碎石喷射混凝土的材料试验分析

摘 要:就喷射混凝土原材料试验方法进行阐述,并对试验数据进行分析,旨在强调材料试验的规范性和科学性。

关键词:喷射混凝土;砂石筛分;绝对体积法;数据分析

　　在水利工程施工中,为了加固围岩表面,保护建筑物岩石边坡,起到支护围岩的作用,用混凝土对围岩进行支护,喷射混凝土的质量,与原材料的质量、喷射混凝土配合比的确定及工人的操作水平等因素有关。巴基斯坦马来凯德三期水电工程是一个装机容量为81MW 的水电项目,其中引水系统包含5条隧洞,每条隧洞长分别为:523m、1382m、1052m、160m、203m,设计要求对隧洞内围岩及隧洞的进出口洞脸全部进行50mm厚的喷射混凝土保护。

1 原材料

1.1 水泥

　　巴基斯坦的Fauji水泥,强度为8000psi(55.16MPa),实测强度为56MPa。Askar水泥强度为7000psi(48.26MPa),实测强度为55MPa。

1.2 砂

　　巴基斯坦西部边境省Hussanpur(哈尚普)的中砂,经Lahore(拉哈尔)Panjabi(旁蔗普)大学实验室岩相分析合格的天然砂。这种天然砂层厚30～50m,不经筛分,粗细砂层分层排布,砂平均粒径偏细。经自然混合后砂的细度模数FM 在2.45±0.16间变化;砂的吸水率为1.67;比重为2.693;松散密度为1.553gm/cm3;紧密度1.693gm/cm3;小于200# 筛为2.6%。

1.3 碎石

　　Palai(巴来)机制碎石,喷射混凝土使用的碎石粒径为小于9.5mm,吸水率为0.69,比重为2.714,松散密度为1.325gm/cm3,紧密密度为1.487gm/cm3。

1.4 外加剂

　　MBT公司,DubaiU.A.E(都拜)MEYCOSA-540粉状速凝剂,掺量为水泥用量的3%～8%。

1.5 水

　　为当地可饮用水。

1.6 砂、碎石筛分析试验通过百分率(见表1)

2 试验条件及指标

2.1 砂子、碎石筛分质量要求(见表2)

2.2 强度等级

　　最小粘结力1MPa,最小抗剪强度为0.5MPa;设计抗压强度为30MPa。喷射混凝土厚度设计为50mm。根据技术条款要求,骨料的最大粒径和水泥用量由喷射混凝土的等级决定。而骨料的最大粒径又是依据喷射混凝土的设计厚度而确定。见表4所示。

2.3 配合比要求

　　喷射混凝土配合比设计采用绝对体积法,按美国标准DIN1045,1084,1855按表3要求进行。对洞内有侵蚀性地下水的地方,应用特殊水泥,并且水泥最小用量为400kg/m3。

2.4 试件要求

　　喷射混凝土的水灰比要求为0.35～0.50之间。试验使用边长为100mm×100mm×100mm的立方体铸铁试模,混凝土混合料为人工拌和,人工插捣成型。试样养护温度为20.5℃～23℃,养护湿度100%。现场试件从喷射混凝土的样盒内,通过钻芯取样后进行强度测试试验。

3 试验数据及分析

　　喷射混凝土的设计厚度是50mm,应此,咨询确定喷射混凝土等级为3级。骨料最大粒径为9.5mm,混凝土抗压强度设计植为30MPa,水灰比要求在0.35～0.50之间,我们确定设计三个试配水灰比分别为0.50、0.48、0.46。砂和碎石的比例分别为50:50、55:45、45:55;进行试配。并且技术条款要求混凝土试配强度R试=R+R设×20%,即设计混凝土强度乘以1.2的系数。同时7d混凝土强度也要满足R7试=R设×0.75的强度。

　　根据强度要求,我们分别对不同的水灰比,用不同的比例和不同速凝剂的掺量,经过52次试拌,最后确定碎石喷射混凝土的配合比。通过对52组试块的强度分析可以得出:当碎石骨料最大粒径固定后,水灰比一经确定,混凝土的强度就随着砂子与碎石的不同比例而发生变化。确定的配合比每立方材料用量为:水泥:460;水:221;水灰比:0.48;砂:728;碎石:901;外加剂:4%;砂与碎石的比例:45%:55%。

　　通过对现场喷射混凝土的取样后,根据实测强度结果,配合比才能最终获得咨询批准。现场我们用3mm 厚的钢板做成600mm×600mm×120mm的取样盒,当一切正常后,往试样盒内喷入喷射混凝土。喷好后将装有混凝土的样盒一起放入养护室内,养护6d后钻芯取样,共取6个直径为100mm,高为123mm±2mm的试样,3个做7d强度,另3个作28d强度。通过取芯可以看到喷射混凝土的内部骨料分布均匀,没有气泡,和机械振捣过的一样,非常密实,7d强度,28d强度均达到设计要求。现场取样149组,7d强度平均为22.7MPa,28d强度平均为34.56MPa。从现场喷射混凝土外观看,表面光滑,无明显裂缝,没有潮湿区。从洞内地上看,回弹量比较少。如果操作工人不熟练就会造成混凝土中有夹层、缺陷,只要工人能控制好喷头的水量,就很快能解决这些问题。

　　综上所述,碎石骨料在喷射混凝土中,粘结强度更高,能提高喷射混凝土的密实度和强度。通过以上碎石喷射混凝土的实际使用,不仅达到了设计强度要求,而且回弹量也少,这是粒径小于9.5mm的碎石在喷射混凝土中应用的一次实践