郭春紅

(河北省子牙河河務中心，河北 衡水 053000)

1 材料與方法

1.1 試驗材料

根據(jù)噴射混凝土的使用規(guī)范和要求，宜選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，且速凝劑需要和水泥材料相容，強度等級不小于42.5 MPa[1]?；诖耍舜窝芯窟x擇錦州方北建材有限公司出品的P·O42.5普通硅酸鹽水泥。對水泥樣品的主要性能指標進行測定，結(jié)果如表1所示。由表1可知，水泥材料的各指標均滿足試驗要求，可以用于此次試驗研究。

表1 水泥樣品主要性能指標測定結(jié)果

試驗用粉煤灰為安徽淮南常華電力實業(yè)總公司生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰，其需水量比為100%，燒失量為1.58%；含水量為0.5%，各項檢測結(jié)果符合 C30 混凝土技術指標。

噴射混凝土對細骨料的要求較高，需要使用細度模數(shù)不小于2.5的粗砂或中砂[2]。根據(jù)相關要求，此次研究選擇的是錦州市啟航砂石料廠提供的中砂，其細度模數(shù)為2.59，含泥量小于2.1%，堆積密度為1870 kg/m3，用于噴射混凝土的拌制較為理想。

噴射混凝土的粗骨料適合使用質(zhì)地堅硬、耐久性好的卵石或碎石，其粒徑不宜大于12 .0 mm。此次研究選擇的啟航砂石料廠提供的人共碎石，其巖性為石灰?guī)r，質(zhì)地堅硬，壓碎率小于2.3%，粒徑范圍為5.2～10.0 mm。

在噴射混凝土施工過程中，為了保證混凝土中的膠凝物質(zhì)可以迅速凝固，使噴射混凝土何為言及早成為一體，往往需要加入速凝劑[3]。此次研究選擇的是四川凱彤建筑材料有限公司生產(chǎn)的KTA-08型速凝劑，其初凝時間為2.5 min，終凝時間為5.5 min，摻量為水泥用量的4%。

試驗中使用的減水劑為四川凱彤建筑材料有限公司生產(chǎn)KTA-01聚羥酸效減水劑；試驗用水為普通自來水。

1.2 試驗方案

為了研究不同粉煤灰取代率對高巖溫情況下噴射混凝土力學性能的影響，試驗中結(jié)合相關研究成果和粉煤灰混凝土的工程經(jīng)驗，利用粉煤灰取代部分細骨料，同時設定0%、10%、20%、30%、40%和50%等6種不同的粉煤灰取代率進行試驗。不同取代率方案的配合比如表2所示。

表2 不同試驗方案每立方米材料用量

1.3 試件方法

結(jié)合國內(nèi)外研究成果和工程經(jīng)驗，在噴射混凝土制作時采用二次攪拌工藝[4]。為了避免混凝土成型過程密實度對試驗結(jié)果可能產(chǎn)生的影響，在混凝土裝模過程中要先用抹刀進行人工插搗，然后再放在振動臺上振搗密實。在混凝土養(yǎng)護過程中需要模擬高巖溫情況，結(jié)合我國水工隧洞高巖溫工程實際，設計40 ℃、60 ℃和80 ℃ 3種不同的巖溫水平。同時，為了避免濕度因素對試驗結(jié)果可能產(chǎn)生的影響，養(yǎng)護濕度保持為95%以上。

對養(yǎng)護至規(guī)定齡期的噴射混凝土試件利用FTC-2000力學萬能試驗機進行抗壓強度、抗折強度和劈裂抗拉強度試驗，并記錄好相應的試驗數(shù)據(jù)[5]。根據(jù)對試驗數(shù)據(jù)的對比分析，獲取粉煤灰取代率對高巖溫情況下噴射混凝土物理力學性能的影響規(guī)律。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 抗壓強度

