噴射混凝土的質量控制

1、技術論文噴射混凝土的質量控制中國鐵建寫作者：戴世東單位：中鐵二十三局集團一公司目 錄1、前 言31.1概述31.2排角山隧道簡介41.3排角山隧道支護措施52、噴射混凝土簡介62.1噴射混凝土具有的性能、特點62.2噴射混凝土種類及其優(yōu)缺點63、噴射混凝土質量控制83.1噴射混凝土原材料83.2噴射混凝土配合比的確定113.3噴射混凝土施工工藝133.4噴射混凝土質量檢測194、噴射混凝土的養(yǎng)護225、結束語23摘 要本文結合排角山隧道的實際介紹了噴射混凝土施工原材料的控制與噴射混凝土配合比的設計要點、施工工藝及加強養(yǎng)護的措施。 關鍵詞：噴射混凝土；質量控制1、前 言1.1概述隧道復合式襯砌是

2、由內外兩層復合而成，其外層常稱為初期柔性支護，通常采用噴射混凝土等支護形式；內層稱為二次襯砌，一般采用現(xiàn)澆混凝土施工工藝。外層支護主要承受圍巖的初期變形，待初期變形基本穩(wěn)定后，再做內層襯砌。外層支護與內層襯砌共同承受圍巖的變形和壓力?，F(xiàn)代隧道已普遍采用噴射混凝土技術，而噴射混凝土的施工質量將直接影響隧道的支護效果，対確保圍巖穩(wěn)定起著重要作用。隨著科學技術的發(fā)展，大量的新材料、新工藝、新設備、新技術不斷應用于工程中，同時，隧道施工技術也在超長、大跨度、防水、穿過不良地層等方面取得了長足的進步，涌現(xiàn)出了大量的科技成果。錨噴構筑法在技術上有采用速度較快，支護及時、支護質量較好、強度高、密實度好、防水

3、性能較好；省工、操作較簡單，支護工作量減少；施工靈活性很大，可以根據需要分次噴射混凝土追加厚度，滿足工作設計與要求等優(yōu)點。在國內，一些國際招標的大型水利工程中，如二灘水電站，黃河小浪底工程，三峽工程等，均是采用濕式混凝土噴射作業(yè)。國內目前使用的各種濕式混凝土噴射機多是從國外引進的設備。近幾年來，國內一些單位也開發(fā)研制出幾種濕式混凝土噴射機，但生產規(guī)模尚有待擴大。1.2排角山隧道簡介排角山隧道位于廣東省汕尾市海豐縣境內，起訖里程DK389+488DK390+797，全長1309m，其中級圍巖共計524米，級圍巖785米。本隧道為雙線隧道，設計時速200Km/h，預留進一步提速的條件，隧道縱坡為單

4、面上坡，坡度為5.2。1.3排角山隧道支護措施本隧道初期支護均采用濕法網噴混凝土柔性支護，網噴混凝土強度等級為C25，摻加100%改性聚酯纖維，單絲長7-18mm，每m³摻加0.9Kg.其中級圍巖初期支護采用20工字鋼，縱向間距60cm，拱部采用25中空注漿錨桿，邊墻采用22砂漿錨桿，長4.0m,8鋼筋網間距20*20cm；級圍巖采用22格柵鋼架，縱向間距100cm，拱部采用25中空注漿錨桿，邊墻采用22砂漿錨桿，長3.5m，6鋼筋網間距20*20cm。本隧道噴射混凝土機械采用ZSP6T型濕噴機，工作能力約為2m³/h,噴射混凝土速凝劑使用深圳邁地ZB-6型液體速凝劑，減水

5、劑使用深圳邁地PCA高效減水劑。2、噴射混凝土簡介噴射混凝土是使用混凝土噴射機，按一定的混合程序將摻有速凝劑的細石混凝土拌合料與高壓水混合，經過噴嘴噴射到巖壁表面，并迅速凝固結成一層支護結構，從而對圍巖起到支護作用。噴射混凝土是一種新型的支護結構，又是一種新的施工工藝與技術，它可以根據需要分層追加厚度，也可與各種類型的錨桿、鋼纖維、鋼拱架、鋼筋網等構成復合式支護。2.1噴射混凝土具有的性能、特點（1）噴射混凝土具有強度增長快、粘結力強、密度大、抗?jié)B性能好的特點，能較好的填充巖塊間的裂隙與凹穴，增加圍巖的整體性，防止巖面的風化和松動，并與圍巖共同工作。（2）噴射混凝土施工將輸送，澆筑、搗固幾道工

