隧道初支喷射混凝土回弹率控制研究

2022-06-24陶卓

科学技术创新 2022年18期

关键词：风压水压水泥

陶卓

（甘肃绿洲新生态环境建设有限公司,甘肃兰州 730010）

1 项目背景

某高速公路项目有隧道4779m/4座,隧道初支喷射混凝土超耗的有效控制对整个项目的利润起到至关重要的作用。4 座隧道某月初支喷射混凝土超耗情况如表1 所示。

表1 4 座隧道某月初支喷射混凝土超耗情况表

当月总共统计进尺为402.75m,主要以IV 级围岩为主,统计段落设计喷射混凝土用量1820.7m3, 实际用量4220m3,综合回弹率为31.1%,综合超耗率为134.0%。

2 速凝剂对回弹率的影响

2.1 试验设计

调研选择出至少3 家优于同行业水平的速凝剂,通过与水泥净浆凝结试验对比,得到每种速凝剂初凝时间、终凝时间,确定出效果最佳速凝剂。在喷射混凝土中使用不同掺量速凝剂,计算出不同掺量速凝剂下喷射混凝土的回弹率,确定出喷射混凝土最佳速凝剂掺量。要求隧道喷射一般地段选用初凝时间不大于5min,终凝时间不大于10min 的速凝剂；潮湿或有裂隙水喷射地段选用初凝时间不大于3min,终凝时间不大于8min 的速凝剂,且对喷射混凝土强度影响最小的速凝剂。

2.2 材料选取

2.2.1 水泥。在本次研究中,选用兴安海螺、临桂南方两种硅酸盐水泥,水泥强度等级为42.5MPa,硅酸盐水泥具有与速凝剂相容性好、能速凝、早强、快硬、后期强度较高的特性。

2.2.2 速凝剂。选用两种一等品粉剂进行试验,分别为贵州凯襄和江苏苏博特有碱性速凝剂。

2.3 水泥和速凝剂凝结时间试验

分别用不同的速凝剂及掺量和水泥组合进行试验。试验结果表明,贵州凯襄速凝剂与兴安海螺水泥的匹配度最为理想,结合现场施工使用水泥情况,优先选用贵州凯襄一等品速凝剂。试验结果如表2 所示。

表2 水泥和速凝剂品种及掺量对初凝时间的影响

3 喷射混凝土配合比对回弹率的影响

3.1 配合比设计

根据试验要求,选取了两种不同的细集料,分别为自制机制砂和外购天然河砂。其余材料相同。配合比分别为水泥：水：砂（机制砂）：碎石：速凝剂=480：240：806：745：28.8；水泥：水：砂（河砂）：碎石：速凝剂=452：240：822：759：27.1。

3.2 配合比验证

机制砂试验组喷射混凝土回弹率边墙最小为8%,拱部最小为21.4%；天然河砂组喷射混凝土边墙最低回弹率为6.8%,拱部最低回弹率为18.1%。喷射混凝土用砂宜选用中粗砂,细度模数大于2.5,含泥量小于5%,含水率控制在以质量计5%～7%为宜,粒径0.2mm 的颗粒不宜超过20%。碎石粒径最大不宜超过15mm,且应选用合理的连续级配集料。试验结果如表3 所示,经验证,强度指标均满足要求。在保证回弹率较小的同时,为控制成本,使用自制机制砂更为经济,经济性对比如表4 所示。

表3 不同配合比（细集料）实测回弹率

表4 每延米喷射砼经济比对（未计超挖）

4 施工技术参数比对回弹率的影响

4.1 风压控制

喷射作业时,输料管长度一般应控制在20m 左右,喷嘴与喷射机出料口的高差小于5 米,试验证明,喷射机风压宜控制在0.25MP 左右,此时回弹率较小,风压过大或者过小都会致回弹率增大。在施工中操作手要根据拌合料输送距离、喷射方向、机具型号、软管的直径变动,视喷射的状况和喷射混凝土易粘附程度加以修正喷射压力,试验数据如表5 所示。

表5 风压对回弹率的影响

4.2 水压控制

试验表明,喷嘴处水压控制在1MPa 时回弹率最小,此时喷射混凝土效果也较好。水压过大,喷射混土在未凝固前被水冲洗形成“淌流”,下垂甚至脱落；水压过小干拌料不能充分湿润水化表面出现干斑粉尘、回弹率都显著增大,并且混凝土硬化后强度达不到要求,控制喷嘴水量最重要方面是防止骨料的含水量出现很大变动,试验数据如表6、图1 所示。

图1 水压对回弹率的影响

表6 水压对回弹率的影响

4.3 喷射角度对回弹率的影响

试验表明在喷射作业过程中喷射角度应垂直于受喷面时回弹率最低,回弹率为20.7%。螺旋的直径以30cm 为宜,使料束以一圈压半圈作横向运动效果最佳,试验数据如表7、图2 所示。

图2 喷射角度对回弹率的影响

表7 喷射角度对回弹率的影响

4.4 喷射距离对回弹率的影响

距离对喷射混凝土质量和回弹率都有很大的影响。试验表明,距离控制在2.2m（算上喷嘴上0.8～1.0 m）时回弹率最小。距离太远,会使喷射混凝土回弹率增大,距离太近回弹颗粒会伤害到喷射手且回弹率也会增大。实际施工中,通常在喷头上接上一根0.8～1m 塑料管,它的作用是使水泥充分与水拌和,且混凝土束较集中,回弹骨料也不会伤害到操作人员,试验数据如表8、图3 所示。