè)計，假定密度：2340kg/m3。選定的實際配合比見表5、表6。

4.2 力學(xué)性能性能試驗結(jié)果（見表7）

4.3 理論配合比確定

根據(jù)上述試驗結(jié)果，在滿足設(shè)計和施工要求的條件下，確定1號4號配合比為選定的理論配合比，配合比如下：

1號配合比：水泥∶砂∶石∶水∶外加劑∶速凝劑（液體）=486∶756∶888∶180∶5.35∶

24.3

4號配合比：水泥∶砂∶石∶水∶外加劑∶速凝劑（粉劑）=486∶756∶888∶180∶5.35∶17.0

5 配合比噴射混凝土的與現(xiàn)場實際應(yīng)用對比指標(biāo)

（1）對室內(nèi)的提出的噴射混凝土進(jìn)行現(xiàn)場試驗，根據(jù)渝黔安函[2014]483號關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)隧道砼質(zhì)量控制的通知、關(guān)于做好隧道路基專項整改周報報送的通知和渝黔綜函（2014）508號文件，明確隧道噴射混凝土鉆芯取樣的操作規(guī)程、操作要點及相應(yīng)的工藝標(biāo)準(zhǔn)，驗證隧道噴射混凝土是否有空洞噴射混凝土強(qiáng)度是否達(dá)標(biāo)。對噴射混凝土加大初支噴射混凝土試驗檢測頻率。施工單位每一作業(yè)循環(huán)或每工班制作噴射混凝土大板試件（拱部和邊墻各留置一組）、每20m進(jìn)行一次鉆芯取樣檢測強(qiáng)度。分別在分水鎮(zhèn)隧道初期支護(hù)液體速凝劑、干粉速凝劑兩種濕法噴射混凝土進(jìn)行對其強(qiáng)度和巖石粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行了試驗，其結(jié)果見表8。

（2）回彈率與粉塵情況：通過現(xiàn)場對各配比混凝土進(jìn)行回彈量收集稱量，分別對拱頂和邊墻進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果兩種配比的混凝土都表現(xiàn)出很好的回彈指標(biāo)，用液體速凝劑濕噴綜合回彈在21%，尤其干粉速凝劑濕噴混凝土回彈更是降到15.3%，噴射工效提高。在現(xiàn)代地下施工中，粉塵已成為惡化洞內(nèi)環(huán)境的重要因素，不容忽視。在隧道內(nèi)發(fā)生粉塵的作業(yè)有：鉆孔和爆破作業(yè)、機(jī)械開挖作業(yè)、噴混凝土作業(yè)、裝碴運碴作業(yè)等。直接把干粉速凝劑用風(fēng)壓加入噴頭進(jìn)行濕噴混凝土作業(yè)、其結(jié)果與液體一樣，因干粉速凝劑直接與濕拌混凝土接觸，沒出現(xiàn)干粉速凝劑粉塵四處吹起現(xiàn)象。改善洞內(nèi)的作業(yè)環(huán)境，確保安全和提高作業(yè)效率。

（3）施工及試驗結(jié)論：通過對以上各配比混凝土的室內(nèi)試驗和現(xiàn)場施工取得的科學(xué)數(shù)據(jù)，同一個配合比濕噴混凝土，在攪拌、泵送工藝均相同。且速凝劑添加均在噴咀處，只是速凝劑為粉劑與液體，其強(qiáng)度粉劑略高于液體，在隧道長洞內(nèi)施工環(huán)境差，在施工時減少粉塵量，減少回彈上，采用干粉速凝劑進(jìn)行濕噴，此方法能達(dá)到用液體速凝劑進(jìn)行濕噴效果。