6、序合而為一，更不需模板，因而施工快速簡捷。（3）噴射混凝土能及早發(fā)揮承載作用。它能在10分鐘左右終凝，2小時后具有強度，8小時后可達2Mpa，16小時可達5 Mpa，1天后可達7-8 Mpa，4天后達到28天強度的70%左右。（4）噴射混凝土與模筑混凝土相比，其物理性能顯著改善，尤其以濕法噴射混凝土的抗壓強度、抗彎曲疲勞強度和抗?jié)B性能有更顯著提高。2.2噴射混凝土種類及其優(yōu)缺點2.2.1干法噴射混凝土干法噴射是用攪拌機將骨料、水泥、速凝劑按設計比例干拌均勻，用壓縮空氣使干混合料在軟管內呈懸浮狀態(tài)并壓送到噴槍，再在噴嘴處與高壓水混合，以較高速度噴射到巖面上。干法噴射使用的噴射機機械結構較簡單，機

7、械故障處理和機械清理容易，缺點是產生的灰塵量大，回彈量大，加水由噴嘴處的閥門控制，水灰比的控制較難且與操作手的熟練程度有關。2.2.2濕法噴射混凝土濕噴法是將骨料、水泥和水按設計比例拌合均勻，用濕式噴射機壓送拌合好的混凝土混合料到噴頭處，再在噴頭上添加速凝劑后以較高的速度噴射到巖面上。濕噴法噴射混凝土質量容易控制，噴射過程中的粉塵和回彈量較少，但對噴射機械要求高，機械清洗和故障處理較麻煩。隨著人們環(huán)保意識的增加和對噴射混凝土質量要求的提高，以及更先進的濕式混凝土噴射機的研發(fā)生產，濕法噴射混凝土已成為目前隧道施工現(xiàn)場較多使用的噴射工藝。因排角山隧道設計噴射混凝土采用濕噴工藝，本文主要以濕噴法為重

8、點介紹噴射混凝土的相關內容。3、噴射混凝土質量控制3.1噴射混凝土原材料噴射混凝土的原材料主要有水泥、粗骨料、細骨料、水與外加劑，外加劑主要有速凝劑和減水劑。噴射纖維混凝土還需要添加鋼纖維或改性聚酯纖維。（1）水泥應優(yōu)先采用普通硅酸鹽水泥，也可采用礦渣硅酸鹽水泥，水泥標號不低于42.5級。水泥使用前應對強度、安全性、凝結時間等進行抽樣檢測，水泥的安定性、凝結時間等均應合格。當噴射混凝土遇含有較高可溶性硫酸鹽的地層或地下水地段，應按侵蝕類型和侵蝕程度采用相應的抗硫酸鹽水泥；當骨料與水泥中的堿可能發(fā)生反應時，應選用低堿水泥；當需要噴混凝土有較高的早期強度時，可選用硫鋁酸鹽水泥或其它早強水泥；有特殊

9、要求時，應使用相應的特種水泥。排角山隧道噴射混凝土水泥采用普通硅酸鹽水泥，生產廠家為廣東塔牌，強度等級為PO42.5，所有水泥進場后均經實驗室檢驗合格后才允許使用。（2）粗骨料為防止噴射混凝土過程中堵塞管道，減少回彈量以及保證混凝土支護結構的強度，粗骨料應選用堅固耐久的碎石或卵石，粒徑以5-16mm為宜。排角山隧道使用碎石經實驗室檢驗合格的圓墩三角碎石，粒徑為5-10mm,嚴禁選用具有潛在堿活性骨料，當使用堿性速凝劑時，不得使用含有活性二氧化硅的石料。骨料級配宜采用連續(xù)級配。按重量計含泥量不應大于1，泥塊含量不應大于0.25。噴射混凝土用的骨料級配宜控制在圖3.1所給的范圍內。圖 3.1 噴射

