人工骨料坚固性对喷射混凝土耐久性影响分析

杨造仁

（新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 概述

新疆某引水工程隧洞Ⅸ标隧洞长14 km，以Ⅱ、Ⅲ类围岩为主，永久衬砌采用锚杆+挂网钢筋+喷射混凝土方式。工程区周边天然骨料匮乏，拟采用石料场人工骨料。选择的石料场基岩裸露，出露基岩岩性为石炭系凝火山角砾岩夹蚀变绿泥石化安山岩和弱蚀变绢云母化安山岩，属中硬岩，经检验，该料场制备的粗、细骨料除坚固性超标外，其他指标均满足规范要求。SL 677—2014《水工混凝土施工规范》，DL/T 5144—2015《水工混凝土施工规范》，GB/T 14684—2022《建筑用砂》，GB/T 14685—2022《建筑用卵石、碎石》均限定了人工骨料的坚固性。该工程为水利工程，规范要求有抗冻要求的人工粗骨料坚固性小于5.0%，细骨料坚固性小于8.0%。本文通过对采用坚固性超过规范要求的豆石和符合规范要求的砂配置出的混凝土进行性能对比分析，研究骨料坚固性对喷射混凝土耐久性的影响，为工程采用该料场骨料提供依据。

2 试验设计

2.1 原材料和配合比

试验采用抗硫酸盐硅酸盐水泥、I 级粉煤灰、聚羧酸高性能减水剂，骨料采用石料场制备的4种不同坚固性角砾岩粗、细骨料。试验采用C30W10F100 喷射混凝土为基准，对4 种坚固性骨料制备的混凝土进行性能对比试验。在配合比一定的条件下，密实性是决定强度的首要因素[1-5]。为此，此次试验选择两组骨料同时喷射混凝土大板，并与基准混凝土进行对比。4 种骨料坚固性见表1，混凝土配合比见表2。

表1 喷射混凝土骨料坚固性分级表

表2 喷射混凝土试验配合比

2.2 试验结果

2.2.1 抗压强度

喷射混凝土的抗压强度试验成果见表3。由表3 可以看出，随着骨料坚固性的下降，混凝土抗压强度有不同程度的降低。与基准混凝土相比，喷射成型的大板混凝土抗压强度均有所降低，但均满足C30 喷射混凝土设计强度的要求，喷射成型方式对混凝土抗压强度的影响大于骨料坚固性的影响。

表3 喷射混凝土抗压强度试验结果

2.2.2 抗冻性能

喷射混凝土抗冻试验结果见表4。由表4 可以看出，经过100 次冻融循环后，采用不同坚固性骨料制备的喷射基准混凝土的质量损失和相对动弹性模量损失均较小，但抗冻性均达到了抗冻等级F100 要求。喷射成型的大板混凝土的质量损失率、相对动弹模量较基准混凝土下降明显。

表4 喷射混凝土抗冻试验结果

2.2.3 抗渗性能

喷射混凝土抗渗试验结果见表5。由表5 结果可以看出，不同坚固性骨料的喷射混凝土抗渗性均满足设计抗渗等级W10 的要求。从渗水高度来看，不同坚固性骨料制备的喷射混凝土的抗渗性差异较小，喷射成型的大板混凝土的渗水高度与基准混凝土相差不大，抗渗等级均大于W10。

表5 喷射混凝土抗渗试验结果

2.2.4 抗氯离子渗透性

喷射混凝土28 d 龄期抗氯离子迁移系数试验结果见表6。由表6 可以看出，随着骨料坚固性的下降，采用不同坚固性骨料制备的喷射基准混凝土的氯离子迁移系数有增大的趋势，喷射成型的大板混凝土的抗氯离子迁移系数与基准混凝土相比明显增大。

表6 喷射混凝土抗氯离子迁移试验结果

2.2.5 抗硫酸盐侵蚀性能

喷射混凝土抗硫酸盐侵蚀性能试验结果见表7。由表7 可以看出，随着骨料坚固性的下降，采用不同坚固性骨料组合配置的喷射混凝土历经干湿循环硫酸盐侵蚀后，混凝土抗硫酸盐侵蚀性能有不同程度的降低，但差异不显著，不同坚固性骨料制备的喷射基准混凝土抗硫酸盐侵蚀等级均可满足KS90，喷射成型的大板混凝土的抗硫酸盐侵蚀性与基准混凝土相比变化不大。

表7 喷射混凝土抗硫酸盐侵蚀试验结果

3 结语

随着骨料坚固性的增大，喷射基准混凝土的抗压强度、部分耐久性指标均有降低，但喷设混凝土的密实度对抗压强度、耐久性指标影响高于坚固性影响。本文采用坚固性超过5.0%的粗骨料配置出了抗压强度、耐久性满足C30W10F100 要求的喷射混凝土，建议在喷射混凝土粗骨料选择受限的情况下，可适当放宽粗骨料坚固性要求，通过提高密实度保证喷射混凝土的质量。