尹大祥++王宏波++劉瑛++袁慧莉++李國(guó)臣

摘 要：噴射混凝土常用的摻合料有硅灰、粉煤灰、磨細(xì)礦碴和磨細(xì)沸石。該文所介紹的是另一種噴射混凝土的摻合料，此摻合料解決了傳統(tǒng)噴射混凝土存在的強(qiáng)度底，回彈率大，滴水處往往導(dǎo)致噴射混凝土無(wú)法施設(shè)或噴射后出現(xiàn)嚴(yán)重剝落現(xiàn)象等缺陷，極大地改善了噴射混凝土的各項(xiàng)性能，經(jīng)試驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該摻合料噴射混凝土除能滿足強(qiáng)度要求外，還具有很好的耐腐蝕性，后期強(qiáng)度高，且大大減少了回彈量，具有較高的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)價(jià)值。該研究的成果不僅能直接應(yīng)用到隧洞的安全施工中，更為今后類似工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)超微噴射混凝土外加劑 原材料 回彈量 質(zhì)量成本

中圖分類號(hào)：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）01（c）-0016-04

在礦井支護(hù)、隧道、大壩等工程中，混凝土由于施工難度劇增，并時(shí)刻面臨著安全風(fēng)險(xiǎn)。噴射混凝土對(duì)現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性強(qiáng)，施工速度快等優(yōu)良性能得到廣泛的應(yīng)用，噴射混凝土其支護(hù)方法和施工技術(shù)尤為重要，直接與安全、造價(jià)、質(zhì)量和進(jìn)度相關(guān)。但噴射混凝土存在強(qiáng)度底，回彈率大，滴水處往往導(dǎo)致噴射混凝土無(wú)法施設(shè)或噴射后出現(xiàn)嚴(yán)重剝落現(xiàn)象等缺陷，研制出性能優(yōu)良的噴射混凝土對(duì)提高支護(hù)強(qiáng)度，減少浪費(fèi)具有重要意義。高強(qiáng)超微能噴射混凝土外加劑是新一代混凝土外加劑的一種全新產(chǎn)品，其工作原理為通過(guò)添加防水材料和減水成分增加混凝土的密實(shí)性，提高混凝土抵抗不良水質(zhì)侵入的能力。通過(guò)添加高性能引氣劑提高混凝土的抗凍融性和耐久性；通過(guò)復(fù)合阻銹防腐蝕劑獲得不良水質(zhì)侵入后的正面對(duì)鋼筋及混凝土防護(hù)。該外加劑能夠有效提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕的性能，對(duì)已經(jīng)發(fā)生銹蝕或未發(fā)生銹蝕的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，阻止因氯離子、碳化或雜散電流等各種原因造成的鋼筋銹蝕。它突破了混凝土外加劑的傳統(tǒng)理念，開創(chuàng)了使用新方法，從根本上解決了傳統(tǒng)噴射混凝土的諸多不足和局限性。

高強(qiáng)超微噴射混凝土外加劑是在普通噴砼基礎(chǔ)上研制出的特殊外加材料，以使噴砼在其性能上滿足線、滴狀出水條件下的噴射工藝，極大地改善了噴射混凝土的各項(xiàng)性能，該噴射混凝土除能滿足強(qiáng)度要求外，還具有很好的耐腐蝕性，后期強(qiáng)度高，且大大減少了回彈量，具有較高的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)價(jià)值。確保了隧洞安全、經(jīng)濟(jì)和高效施工。

高強(qiáng)超微噴射混凝土外加劑加入噴砼明顯增強(qiáng)，強(qiáng)度不足的問題可完全解決。該產(chǎn)品在相同速凝劑摻量的情況下，因用水量減少，凝結(jié)時(shí)間至少快一半以上，并且對(duì)速凝劑降強(qiáng)有抑制作用。凝結(jié)時(shí)間快，解決了噴射砼噴后放炮與噴射自重承受不了掉下來(lái)的問題，拌制出的噴砼料流動(dòng)度工作性極佳，不泌水與板結(jié)，且坍損極小，解決了因坍落度損失，無(wú)法泵送所造成的棄料現(xiàn)象?；貜椓恐辽贂?huì)降2/3以上，節(jié)約了成本。