對不同粉煤灰取代率試件在不同養(yǎng)護溫度條件下的28 d齡期抗壓強度進行試驗，根據(jù)試驗結(jié)果繪制出如圖1所示的噴射混凝土抗壓強度隨粉煤灰取代率的變化曲線。由圖1可以看出，巖溫對噴射混凝土的強度存在十分明顯的影響，隨著圍巖巖溫的升高，噴射混凝土的強度會迅速下降。由此可見，采取必要的工程措施降低巖溫對噴射混凝土的影響具有重要的工程意義和價值。另一方面，在噴射混凝土中摻入粉煤灰能夠顯著提高高巖溫環(huán)境下噴射混凝土的強度，具有重要的工程意義和價值。從具體的變化規(guī)律來看，隨著粉煤灰取代率的增加，噴射混凝土的抗壓強度呈現(xiàn)出先迅速升高后緩慢下降的變化趨勢。當粉煤灰取代率為30%時的抗壓強度值達到最大。究其原因，主要是粉煤灰取代部分細骨料之后，可以部分起到膠凝材料的作用，還可以發(fā)揮其微集料效應，實現(xiàn)骨料級配的進一步優(yōu)化，使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為密實，因此混凝土的強度值有所提高。當然，粉煤灰的效用并不是無限的，如果粉煤灰的取代率過高，會導致混凝土中河沙數(shù)量的大幅減少，因此造成骨料級配的斷層現(xiàn)象，不僅會不會改善混凝土內(nèi)部的骨架結(jié)構(gòu)，增加密實性，反而會影響混凝土自身的性能，并表現(xiàn)為混凝土抗壓強度值的降低。

圖1 抗壓強度隨粉煤灰取代率的變化曲線

2.2 抗折強度

對不同粉煤灰取代率試件在不同養(yǎng)護溫度條件下的28 d齡期抗折強度進行試驗，根據(jù)試驗結(jié)果繪制出如圖2所示的噴射混凝土抗折強度隨粉煤灰取代率的變化曲線。由圖2可以看出，與抗壓強度類似，巖溫對噴射混凝土的抗折強度存在十分明顯的影響，隨著圍巖巖溫的升高，噴射混凝土的抗折強度會迅速下降；添加粉煤灰有助于提升噴射混凝土在高巖溫環(huán)境下的抗折強度，具有重要的工程意義和價值。隨著粉煤灰取代率的增加，噴射混凝土的抗折強度呈現(xiàn)出先迅速增加后不斷下降的變化趨勢，其原因和抗壓強度類似這里不再復述。從具體的試驗數(shù)據(jù)來看，當粉煤灰取代率為30%時噴射混凝土的抗折強度值最大。此外，圍巖巖溫越高，摻加粉煤灰的工程效果越明顯。例如，圍巖巖溫為80 ℃時，粉煤灰取代率30%與不摻加粉煤灰相比，噴射混凝土的強度值增加約49.16%，而圍巖溫度為40 ℃時僅增加約27.11%。

圖2 抗折強度隨粉煤灰取代率變化曲線

2.3 劈裂抗拉強度

對不同粉煤灰取代率試件在不同養(yǎng)護溫度條件下的28 d齡期劈裂抗拉強度進行試驗，根據(jù)試驗結(jié)果繪制出如圖3所示的噴射混凝土劈裂抗拉強度隨粉煤灰取代率的變化曲線。由圖3可以看出，高巖溫條件下劈裂抗拉強度的變化規(guī)律與抗折強度較為相似，當粉煤灰的取代率為30%時的劈裂抗拉強度值最大。

圖3 劈裂抗拉強度隨粉煤灰取代率變化曲線

3 結(jié) 論

(1)摻入一定比例的粉煤灰，可以有效增加高巖溫環(huán)境下噴射混凝土的抗壓強度、抗折強度和劈裂抗拉強度，具有重要的工程應用價值。

(2)隨著粉煤灰取代率的增加，噴射混凝土的抗壓強度、抗折強度和劈裂抗拉強度呈現(xiàn)出先迅速增加后不斷降低的變化特點。

(3)當粉煤灰取代率為30%時，噴射混凝土的抗壓強度、抗折強度和劈裂抗拉強度值最大，為最佳取代率。

(4)圍巖巖溫越高，粉煤灰對噴射混凝土力學性能的改善效果越好。