10、混凝土粗骨料篩分曲線圖（3）細骨料 為保證噴射混凝土的強度和減少工作時的粉塵，以及減少混凝土硬化時的收縮裂紋，細骨料應選用堅硬耐久的河砂，嚴禁使用海沙，細度模數(shù)在2.5-3.0的中砂為宜，含水量宜在5%-7%。排角山隧道使用細骨料為惠東華僑城中砂，細度模數(shù)均在2.5-3.0之間。（4）水為保證噴射混凝土正常凝結和硬化，以及確?；炷恋膹姸群头€(wěn)定性，水質應符合工程用水的有關標準，不得使用污水及PH值小于4的酸性水和含硫酸鹽量超過1%的水，也不得使用含有影響水泥正常凝結與硬化的有害物質的水。排角山隧道拌合用水采用經實驗室檢驗合格的PH值為4.5的地下水。（5）外加劑為了降低用水量、降低回彈率和粉塵

11、率，使噴射混凝土早凝早強，必須使用外加劑。應采用符合質量要求并對人體危害性很小的速凝劑，摻加速凝劑之前，應做速凝劑與水的相溶性實驗及水泥凈漿速凝效果實驗，注重速凝劑效果實驗，初凝時間不應大于5min，終凝時間不應大于10min，保持速凝劑干燥勿受潮變質，在噴射混凝土中添加速凝劑的目的是使噴射混凝土滿足設計要求，促進早強。一般速凝劑最佳摻量約為水泥重量的2%一4%，實際使用時拱部可利用2%-4%，邊墻可用2%，過多的摻量對噴射混凝土反而不利，這是因為速凝劑雖然加速了噴射混凝土的凝聚速度，但也阻止了水在水泥中的均勻擴散，使部分水包裹在凝聚的水泥中，硬化后形成氣孔，另一部分水泥因而得不到充足的水分進

12、行水化反應而干縮，從而產生裂紋。噴射混凝土宜采用液體速凝劑，其摻量不宜大于水泥用量的5%。排角山隧道噴射混凝土速凝劑使用深圳邁地ZB-6型液體速凝劑，減水劑使用深圳邁地PCA高效減水劑。（6）鋼纖維鋼纖維宜用普通碳素鋼制成。鋼纖維斷面直徑（或等效直徑）應為0.30.5mm。鋼纖維長度應為2035mm，等效直徑0.30.8mm；并不得大于輸料軟管以及噴嘴內徑的0.7倍；長徑比為3060，長度偏差不應超過長度公稱值的±5%。鋼纖維內不得有明顯的銹蝕、油脂及其它妨礙鋼纖維與水泥粘結的雜質，其中因加工不良造成的粘連片、鐵屑及雜質不應超過鋼纖維重量的1。（7）合成纖維合成纖維加強混凝土是機械作

13、用而不是化學作用，加入時不需要附加水和改變原來的混凝土配合比。噴射混凝土中的合成纖維宜采用取聚丙烯纖維。噴射混凝土中所使用纖維長度宜為19。合成纖維擇入量應通過試驗確定，或以1.2 kg/m3作為參考。排角山隧道噴射混凝土使用的合成纖維為改性聚酯纖維，單絲長7-18mm，抗拉強度900Mpa,直徑為20-30mm，彈性模量4GPa，抗堿試驗強度保持率95%。3.2噴射混凝土配合比的確定噴射混凝土配合比的設計（1）噴射混凝土配合比設計要求a.滿足強度及其他物理性能的設計要求。b.與基材、鋼筋等有良好的粘聚性，混凝土密實性高。c.4-8小時后應具有能控制一定地層變形的能力。d.必須能向上噴射到指定

14、的厚度，且回彈損失小。e.有良好的耐久性。f.揚塵少。g.施工順利，不發(fā)生管堵塞或噴射面流淌塌落。（2）噴射混凝土配合比設計方法噴射混凝土的配合比不同于普通混凝土的配合比，需要根據其施工工藝來選擇，本節(jié)主要講述噴射混凝土濕噴法的配合比的設計方法。為了減少回彈量需要較高的砂率，砂率增加意味著集料的總面積增加，這就要求用更多的水泥來包裹集料表面，以滿足噴射混凝土的強度要求，水泥用量越大，噴射混凝土就越輕易干縮、開裂，同時成本也增加。因此首先確定水泥用量，根據經驗水泥用量宜為375一450kg/m；其次確定砂率，宜選用粗砂或中砂，砂率宜為45%一55%，砂率過高或過低易造成堵管，再次確定水灰比，水灰