1 高強(qiáng)超微噴射混凝土外加劑主要質(zhì)量指標(biāo)及其檢測(cè)結(jié)果指標(biāo)

2 高強(qiáng)超微噴射混凝土外加劑噴射混凝土中的優(yōu)點(diǎn)

該產(chǎn)品經(jīng)過(guò)在拉林線鐵路、成昆鐵路、石黔高速公路等工程中的使用，總結(jié)出以下結(jié)論。

（1）高強(qiáng)超微噴射混凝土外加劑能夠填充水泥顆粒間的孔隙，顯著提高抗壓、抗折、抗?jié)B、防腐、抗沖擊及耐磨性能。具有保水、防止離析、泌水、大幅降低砼泵送阻力的作用。顯著延長(zhǎng)砼的使用壽命，特別是在氯鹽污染侵蝕、硫酸鹽侵蝕、高濕度等惡劣環(huán)境下，可使砼的耐久性提高一倍甚至數(shù)倍，還可提高單次噴層厚度，是高強(qiáng)砼的必要成份，噴后能使噴面迅速干起來(lái)。

（2）高強(qiáng)超微噴射混凝土外加劑中細(xì)度小于1?m的占80%以上，平均粒徑在0.1～0.3 ?m，其細(xì)度和比表面積約為水泥的80～100倍，粉煤灰的50～70倍。由于其特性，摻入水泥中無(wú)泌水、板結(jié)現(xiàn)象。

（3）顆粒形態(tài)與礦相結(jié)構(gòu)：高強(qiáng)超微能噴射混凝土外加劑在形成過(guò)程中，因相變的過(guò)程中受表面張力的作用，形成了非結(jié)晶相無(wú)定形圓球狀顆粒，且表面較為光滑，有些則是多個(gè)圓球顆粒粘在一起的團(tuán)聚體。它是一種比表面積很大、活性很高的火山灰物質(zhì)。高強(qiáng)超微能噴射混凝土外加劑的物料——微小的球狀體可以起到潤(rùn)滑的作用，能夠填充水泥顆粒間的孔隙，同時(shí)與水化產(chǎn)物生成凝膠體，與堿性材料氧化鎂反應(yīng)生成凝膠體。

（4）噴射混凝土可調(diào)到能在2 min內(nèi)終凝，可使依次噴層厚度達(dá)到350～700 mm，粘結(jié)力高達(dá)3 MPa以上，在支護(hù)完成后2 h強(qiáng)度達(dá)1.6 MPa，可以放炮，節(jié)約噴漿時(shí)間，提高作業(yè)循環(huán)，加快施工進(jìn)度。

（5）回彈率降低到邊墻2%左右，拱部5%左右，粉塵濃度降低40%，節(jié)約施工成本，減少現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境污染。

（6）減水效果在30%以上，28天強(qiáng)度可提高到50 MPa，可配制C40防腐噴射混凝土，能充分解決巖爆與富水區(qū)噴射混凝土的問題。

（7）粘結(jié)力高。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，摻高強(qiáng)超微噴射混凝土外加劑材料，其粘結(jié)力可達(dá)3.5 MPa，是普通噴砼的7～8倍。這一特點(diǎn)對(duì)降低回彈、提高抗?jié)B，尤其是滲水帶噴護(hù)非常有益。

（8）一次噴厚較厚。

由于粘結(jié)力較高這一特點(diǎn)，在不移動(dòng)濕噴臺(tái)車，機(jī)械手在同一部位往返噴射作業(yè)時(shí)，噴層厚可達(dá)30 cm以上。這對(duì)改善開挖面作業(yè)面凹凸不平的應(yīng)力狀態(tài)，盡快給圍巖提供支護(hù)力起到類似二次襯砌砼的作用，對(duì)降低巖爆的風(fēng)險(xiǎn)程度發(fā)揮主導(dǎo)作用。并在采取輔助措施解決滲水帶的噴砼工藝方面效果明顯。

