噴射混凝土強度影響因素及保障措施

【摘要】噴射混凝土與受噴層之間的粘結強度大小對工程支護和結構補強加固起著非常重要的作用，是決定噴射混凝土與受噴層能否共同工作、受力的重要因數之一。本文介紹了大石門水庫大壩深部基礎處理工程中對于保障噴射混凝土粘結強度的若干措施，供其他工程參考。

【關鍵詞】噴射混凝土；圍巖；粘結強度；措施；大石門水庫

1、工程概述

庫容1.27億m3，水庫正常蓄水位2300.00m，電站裝機60MW，發電引水流量82.0m3/s。

大石門水庫大壩深部基礎處理工程包括大壩深部基礎處理及大壩帷幕灌漿平洞及壩基排水平洞的開挖、支護。工程圍巖地質條件復雜（以Ⅳ類、Ⅴ類圍巖為主體），由于開挖掌子面較小，作業空間不大，工程采用干噴法進行噴射混凝土作業。施工過程中對開挖的平洞、支洞等部位進行不同種類的噴射混凝土支護，以強度劃分有C20、C25噴射混凝土及C25鋼纖維噴射混凝土。為了能夠減少擾動，減小圍巖松動范圍，以及盡量減少開挖面的支護工程量，并使噴射混凝土與受噴層能否更好的共同工作、受力，保證噴射混凝土的粘結強度就尤為重要。本文擬就如何保障噴射混凝土粘結強度的措施進行介紹。

2、 影響噴射混凝土強度的因數及采取的相應措施

噴射混凝土作為圍巖支護的主要措施之一，其粘結強度對支護效果的好壞起決定作用，粘結強度隨噴射混凝土抗壓強度的增加而增加，另外粘結強度與受噴面成分、圍巖類別、粗糙程度、混凝土原材料、外加劑相容性、界面濕潤程度、養護情況、噴射壓力及角度等因數有關。

2.1 、混凝土抗壓強度的影響

雖然粘結強度隨噴射混凝土抗壓強度的增加而增加，但一味的降低水膠比會使粉塵量增加，抗壓強度的增加也不明顯（見表1、圖1）。以P.O42.5水泥配制5%JS477-2005速凝劑，砂率52%的試驗結果可見當水膠比降低至0.40后，抗壓強度及粘結強度趨于收斂狀態，且回彈率較高，如采用小于0.40水膠比施工將大幅增加工程成本，對粘結強度的提高卻不大，所以針對不同設計強度的噴射混凝土水膠比控制在0.40～0.45之間。

2.2、水泥與速凝劑的相容性對混凝土強度的影響

由于水泥礦物成分、比表面積、所摻混合料的品種及摻量的不同，以及速凝劑的均質性、穩定性等原因會導致水泥與速凝劑相容性差，具體表現為凝結時間、1d抗壓強度、28d抗壓強度比等指標不能滿足要求，要達到設計要求而加大用量等（表2）。

以上水泥為P.O42.5，速凝劑摻量為水泥用量5%，水膠比0.5。

水泥熟料中具有水化反應迅速的C3A和C3S各占8%、50%左右比例，選擇C3A和C3S含量較高的水泥，可以較好的與速凝劑相容，并能夠速凝、快硬，后期強度也較高。需要注意的是這兩種成分對水泥的水化放熱量影響很大，特別是C3A，所以在噴射混凝土施工時應注意一次噴射厚度（邊墻80～90mm、頂拱40～50mm）和混凝土層的均勻性，防止水化熱量不均勻造成的砼開裂。

優先選用強度等級不低于32.5的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，在選用干噴法進行施工時，因回彈量較大，建議使用強度等級不低于42.5的普通硅酸鹽水泥。采用C4AF含量高而C3A含量低的水泥及減水劑等措施，都有利于提高噴射混凝土的抗拉強度。

根據現場施工環境合理選擇水泥和速凝劑品種，畢竟水泥的選購時有就近原則，所以首先選定了水泥品種后，在選用速凝劑時要注意，并非質量最好的就是適用的，必須通過試驗選擇搭配能夠滿足要求的組合。

2.3 、骨料對混凝土強度的影響

骨料級配對噴射混凝土拌合物的可泵性、通過管道的流動性、在噴嘴處的水化效果、對受噴面的粘結程度，以及對混凝土的質量和經濟性都具有重要作用。

噴射混凝土用砂宜采用中粗砂，細度模數應在2.8～3.2之間。砂子過細，比表面積大，砂粒周圍粘有過多粉塵會影響水泥漿與骨料表面的粘結，從而降低噴射混凝土與受噴面得粘結強度；砂子過粗，則會增加噴射混凝土回彈量，造成浪費增加經濟損失。