15、比宜為0.4-0.5，水灰比過小會產生粉塵，回彈量大，粘結力低，噴層會產生干斑，砂窩等現(xiàn)象，水灰比過大會造成強度低、速凝效果差，噴層流淌、滑移、坍落等現(xiàn)象，另外要注重根據施工環(huán)境的溫度，四周巖壁類別、施工隊伍的施工水平做相應的調整。噴射混凝土配合比設計（1）膠骨比噴射混凝土的膠骨比常為1：41：4.5，水泥過少回彈量大，初期強度增長慢；水泥過多，不僅粉塵量增多且收縮量增大。當水泥用量超過400kg/m³時，噴射混凝土強度并不隨水泥用量而提高，見表3.1： 表3.1 水泥用量對混凝土抗壓強度的影響單位體積混凝土的材料用量混凝土抗壓強度（MPa）表觀密度（kg/m³）水泥砂石設

16、計實例設計實例設計實例38052695088395081031.42.4554268981269881273022.62.3769270869271669264419.02.36（2）砂率砂率對混凝土施工性能及力學性能的影響見表3.2，綜合表3.2，拌合料的砂率以45%-55%為宜。表 3.2 砂率對噴射混凝土性能的影響性能砂率«45%>55%45%-55%回彈損失大較小較小骨路堵塞易不易不易濕噴時的可泵性不好好較好水泥用量少多較少混凝土強度高低較高混凝土收縮較小大較?。?）水灰比水灰比為0.2時，水泥不能獲得充足的水分與其水化，硬化后有一部分未水化的水泥質點；水灰比為0.4時

17、，水泥有適宜的水分與其水化，硬化后形成致密的水泥石結構；水灰比為0.6時，過多的多余水蒸發(fā)后，在水泥中形成毛細孔。經測定，適宜的水灰比宜為0.4-0.5，若偏離此范圍，不僅降低噴射混凝土的強度，也要增加回彈損失，如圖3.2及圖3.3： 圖3.2 水灰比與抗壓強度曲線圖圖3.3 水灰比與回彈率曲線圖（4）速凝劑摻量混凝土摻速凝劑后可增快早期強度，摻量愈多，早期強度增長越快，而后期強度損失也越大，故需根據結構對混凝土早期強度和后期強度的要求，通過實驗確定摻量：紅星一型及711型速凝劑的摻量不應大于水泥重量的4%；782號速凝劑的摻量不應大于水泥重量的8%。3.3噴射混凝土施工工藝3.3.1噴射混凝

18、土的準備工作（1）材料方面：對水泥、砂、碎石、速凝劑與水等材料應進行質量檢測；砂、碎石均應過篩，并應事先沖洗干凈；砂、碎石含水率應符合設計要求。（2）施工機械及管路方面噴射機、攪拌機、噴射機械手、壓力水泵、空氣壓縮機、上料機等使用前均應檢修調試完好，就位前進行試運轉；管路及接頭保持良好，要求風管不漏風，水管不漏水，沿風管、水管每隔40-50米裝一閥門接頭，以便當噴射機移動時，連接風管及水管。（3）噴層厚度檢查標志埋設埋設噴射混凝土厚度檢查標志，一般是在石縫處打鐵釘，或用快硬水泥安設鋼筋頭，并記錄其外漏長度。（4）其他方面應檢查開挖斷面，欠挖處要補鑿；要敲幫找頂、清除浮石、清洗巖面；對裂隙水進行

19、處理，不良地質地段應事先進行處理。不良地質地段應事先進行加固；預埋件要準確安裝，備好腳手架或噴射臺車，以便于噴射邊墻上部或拱部；噴射作業(yè)面要有充足的照明。3.3.2噴射混凝土施工技術要求噴射混凝土施工工藝流程見下圖。報批內容準備項目運輸方法TK-961濕噴機配備設備及勞力組織方法砼制備運輸方案、噴射方法噴砼試驗配合比報批材料試驗報告材料、機具、勞力準備風、水、電準備斷 面 檢 查清 洗 巖 面強制式拌和機拌和分次投料拌和混凝土輸送車運輸S形運動、螺旋狀噴射首層著重填平、補齊強度檢驗：壓試件表面檢查：厚度、平整度方案報批施工準備混凝土制備制備方法混凝土運輸初 噴復 噴質量檢查結 束先墻后拱、分層

