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1、喷射混凝土配合比设计刘万杰(中交一航局第四工程有限公司，天津 滨海新区300456)摘要：结合兰新铁路第二双线红山二号隧道围岩情况及开挖后初期支护喷射混凝土施工概况，主要介绍隧道开挖后初期支护用C25合成纤维喷射混凝土性能要求、现场施工原材料的选定、基准配合比计算、试拌拌合物性能、现场试喷强度及回弹率验证等过程为喷射混凝土配合比设计提供参考依据；最终确定可喷性好、早期强度发展快、回弹量小、粉尘浓度低符合环保要求、适合现场施工可喷性强的合成纤维喷射混凝土配合比设计。基于喷射混凝土施工工艺的特殊性，喷射混凝土配合比设计与普通混凝土配合比设计既有相似之处也有其特殊性，在遵守规范规定的前提下应特别重视
2、现场试喷调整、强度验证这一过程 ,这是喷射混凝土配合比设计的重点和难点。关键词：喷射混凝土；配合比设计；初期支护；回弹率；试喷The Mixture Ratio Design of ShotcreteWan-jie Liu(No.4 Eng.Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Eng.Co., Ltd., Binhai New Area,Tianjin 300456,China)Abstract: With the surrounding rock situation of the Red Hill II Tunnel in the second double Lanxi
3、n railway and the general construction situation of the primary support shotcrete after excavation, those things are presented for the reference of shotcrete mixture ratio design, such as the performance requirements of C25 synthetic fiber shotcrete used in primary support after tunnel excavation, t
4、he selection of on-site construction raw materials, the calculation of benchmark proportioning, the performance of trial mixtures, the process of the-spot testing spray strength and resilient rate verification. Finally synthetic fiber shotcrete mixture ratio design suitable for site construction is
5、determined in which the sprayed performance is good, early strength development is quick, springback is small, dust concentration is low to meet the environmental protection requirement. Based on the particularity of shotcrete construction technology, there are both similarities and differences in t
6、he shotcrete mixture ratio design and the ordinary concrete mixture ratio design. In compliance with the premise of rules and regulations, the spot testing spray adjustment and strength verification process should be emphasized, which is the keystone and difficulity in the shotcrete mixture design.K
7、ey words: shotcrete; mixture ratio design; primary support; resilient rate; spray1 引言喷射混凝土是利用压缩空气或其它动力，将按一定配比拌制的混凝土混合物沿管路输送至喷头处，以较高速度喷射于受喷面依赖喷射过程中水泥与骨料的连续撞击、压密而形成的一种混凝土。其集运输、浇筑及振捣为一体，施工方便灵活、工序简单，广泛应用于铁路隧道、水工隧道、矿山井巷、城市地铁等地下工程及边坡加固等防护工程。红山二号隧道根据围岩情况采用C25合成纤维喷射混凝土、施工工艺为湿喷法。喷射混凝土配合比设计包括普通混凝土配合比设计和喷射混凝土现
8、场喷射回弹率和实体强度验证；前一部分是依据喷射混凝土和工程施工的技术要求按照普通混凝土配合比设计的思路提出基准配合比，后一部分是在基准配合比的基础上在现场试喷、性能验证最终确定适合现场施工、可操作性强的理论配合比方案，两个步骤相辅相成、缺一不可。根据规范要求喷射混凝土砂率宜为45%60%；胶凝材料用量不宜小于400kgm3 ；1d强度不低于10MPa、喷射混凝土标准养护试件强度评定龄期为28d。基于上述要求，配合比设计过程中混凝土1d强度的验证采用后装拔出法；7d、28d标准养护试件强度验证采用喷射大板试块切割成100mm立方体试件；试喷强度验证采用钻芯取样加工成圆柱体试件。2 原材料的选定根