噴射混凝土用卵石或碎石均可，最大粒徑應控制在15mm以下為宜（表3）。采用粒徑較小的碎石有利于提高噴射混凝土的抗拉強度。采用連續級配獲得最大混凝土表觀密度，避免混凝土拌合物產生離析，并能夠減少混凝土回彈量。在摻有速凝劑的噴射混凝土中骨料不得含有活性二氧化硅，以免產生堿集料反應而使噴射混凝土出現開裂現象。

骨料除了細度、粒徑、級配要求以外，還要注意含泥量、超遜徑含量、石粉含量（人工砂）等因數對噴射混凝土的影響。

2.4、 砂率對混凝土強度的影響

砂率對噴射混凝土的強度和黏結力影響很大，當砂率過大時，雖然回彈損失小且可泵性好，但混凝土強度降低明顯，收縮大；反之砂率過小時，混凝土強度高，但可泵性差，易堵管，回彈量大，造成經濟損失。砂粒較粗時選擇砂率偏大，砂粒較細時選擇砂率偏小。一般砂率在45～55%之間，通過試驗確定回彈損失小、抗壓強度高、可泵性好、經濟的砂率為52%。

2.5 、受噴面處理、噴射混凝土養護對混凝土強度的影響

噴射混凝土的形狀不同，殘余應力也就不同；噴層厚度相差懸殊，水分損失快慢不均，都會造成混凝土干縮不均，出現裂紋，降低噴射混凝土與受噴面得粘結強度。為使噴層厚度均勻，獲得較平整的受噴面，應采用光面爆破或預裂爆破。

在噴射混凝土之前應清除所有松散巖塊、浮石巖渣及油脂或者其他影響噴射混凝土與圍巖粘結的污濁、贓物；根據圍巖等級不同，用高壓風、水清洗作業面；潤濕巖面，處理表面積水及輸排裂縫滲漏水。

加入速凝劑后，使存在于水泥顆粒間的大量游離水被未水化的顆粒迅速吸收，從而加速水泥的水化過程。如果未能及時養護，噴射混凝土在早期硬化過程中水分蒸發過多，造成混凝土由表面逐步向內部發展的干縮，引起內應力和殘余變形，從而降低了噴射混凝土與受噴面得粘結強度，所以應在噴射混凝土終凝2h后開始噴水養護，養護時間一般不得少于14d；在相對潮濕的洞室內，圍巖品質較好，養護時間一般不得少于7d。

2.6 、噴射壓力及角度的影響

噴射混凝土施工時，拌合料以較高的速度噴向受噴面，水泥顆粒與集料反復沖擊，使混凝土連續得到擠壓。噴射機提高連續穩定的壓力，根據不同骨料調整風壓在0.5～0.7MPa之間，壓力過小，導致混凝土擠壓不密實；壓力過大將會增加回彈量，造成不必要的浪費。噴頭與受噴面保持垂直狀態，同時噴射混凝土噴射工藝采用較小的水膠比，從而使噴射混凝土具有良好的密實性和較高的強度。

3、 保障措施的效果

通過一系列的試驗，合理選擇噴射混凝土水膠比、砂率、水泥和速凝劑品種，并在施工過程中注意受噴面的處理及對噴射混凝土的及時養護，根據噴射部位調整噴射壓力及噴射距離、角度，有效的滿足了噴射混凝土粘結強度的工程設計要求（表5）。

4、結語

通過在大石門水庫基礎處理工程中對噴射混凝土的一系列試驗、調整及現場控制，對C25噴射混凝土檢測數據統計（統計數據見表6），所有檢測結果均達到設計指標。

根據在工程中試驗檢測、現場施工控制總結以下經驗供參考：

1）試驗確定與已選定水泥相容性最好的外加劑，或是各項指標均能滿足要求的外加劑；

2）根據施工技術要求，并考慮經濟性的前提下合理確定噴射混凝土水膠比（0.40～0.45）、砂率（45～55%）；

3）必須加強對混凝土養護重要性的認識，并做好相關工作；

4）作業前應對施工人員做好技術交底及產前培訓。

參考文獻 ：

[1]中華人民共和國國家經濟貿易委員會發布：水工混凝土施工規范[S] DL/T5144-2001。北京：中國電力出版社，2001。

[2]中華人民共和國國家經濟貿易委員會發布：水電水利工程錨噴支護施工規范[S] DL/T5181-2003。北京：中國電力出版社，2003。

[3]中華人民共和國國家經濟貿易委員會發布：水工混凝土外加劑技術規程[S] DL/T5100-1999。北京：中國電力出版社，1999。