20、、分區(qū)進行噴射砼施工工藝流程圖（1）施噴前先用高壓水清洗巖面，噴射口距巖面1M左右，噴射應垂直巖面，由下向上，以螺旋狀沿橫向往復移動，一圈壓半圈。噴射前在噴射巖面上埋設6鋼筋頭，用預埋鋼筋來檢查噴射厚度并檢查噴層是否平順，如有漏噴應補噴。（2）在未上混凝土拌合料之前，先開高壓風及高壓水，噴出的水成霧狀。如噴嘴風壓不足（適宜的風壓一般為0.1-0.15MPa），可能是出料口堵塞；如噴嘴不出風，可能是輸料管堵塞，這些故障都應及時排除。再開電動機進行空轉，待噴機運轉正常后，才開始投料、攪拌及噴射。（3）分數(shù)次噴射，初噴封閉巖面，噴射厚度35cm，以后每次噴射58cm，直至噴到設計厚度。若設計噴射混凝

21、土較厚，噴射作業(yè)應分層進行，一般分2-3層。一次噴射太厚，在自重作用下，噴層會出現(xiàn)裂紋而引起大片坍塌；一次噴射太薄，大部分骨料會回彈，使受噴面上僅留下一層薄薄的混凝土或砂漿，影響工程質量；一般情況下一次噴射厚度為：當不摻加速凝劑時，邊墻2-7cm,拱部3-4cm；當摻加速凝劑時，邊墻7-8cm,拱部5-6cm。（4）為保證噴射混凝土的質量，減少回彈量和降低粉塵，噴射時應分段、分部、分塊的進行，分段長度不超過6米，分部為先下后上，分塊大小為2m*2m，并嚴格按照先墻后拱，先下后上的順序進行噴射，以減少混凝土滑動或脫落現(xiàn)象的發(fā)生。（5）、掌握噴頭與受噴面的距離和角度：噴頭距離巖面為0.8-1.2m

22、時較適宜。過大或過小都會增加回彈量；由于噴頭壓力大，有條件時將噴頭固定在機械手上進行作業(yè)，若人工掌握噴頭，應兩人操作或用簡易支架進行操作；噴嘴與受噴巖面垂直，并微微偏向剛噴射的部位（傾斜角不宜大于10度），對于巖面凹陷處應先噴和多噴，而凸出處應后噴和少噴。噴射時噴射機噴嘴需對受噴巖面做均勻的順時針方向的螺旋形移動前進，一圈壓半圈的橫向移動，螺旋直徑約為20-30cm,以使混凝土噴射密實，也可采用S形往返移動前進。（6）、應根據噴射情況調節(jié)好風壓與水壓。風壓、噴射機要求工作風壓0.1-0.15Mpa，系統(tǒng)風壓0.5 Mpa，耗風量9m3/min，若風壓控制不好，會造成很多問題。過大的風壓會造成噴

23、射速度太高而增大回彈量，損失水泥；過小的風壓會使噴射力減弱而造成混凝土密實性差，可結合下表調節(jié)風壓：輸料管長度/m204080120160200風壓/MPa1-1.523456為保證高壓水能從噴槍混合室(噴頭處)內壁小孔高速射出，把拌合料迅速拌均勻，水壓應稍高于風壓。一般水壓應比輸料管的壓力至少高1.0-1.5 Mpa，同時要求供水系統(tǒng)的水壓不應大于4.0 Mpa，供水系統(tǒng)水壓不足時，需要采用壓力水箱提供穩(wěn)定的水壓。（7）分層噴射的合理時間間隔應根據水泥的品種、速凝劑的種類及摻量、施工溫度和水灰比等因素，并視混凝土的終凝情況而定。分層噴射一般要求再初噴混凝土終凝后，再進行復噴。當間隔時間較長時

