早高强喷射混凝土配合比设计探究

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1、早高强喷射混凝土配合比设计探究　　摘要：论文通过在普通喷射混凝土中加入适量钢纤维、聚丙烯纤维、硅灰和聚羧酸高效减水剂，使得喷射混凝土各龄期抗压强度、粘结强度以及抗渗性能明显改善，为早高强喷射混凝土的配合比设计研究提供参考。关键词：早高强喷射混凝土；纤维；硅灰；减水剂中图分类号：TU528.31文献标识码：A文章编号：引言：喷射混凝土与钢架、锚杆等共同构成隧道工程复合式衬砌的初期支护结构。喷射混凝土由于其喷射厚度薄、密实性较差、直接与围岩接触、受地下环境影响严重等因素，成为初期支护耐久性难以保证的关键原因，进而导致隧道工程衬砌一直处于相对保守、经济性差的较低水平[1]。近年

2、来，关于隧道单层衬砌的研究和应用也逐渐被人们所重视。这些都对喷射混凝土的力学和耐久性能提出更高的要求，早高强喷射混凝土的研究日益凸显其重要性。1.早高强喷射混凝土的性能要求1.1较高的早期强度：《铁路隧道锚喷构筑法技术规范》规定喷射混凝土24h立方体抗压强度不得小于56Mpa[2]。早高强喷射混凝土对早期强度要求较高，目前国外对隧道单层衬砌中喷射混凝土的24h强度要求不小于8Mpa。本次配合比设计研究要求喷射混凝土24h单轴抗压强度不低于8Mpa。1.2较高的后期强度：目前国内外广泛使用的喷射混凝土强度要求在15~30Mpa之间，远低于普通混凝土C40~C60的要求。较高

3、的后期强度对保证支护结构的安全性至关重要。本次配合比设计研究要求喷射混凝土强度等级为C40。1.3较高的围岩粘结强度：《锚杆喷射混凝土支护技术规范》对喷射混凝土与围岩间的粘结力有如下要求：Ⅰ、Ⅱ级围岩不应低于0.8Mpa，Ⅲ级围岩不应低于0.5Mpa。与围岩间的粘结强度是保证初期支护质量的关键因素。本次配合比设计研究要求喷射混凝土与围岩间的粘结强度Ⅰ、Ⅱ级围岩不低于1.8Mpa，Ⅲ、Ⅳ级围岩不低于1.0Mpa[3]。2.早高强喷射混凝土原材料要求2.1水泥：优先采用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，水泥强度等级不应低于32.5MPa。选用广东骏马水泥厂生产的P.O42.5级水泥

4、。2.2速凝剂：喷射混凝土宜优先采液体速凝剂，在使用前，应做与水泥的适应性试验及水泥净浆凝结效果试验，初凝不大于5min，终凝不大于10min[2]。选用湖北大冶JS-2型高效速凝剂,减少回弹防止砼脱落。62.3粗集料：采用坚硬耐久的卵石或碎石粗集料，级配宜采用连续级配，最大粒径不应大于15mm，当使用碱性速凝剂时，严禁使用或夹杂碱活性集料。2.4细集料：采用坚硬耐久的粗砂或中砂，细度模数Mx在2.5~3.5之间。2.5减水剂：为满足高强度的要求，在普通喷射混凝土的基础上加入减水剂，本设计选用蒙城生产的UEA低碱型高效减水剂（聚羧酸系），减少收缩和回弹,降低水灰比。2.6

5、纤维：钢纤维可以提高喷射混凝土的早期强度和后期强度，聚丙烯纤维可以有效减少微裂缝的产生，本设计采用双掺钢纤维和聚丙烯纤维的方法。采用武汉新途工程纤维制造有限公司生产的CW03-05/30-600和CW-05/30-1000型钢纤维，两端弯曲长度在30mm，直径在0.50mm，长径比为60抗拉强度为600和1000MPa所用钢纤维符合美国标准ASTMA820的要求。2.7硅灰：选用挪威埃肯硅灰公司生产的比表面积为645m2/g减少混凝土干缩和徐变，降低水化热,减少喷射混凝土的回弹，提高混凝土的后期强度。2.8水：喷射混凝土用水应符合混凝土拌合用水标准（JGJ-63）规定水中

6、不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，一般应采用饮用水。3.早高强喷射混凝土配合比设计步骤[4](1)粗集料最大粒径的选择6粗集料的最大粒径不得大于喷射系统输料管道最小截面直径的1/3~2/5，亦不宜超过一次喷射厚度的1/3由于工地使用的喷射机输科管内径为Dmm（50mm），因此粗集料的最大粒径D/3(16mm)一般喷射混凝土粗骨料连续级配，直径最好小于10mm。(2)砂率的确定(3)水泥用量的选择(4)速凝剂用量计算(5)水灰比的计算(6)用水量的计算(7)钢纤维、聚丙烯纤维和硅灰的掺量采用正交实验的方法予以确定。(8)最优配合比本次早高强喷射混凝土配合比正交设计确

7、定的最终配比为：砂率0.5，水泥用量412kg/m3，用水量170kg/m3，钢纤维掺量28kg/m3，聚丙烯纤维掺量1.85kg/m3，速凝剂掺量4%，减水剂掺量0.7%。64.早高强喷射混凝土性能试验本部分试验将早高强喷射混凝土与未添加纤维、减水剂和硅灰的普通喷射混凝土进行性能试验对比。4.1抗压强度试验实验分别对比了两种喷射混凝土的1d、3d、7d、14d、28d立方体抗压强度，结果见图1。图1各龄期抗压强度对比由图1可知，早高强喷射混凝土的1d、3d、7d、14d、28d抗压强度分别比普通喷射混凝土提高了66.7%、3