（9）抗?jié)B指標(biāo)高。

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，摻高強(qiáng)超微能噴射混凝土外加劑，其抗?jié)B指標(biāo)達(dá)到22。這一特點(diǎn)可解決常規(guī)噴砼在滲水洞段無(wú)法完成的噴射工藝，同時(shí)可在低壓或有輔助措施的情況下，起到封堵散水的效果。

（10）速凝劑摻量低。

摻高強(qiáng)超微噴射混凝土外加劑，可減少速凝劑摻量達(dá)到原初與終凝時(shí)間效果。

3 摻高強(qiáng)超微噴射混凝土外加劑配合比設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

3.1 砂率的確定

砂率宜控制在50%～60%，這是綜合考慮噴射混凝土的施工性能和力學(xué)性能后提出的。實(shí)踐證明，砂率的大小既影響噴射混凝土的施工性能，也影響其力學(xué)性能，當(dāng)砂率低于50%時(shí)，回彈率高，管路堵塞，施工工藝不易掌握，噴層厚度相應(yīng)變薄，噴射混凝土強(qiáng)度離散性很大；砂率過(guò)大，高于60%，因粗集料不足，噴射時(shí)石子對(duì)混凝土沖擊搗實(shí)力不大，使噴射混凝土的強(qiáng)度降低，同時(shí)使集料比表面積增大，要達(dá)到相應(yīng)坍落度和流動(dòng)性，水泥用量也要加大，既不經(jīng)濟(jì)也會(huì)使混凝土收縮增大。

3.2 水灰比與坍落度的確定

濕法噴射施工水灰比宜控制在0.45之內(nèi)。水灰比的大小影響噴射混凝土回彈率和強(qiáng)度。采取濕法噴射施工時(shí)，水灰比則可以準(zhǔn)確控制。通過(guò)新產(chǎn)品高強(qiáng)超微噴射混凝土外加劑，用小水灰比進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，提高噴混凝土早期強(qiáng)度進(jìn)行與加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)控制來(lái)解決。坍落度是評(píng)價(jià)混凝土流動(dòng)性、粘聚性和保水性的重要指標(biāo)。濕法噴射施工時(shí)，應(yīng)進(jìn)行坍落度檢測(cè)，坍落度規(guī)范規(guī)定宜控制在80～130 mm。但混凝土噴射機(jī)械手規(guī)范規(guī)定80～130 mm坍落度難以泵送，坍落度取值經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，在現(xiàn)場(chǎng)要達(dá)到140～180 mm。

3.3 膠凝材料取值

噴射混凝土作為混凝土的一種，其配合比設(shè)計(jì)參數(shù)主要有膠凝材料用量、灰骨比、砂率、水灰比以及坍落度等。膠凝材料用量控制水泥在440 kg/m3以上。水泥用量過(guò)少，回彈量大，初期強(qiáng)度增長(zhǎng)慢，當(dāng)水泥用量增加，噴射混凝土強(qiáng)度會(huì)提高，回彈減少。但水泥用量過(guò)多，一是不經(jīng)濟(jì)， 二是混凝土凝結(jié)硬化時(shí)收縮也會(huì)增大。

3.4 混凝土配合比的選定

噴射混凝土配合比一般采用經(jīng)驗(yàn)公式和施工技術(shù)規(guī)范相結(jié)合的方法來(lái)確定。噴射混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)包括常規(guī)配合比設(shè)計(jì)和噴射混凝土現(xiàn)場(chǎng)試噴、調(diào)整兩個(gè)部分。前一部分是依據(jù)噴射混凝土的要求，按照混凝土常規(guī)配合比設(shè)計(jì)思路提出基準(zhǔn)配比，后一部分是以基準(zhǔn)配比為前提，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整、驗(yàn)證、確定其配合比。兩個(gè)步驟互為補(bǔ)充，缺一不可。噴射混凝土目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)，原則濕法噴射混凝土的體積密度可取2 300 kg/m3。

4 成本分析

例：成本分析：水泥250元/t，噴射砼砂料45元/t，碎石料35元/t，速凝劑2 250元/t，減水劑3 360元/t，噴射混凝土外加劑6 000元/t?，F(xiàn)場(chǎng)由于原配合比強(qiáng)度結(jié)果上有很大差異，至少相差10 MPa，兩個(gè)等級(jí)，高強(qiáng)超微能噴射混凝土外加劑用在噴射混凝土中，噴射混凝土取消了常用的摻合料如硅灰、粉煤灰、磨細(xì)礦碴和磨細(xì)沸石、減水劑等。強(qiáng)度一樣時(shí)所用的配合比見表4、表5。