24、，復噴前應將初噴混凝土表面清洗干凈，且復噴時應將凹陷處進一步找平。(8)當有鋼筋時，噴射應嚴格控制水灰比，噴射角也可偏一些，噴射混凝土應覆蓋鋼筋2cm以上。當有鋼架時，鋼架與圍巖之間的空隙必須用噴射混凝土充填密實，并將鋼架覆蓋，以避免鋼架銹。（9）、為使水泥充分水化，使噴射混凝土的強度均勻增長，防止或減少混凝土的收縮開裂，噴射混凝土終凝2h后，應噴水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間一般不少于7d。（10）冬季施工時噴射混凝土的作業(yè)氣溫不得低于5；若氣溫低于5，不得灑水養(yǎng)護；混凝土強度未達到設計強度50%時，若氣溫降低到5以下，則應采取保溫防凍措施。（11）、做好安全作業(yè)，照明要亮，被噴面要清晰，通風要好，噴手要

25、做好防護，噴頭嚴禁對人，防止一切意外事故。3.3.3.、施工注意事項、噴射前要選擇好噴射機噴身位置。應布置在安全地帶，并盡量靠近噴射部位，便于掌機人員與噴射手聯(lián)系，隨時調整。、經常檢查噴射機的出料彎頭、輸料管和管路接頭，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。、按配合比投料拌和，嚴格計量標準，定時校驗計量器具。、施工時，風壓要穩(wěn)定，運輸?shù)缆窇獣惩?，電源、照明應保證。、噴射人員要搞好個人防護，能使用簡易支架的盡量采用，要戴好防護用品。、在作業(yè)中要注意人身防護，同時噴砼開始時，刺激性氣味使作業(yè)人員鼻孔、口腔粘膜難受，需要10min的適應。、噴射機噴射作業(yè)結束后，要及時清洗，檢查關鍵部位的零部件是否損壞，進行認真保養(yǎng)，以

26、便下步工序安全使用。3.3.4、網噴砼按下列要求進行：、開始噴射時，應減小噴頭至受噴面的距離，并調整噴射角度，鋼筋網保護層厚度不得少于2cm。、噴射中有脫落的巖塊或被鋼筋網架住時，應及時清除后再補噴。3.3.5、有水地段噴射砼作業(yè)時，應采取下列措施：、改變砼配合比，增加水泥用量，先噴較干混合料，待其與涌水融合后，再逐漸加水到濕噴砼配合比設計；、噴射時，先從遠離出水點處開始，逐漸向涌水點逼近，將散水集中，安設導管，將水引出，再向導管逼近噴射。、當涌水范圍大時，可設樹枝狀排水導管后再噴射。當涌水嚴重時，應設置泄水孔，邊排水邊噴射。3.4噴射混凝土質量檢測3.4.1噴射混凝土質量檢測指標噴射混凝土的

27、質量檢測指標主要有噴射混凝土的強度和厚度兩項內容。噴射混凝土的強度包括抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度、疲勞強度、粘結強度等。由于這些強度之間存在著一定的內在聯(lián)系，在具體實驗中可只檢測噴射混凝土的某一強度，并由此推之其他強度。其中，噴射混凝土的抗壓強度是表示其物理性能及其耐久性的一個綜合指標，實際工程中往往把它作為檢測噴射混凝土質量的重要指標。噴射混凝土的厚度是指混凝土噴層至隧道圍巖接觸面間的距離。要達到噴射混凝土的支護作用與效果，在施工中必須保證噴射混凝土的厚度，這是噴射混凝土質量檢驗的另一個重要指標。3.4.2噴射混凝土的質量檢驗方法（1）抗壓強度試驗在具有一定強度的噴射混凝土支護上，用鑿巖機打密排鉆孔，取出長約35cm、寬約15cm的混凝土塊加工成10cm*10cm*10cm的立方體試塊，在標準條件下養(yǎng)護28天，用標準試驗方法進行抗壓強度試驗。雙線隧道每10米，至少在拱腳部和邊墻各取一組（3個）試件；其他工程，每噴射50-100m³混合料或小于50m³混合料的獨立工程，不得少于一組，材料或配合比變更時需重新制取試件。滿足以下條件為合格，否則為不合格：a.同批（指同一配合比）試塊的抗壓強度平均值，不低于設計強度。b.任意一組試塊抗壓強度平均值不得低于設計強度的80%