9、据现场湿喷法施工工艺技术要求，严格按照喷射混凝土技术指标选用适宜的原材料。2.1 水泥：通过对工程附近的水泥厂家生产水泥的质量稳定性、产量供应及价格进行综合评价确定质量稳定、供应充足、价格合理的祁连山水泥有限公司产祁连山牌PO42.5水泥，其各项技术指标满足铁建设2009152号文中所要求的水泥技术指标。2.2 细骨料：选用质地坚硬耐久、细度模数大于2.5的中粗砂，砂中小于0.075mm颗粒含量不大于20%的大通永泰河砂。2.3 粗骨料：根据喷射机输送管道的最小直径采用连续级配5-10mm碎石，其碱活性低、含泥量及泥块含量均能满足铁建设2009152号文中技术指标。2.4 减水剂：选用陕西省建
10、筑高新技术开发公司产LGS-XC聚羧酸高性能减水剂，掺量1.0%。其对混凝土强度及其与围岩的粘结力基本无影响；对混凝土和钢材无腐蚀作用；对混凝土的凝结时间影响不大；吸湿性差、易于保存、不污染环境对人体无害。2.5 速凝剂：选用陕西省建筑高新技术开发公司产LGN-8A液体速凝剂。经相容性试验和水泥净浆凝结效果试验，其掺量控制在水泥用量的4%2.6 合成纤维：选用西安万利达工程材料有限公司产的聚丙烯合成纤维，设计要求掺量为0.9kgm3；抗拉强度750MPa、断裂延长率15%、直径分布在1620m之间、丝长718mm，其性能指标能够满足工程设计技术要求。掺入合成纤维对喷射混凝土粘滞性及回弹率起到良
11、好作用。2.7 水：乐都县饮用水。3 配合比设计3.1 喷射混凝土配制强度的确定混凝土配制强度必须超过设计强度标准值并满足强度保证率的要求 ,我国现行行业标准JGJ55-2000 普通混凝土配合比设计规程中规定了普通混凝土强度保证率为 95%,即:1) f cu , o f cu , k +1.645。式中: f cu , o 混凝土的配制强度 ,MPa;f cu , k 混凝土设计强度标准值 ,MPa; 混凝土强度标准差 ,经验选定为 6MPa。所以,C25喷射混凝土配制强度等级 f cu , o =25+1.6456=34.9 MPa3.2 用水量及水胶比的确定根据喷射混凝土性能及普通混凝
12、土配合比设计规程要求选定单位用水量为165kg；水胶比选定0.36、0.38、0.40三个水胶比3.3 混凝土砂率的确定喷射混凝土是依赖喷射过程中水泥与骨料的连续撞击、 压密而形成的一种混凝土 ,为了能够最大限度地吸收二次喷射时的冲击能量 ,所以砂率应较普通混凝土的高 ,它对喷射混凝土的稠度和粘滞性影响很大。洞挖工程的锚喷支护 ,侧墙和拱顶部位应采用较大的砂率 ,根据现场粗细集料级配情况及普通混凝土配合比设计规程 ,初步拟选 46%,48%,50%三种砂率。3.4喷射混凝土配合比设计区别于普通混凝土配合比设计的最大特点在于其配合比设计要经过现场试喷确定，喷射混凝土试喷、 调整应满足以下要求:3
13、.4.1 强度要求。满足工程设计喷射混凝土强度及1d强度不低于10MPa的要求。3.4.2 可喷性要求。使现场喷射混凝土有好的附着性、较好的密实性、回弹量少、不发生管道堵塞。3.4.3 环保要求。使现场喷射混凝土施工作业面粉尘少、粉尘浓度降低。3.5 配合比设计方案 初步拟定喷射混凝土的容重为2350 kgm3 3.5.1 方案一 水胶比选定0.36；砂率选定46%、48%、50%。其理论配合比见表1。表1 理论配合比水胶比砂率（%）原材料用量kgm3水泥砂碎石水减水剂速凝剂合成纤维0.36464607839191654.618.40.90.36484608178851654.618.40.9
14、0.36504608518511654.618.40.9 试拌及现场试喷结果：三种砂率下混凝土拌合物流动性和粘聚性良好；其坍落度值分别为140mm、145mm、135mm（未掺入速凝剂之前）；混凝土力学性能指标见表2;现场试喷回弹率分别为13%、14%、17%；粉尘浓度满足环保要求。表2 混凝土力学性能指标水胶比砂率（%）混凝土强度(MPa)1d7d28d（标养）28d（钻芯）0.364613.928.639.733.90.364813.826.139.133.10.365014.427.238.632.83.5.2 方案二 水胶比选定0.38；砂率选定46%、48%、50%。其理论配合比见表
15、3表3理论配合比水胶比砂率（%）材料用量kgm3水泥砂碎石水减水剂速凝剂合成纤维0.38464347959341654.317.40.90.38484348308991654.317.40.90.38504348648651654.317.40.9 试拌及现场试喷结果：三种砂率下混凝土拌合物流动性和粘聚性良好；其坍落度值分别为135mm、140mm、140mm（未掺入速凝剂之前）；混凝土力学性能指标见表4;现场试喷回弹率分别为13%、15%、16%；粉尘浓度满足环保要求。表4 混凝土力学性能指标水胶比砂率（%）混凝土强度(MPa)1d7d28d（标养）28d（钻芯）0.384612.825.036.229.90.384813.124.035.629.20.385012.523.934.928.43.5.3 方案三 水胶比选定0.40；砂率选定46%、48%、50%。其理论配合比见表5表5理论配合比