噴射混凝土的成本分析備注如下。

4.1 原配合比成本分析

（1）回彈量：國(guó)產(chǎn)小型機(jī)械噴射手每立方噴射混凝土成本為價(jià)格人工費(fèi)55+運(yùn)輸費(fèi)35+攪拌10+機(jī)械噴射手費(fèi)40+配件及維修費(fèi)14+柴油2+電費(fèi)5+其他費(fèi)96+管理費(fèi)經(jīng)費(fèi)103+稅金43+材料費(fèi)用241=644元/m3。

回彈量每立方米混凝土浪費(fèi)為644×0.3=193.2元/m3。

（2）因坍落度損失，無(wú)法泵送所造成的棄料，按每100 m3棄8 m3料進(jìn)行計(jì)算（隨著隧道的深入，該數(shù)值還會(huì)增大），每立方米混凝土浪費(fèi)的成本為341×0.08=27.3元/m3。

取值：人工費(fèi)55+運(yùn)輸費(fèi)35+攪拌10+材料費(fèi)用241=341元/m3。

（3）前期噴射砼噴后放炮后與噴射自重承受不了掉下來(lái)的現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次觀察，初噴后5 cm，至少要損失20%以上，綜合自重?fù)p失回彈率達(dá)到20%，當(dāng)然復(fù)噴除外。成本為644×0.2=128.8元/m3。

原配合比總成本應(yīng)該是644元/m3+27.3元/m3+128.8元/m3+193.2元/m3=993.3元/m3，如強(qiáng)度一樣，成本加上1 030元/m3，

4.2 摻噴射砼外加劑配合比成本分析

國(guó)產(chǎn)小型機(jī)械噴射手每立方噴射混凝土成本價(jià)格為人工費(fèi)55+運(yùn)輸費(fèi)35+攪拌10+機(jī)械噴射手費(fèi)40+配件及維修費(fèi)9+柴油2+電費(fèi)5+其他費(fèi)96+管理費(fèi)經(jīng)費(fèi)103+稅金43+材料費(fèi)用354=752元/m3。

（1）由于此噴射砼易性好，配件更換頻率低，液壓系統(tǒng)和泵送系統(tǒng)的配件磨損少，配件及維修費(fèi)每立方至少節(jié)省5元。

（2）噴射砼噴后凝結(jié)時(shí)間加快，不會(huì)出現(xiàn)放炮后與噴射自重承受不了掉下來(lái)的現(xiàn)象。

回彈量綜合為752元/m3×0.05=37.6元/m3。

綜合噴射砼外加劑總費(fèi)用為752元/m3+37.6元/m3=789.6元/m3。

節(jié)省成本為993.3元/m3-789.6元/m3=203.7元/m3。

節(jié)省成本為1 030元/m3-789.6元/m3=240.4/m3（強(qiáng)度一樣）。

當(dāng)然對(duì)于原配合比坍落度損失與噴射砼噴后放炮后與噴射自重承受不了掉下來(lái)的現(xiàn)象大家平常沒有注意，只檢查噴厚時(shí)候發(fā)現(xiàn)有問題，該分析是結(jié)合很多隧道計(jì)算成本得到的數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

高強(qiáng)超微噴射混凝土外加劑加噴射混凝土，不僅可以起到減少裂縫、補(bǔ)償收縮的作用，而且可以提高噴射混凝土的和易性，降低工程施工造價(jià)。對(duì)混凝土力學(xué)性能（包括抗拉、抗壓、抗折強(qiáng)度）產(chǎn)生影響。試驗(yàn)表明：該混凝土除滿足強(qiáng)度要求外還具有很好的耐腐蝕性；噴射混凝土的耐久性得到保障，噴射混凝土可作為永久襯砌的混凝土，結(jié)合試驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，探索出適合情況的濕噴工藝；該項(xiàng)研究成果具有很大的創(chuàng)新性和很高的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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