新型纳米特种外加剂在隧洞喷护施工中的应用

李国辉，王大明，王思恒，刘群辉

（中水东北勘测设计研究有限责任公司,130021，长春）

新型纳米特种外加剂在隧洞喷护施工中的应用

李国辉，王大明，王思恒，刘群辉

（中水东北勘测设计研究有限责任公司,130021，长春）

拉洛；隧洞喷护；新型纳米特种外加剂；混凝土配制；方案比选；优势

西藏拉洛水利枢纽及配套曲美—聂日雄灌区工程主要输水隧洞有贝琼隧洞和曲美隧洞，初期施工效率低下，支护时间周期长，开挖施工中安全隐患突出，故探讨使用新型纳米特种外加剂做调整，在满足喷射混凝土设计技术要求的前提下，减少回弹量，提高效率。

一、常规喷射混凝土配合比试验成果

根据《水工混凝土试验规程》（SL 352—2006）、《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB 50086—2001）和《水工混凝土施工规范》（SL 677—2014），施工控制水平保证率P取95%,概率度系数t取1.645,配制抗压强度(抗压强度标准差δ取4），进行配合比设计，混凝土的配制强度计算公式为：

fcu,0＝fcu,k＋tδ＝25+1.645×4＝31.58 MPa式中，fcu,0为混凝土配制强度（MPa）；fcu,k为混凝土设计龄期立方体抗压强度标准值 （MPa）；t为概率度系数，由给定的保证率P选定；δ为混凝土立方体抗压强度标准差（MPa）。人工砂按饱和面干状态控制。

喷射混凝土原材料由水泥、掺合料、水、砂石混合料等基本组成材料构成，原材料的性质在很大程度上直接影响强度、耐久性及其他性能。

该工程主要采用的原材料为：西藏日喀则高新雪莲水泥有限公司华新堡垒牌P042.5水泥，日喀则市蓉联建材有限公司料场的天然砂、小石，西藏宏志达环保科技有限公司的HD-5型速凝剂（粉剂）。

表1 喷射混凝土施工配合比材料用量

表2 加入HD-2型纳米特种外加剂喷射混凝土施工配合比材料用量

表3 加入HD-2型纳米特种外加剂前后的回弹量收集称重对比

表4 常规喷射混凝土配合比

表5 掺加HD-2型纳米特种外加剂调整后喷射混凝土配合比

二、HD-2型纳米特种外加剂喷射混凝土试验成果

HD-2型纳米特种外加剂由四川宏志达防水混凝土有限公司生产，是采用沸石经超细粉磨至粒径327.7× 10-9m的屋脊中性纳米级外加剂，主要化学成分为SiO2MAL2O3,加入该外加剂后，喷射混凝土能在2分钟左右速凝，并能减少回弹率，降低粉尘浓度，提高黏结力和减水效果，在不改变主材厂家品牌、用水量及砂石用量情况下，减少了水泥及速凝剂用量。

三、回弹率情况比较

通过现场对加入HD-2型纳米特种外加剂前后的回弹量进行收集称重对比，比较结果如表3。

由表可见，加入HD-2型纳米特种外加剂后，综合回弹率降到约7.2%，远远低于规范所规定的回弹量。

四、经济性比较及分析

以喷射每立方米混凝土为单位，常规配合比回弹率按38%计，掺加纳米后回弹率按7.2%计。

（1）按常规喷射混凝土配合比计算

由表4可知，合价：356+63.91+ 62.24+35.6=517.75（元/m3）（未计水价）。考虑38%回弹率损失，最终单价为：517.75×1.38=714.50（元/m3）。

（2）按掺加HD-2型纳米特种外加剂调整后喷射混凝土配合比计算

由表5可知，合价：320+63.91+ 62.24+16+192=654.15（元/m3）（未计水价），考虑7.2%回弹率损失，最终单价：654.15×1.072=701.25（元/m3）。

（3）经济对比

直接材料费单价节省：714.50-701.25=13.25（元/m3）。

五、施工及试验结论

通过对配合比室内试验和现场施工取得的科学数据分析，在普通混凝土中加入HD-2型纳米特种外加剂（掺量为水泥重量的8%）后，可减少原喷射混凝土配合比中水泥及速凝剂的用量，性能依然能得到不同程度的改善，各项指标如抗压强度、抗拉强度、岩石黏结强度、一次喷射厚度和回弹等均处于最优，为隧洞的支护质量和安全提供必要技术保障。

责任编辑 安天杭

TV+TB495

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1000-1123（2016）20-0074-01

2016-10-18

李国辉，工程师。