浅谈立节水电站喷射混凝土配合比选定

苏运

【摘要】通过对立节水电站左坝肩喷射混凝土配合比选定的实践与实用，加快了施工进度，保证了工程质量，增加了工程效益，并对配合比设计的各项指标进行了试验与探讨，文中还对干法喷射混凝土施工时应注意的一些问题进行了阐述。

【关键词】喷射混凝土 配合比

一. 概述

立节水电站枢纽位于白龙江上游河谷，为山间河谷地貌，坝段内河流曲折，坝址河谷呈宽“U”字型，两岸地形不甚对称。坝址区出露地层主要为志留系中、上统绢英千枚岩、灰岩、炭质千枚岩和第四系各种成因的松散堆积物等。本工程左岸坝肩石方开挖最大高度70m，设计要求对1584.5m以上35m裸露强风化岩石边坡进行C20喷射混凝土支护，喷锚厚度10cm，面积3500㎡。

二.配合比的选定

喷射混凝土是必须制出塑性的、粘结力大的混凝土。因此，无论干喷或湿喷，拌和料配合比设计必须符合下列要求：

（1）必须能向上喷射到指定的厚度，并且回弹量最少；

（2）4～8小时的强度应能具有控制地层变形的能力；

（3）在速凝剂用量满足可喷性和早期强度的要求下，须达到设计的28天强度；

（4）有良好的耐久性；

（5）施工时不发生管路堵塞。

1.胶骨比

喷射混凝土胶骨比，即水泥与骨料之比。喷射混凝土水泥一般应优先选用不低于42.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。水泥过少，回弹量大，初期强度增长慢；水泥用量过大会产生大量粉尘，恶化施工条件，而且硬化后的混凝土收缩也增大。

混凝土的收缩值取决于其配合比及所用原材料的性能。当水泥用量及用水量增大，则混凝土的收缩变形增大。在浆体中引入骨料，可以约束水泥浆体的体积变化，从而减少水泥浆体的收缩。前苏联提出的混凝土收缩与其配合比之间的关系如下：

Sp/Sc=1+KVg/Vp

式中： Sp、Sc—水泥石及混凝土的收缩变形；

Vg、Vp—骨料与水泥的体积；

K—与水灰比、骨料粒径及其它因素有关的材料常数，K=1.5～3.1。

因此，单位体积混凝土中的水泥过多，無论在经济上或技术上都是不可取的。

水泥过多，对喷射混凝土后期的增长强度并没有积极的影响。铁道科学研究院西南研究所的研究表明，当水泥用量超过400 kg/m3时，喷射混凝土强度并不随水泥用量增大而提高。

水泥用量对喷射混凝土抗压强度的影响，除了因混凝土中起结构骨架作用的骨料太少外，水泥用量多，拌和料在喷嘴处瞬间混合时，水与水泥颗粒混合不均匀，水化不充分，也是降低强度的重要原因之一。通过试验，施工时选定的水泥量为368 kg/m3。

2、砂率

砂率，即砂子在整个粗细骨料中所占的百分率对喷射混凝土施工性能即力学性能的影响，试验成果如表2—1。综合分析砂率大小所带来的利弊，施工时选定的砂率为60%。

表2—1 砂率对喷射混凝土性能的影响

性 能 砂 率

<40% 40%～50% 50%～60% >60%

回弹损失 大 较大 较小 较小

管路堵塞 易 容易 不易 不易

水泥用量 小 较小 较大 大

混凝土强度 高 较高 较高 低

混凝土收缩 小 较小 较小 较大

备 注 试验为干喷

3.水灰比

水灰比是影响喷射混凝土强度的主要因素，经试验分析，当水灰比为0.2时，水泥不能获得足够的水分与其水化，硬化后有一部分未水化的水泥质点，且回弹量非常大；当水灰比为0.4时，水泥有适宜的水分与其水化，硬化后结构质密；当水灰比为0.6时，由于水分过多，结构中形成一定的毛细孔。

由于干法喷射混凝土施工，预先不能准确的给定拌合料中的水灰比 ，水量全靠喷射操作手在喷嘴处调节，根据现场试验，当喷射混凝土表面出现流淌、滑移、拉裂时，表明水灰比太大；当喷射混凝土表面出现干斑、砂窝，粘结不牢，作业时粉尘大，回弹量也大，则表明水灰比太小。经现场测定，适宜的水灰比值为0.4～0.5，喷出的混凝土表面平整，呈暗灰色，有光泽，粉尘和回弹均较小。

4.速凝剂

使用速凝剂的主要目的是提高喷射混凝土的早期强度，使其能迅速与受喷面紧密结合，防止喷射混凝土在重力作用下脱落，提高它在潮湿或含水层中使用的适应性能，以及增加喷层厚度和缩短喷射层间的间隔时间，并减小回弹损失。

速凝剂的相容性试验及最佳掺量试验按DL/T5100—1999《水工混凝土外加剂技术规程》进行。其掺速凝剂水泥净浆及水泥砂浆的性能要求如表4—1。

表4—1 掺速凝剂水泥净浆及水泥砂浆的性能要求

净浆凝结时间（min） 水泥砂浆 速凝剂

初凝 终凝 1d抗压强度（MPa）% 28d抗压强度比（MPa）% 细度（筛余）% 含水率%

<3 <10 >8 >75 <15 <2

在下列情况下应掺加速凝剂：

（1）要求快速凝结，能尽快达到设计厚度；

（2）要求早期强度；

（3）仰喷作业；

（4）封闭渗漏水；

速凝剂的掺量，取决于喷射位置、施工地点的温度，受喷面的状态、喷射方法对凝结时间的要求以及对喷射混凝土的早期强度和28d抗压强度要求等。国内生产的速凝剂都在不同程度上降低混凝土的强度，故速凝剂的掺量应严格控制，红星一型、尧山型及711型速凝剂的掺量一般是水泥重量的2.5～4%；782型速凝剂的掺量一般是水泥重量的6～8%；施工时选定的掺量为水泥重量的3%。

三、结语

通过对配合比的优化设计，不仅加快了喷射混凝土的施工速度，而且保证了喷射混凝土的施工质量，经济效益也得到了提高。但是，必须指出，采用干法施工时，水灰比的控制，主要依靠操作人员对进水量的调节。因此，在喷射混凝土施工时必须注意以下两点：

（1）必须加强现场观察，当进水量合适时，喷混凝土表面呈水银色光泽，喷出的熟料粘塑性好，能紧密地贴附在喷射面上，回弹量也少。

（2）施工时设置专用水箱，保证供水，水量水压稳定，且水压大于风压。

参考文献：

[1]《普通商品混凝土拌合物性能试验方法》（GB/T50080-2002），中国建筑工业出版社出版发行，2003年6月1日执行。

[2]《锚杆喷射商品混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）中国计划出版社出版，2001年6月发行。

[3]李国新、杨秦莉，《喷射商品混凝土用速凝剂》（JC477-92）2.2，2001年6月发行。