喷射混凝土现场回弹率试验分析

艾新春，藏志刚，宫 旭（辽宁江河水利水电新技术设计研究院，辽宁 沈阳 110003）

喷射混凝土现场回弹率试验分析

艾新春，藏志刚，宫 旭
（辽宁江河水利水电新技术设计研究院，辽宁 沈阳 110003）

隧洞喷射混凝土在施工过程中回弹率不同，如果回弹率过大会造成原材料浪费严重，增加施工成本。文中结合不同施工工艺，对喷射混凝土在隧洞中的回弹率进行了试验，从而找到了影响喷射混凝土回弹率的关键因素。

隧洞施工；喷射混凝土；配合比；回弹率

1　前言

回弹率是喷射混凝土回弹率，一般是在工地现场测试。按结构划分或找一施工段侧墙或顶面进行试验，在地上铺设帆布（以尽量不丢失回弹料为宜）。然后喷射一定体积或重量的混凝土，将落到地面的混凝土收集并称重，落到地面混凝土重量占总喷射混凝土重量的比例就是喷射混凝土回弹率。在喷射混凝土施工中回弹率是一个重要的经济指标。

喷射混凝土是国内目前隧道施工的主要工艺，应用比较广泛但回弹率普遍偏高。不同的喷射混凝土配合比在施工应用过程中回弹率不同，如果回弹率过大，会造成原材料浪费严重，增加施工成本，而且过大的回弹率造成施工现场空气粉尘过高，严重威胁施工人员健康安全。结合施工工艺，通过不同的喷射混凝土配合比在隧洞中的施工应用、回弹率试验等，对试验数据进行了对比分析，从而找到了影响喷射混凝土回弹率的一些相关因素。

2　喷射混凝土工施工艺

为研究喷射混凝土配合比在现场应用，找出影响喷射混凝土回弹率的一些相关因素在某工程现场进行试验，该工程隧洞洞径8.00 m，属大断面隧洞。采用喷射混凝土做隧洞开挖支护。

喷射混凝土的施工工艺主要有两种：干式喷混凝土、湿式喷混凝土。干式喷混凝土施工工艺是将水泥和骨料搅拌混合均匀后运至喷射机处再添加速凝剂，然后从一个喷嘴喷射出，同时从另一个喷嘴喷射水，以较高速度喷射到岩面上，其工艺流程见图1所示。该工艺施工时粉尘大，喷射回弹率大，工作条件恶劣。

湿式喷混凝土施工工艺是预先在搅拌机内将所有材料搅拌均匀，和常规混凝土搅拌相同，用湿式喷射机将拌合好的混凝土混合料压送到喷头处，再在喷头上添加速凝剂后喷出，利用压缩空气的冲击成型。其工艺流程见图2所示。湿式喷射混凝土施工中粉尘、回弹率均明显小于干式喷射混凝土，并能获得较好的施工质量，同时改善了施工环境。结合工程主洞现场生产性试验，通过采用湿喷混凝土施工工艺，有效地提高了喷射混凝土的施工质量，降低了混凝土回弹率，改善了施工环境，取得了较好的技术效果和经济效益。

3　喷射混凝土配合比

3.1主要原材料

喷射混凝土所使用的原材料主要包括：水泥、细骨料、粗骨料、速凝剂、拌合水等。

1）水泥。水泥应优先选择硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，该项目采用强度等级为42.5级的普通硅酸盐水泥，使用前作检验，其性能符合相应的标准。

图2　湿式喷混凝土施工工艺流程图

2）细骨料。细骨料应选用级配合理，质地均匀坚硬、吸水率低、孔隙率小、非碱活性、洁净、不含易冻裂的矿物质天然中、粗河砂，细度模数F·M= 2.5～3.0为宜。其技术指标符合相应的标准。

3）粗骨料。粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚硬、非碱活性、不含易冻裂的矿物质的洁净碎石，粒径不宜大于15 mm。

4）水。水采用洁净无污染的施工用水，其中不含影响混凝土性能的矿物质成分。

5）速凝剂。速凝剂。干式喷射混凝土采用干粉速凝剂，湿式喷射混凝土采用液态速凝剂，使用前与水泥做相容性试验及水泥凝结效果试验。

3.2配合比

该工程喷射混凝土的设计强度为C25W8，施工中根据不同的情况分别采用了干、湿喷法。结合该工程的实际情况，试验段采用湿喷法，工程现场选用P.O42.5长白山牌水泥。A1，A2配合比中使用不同厂家低碱速凝剂，A3，A4中使用不同厂家无碱速凝剂。微硅粉、粉煤灰采用相同厂家。喷射混凝土配合比试验结果见表1。

表1　喷射混凝土配合比试验结果表

4　混凝土搅拌运输施工

4.1搅拌

湿喷混凝土采用全自动计量强制式搅拌机拌和、拌和时间严格控制，不应低于2 min。

4.2运输

运输采用混凝土运输罐车，随运随拌。喷射混凝土时，要满足湿喷混凝土的供应。在运输过程中，要防止混凝土离析、漏浆、水分流失、坍落度损失过大及产生初凝等现象。试验测得当混凝土出机口坍落度控制在180～210 mm时，羧酸类减水剂在2.0 h内、萘系减水剂在1.0 h内，到达施工现场混凝土坍落度在120～160 mm范围内。

4.3施工

4.3.1喷射前的准备工作

1）初喷射前应对受喷射岩面进行处理。轮廓尺寸不符合要求的，并加以修整，使其符合设计要求。

3）若遇受碰面有涌水、渗水或潮湿的岩面，喷射前应按不同情况进行处理后实施喷混凝土作业。

4）准备好工作台车或脚手架，备足照明设备。

5）检查机具设备、风、水、电等管线路及压力表、安全阀是否完好，并试运行，测试施工耗风量、风压、输料管线的承压能力。

4.3.2喷射作业及养护

1）开始作业时，先给风再送电，当机械运转正常后再给料；（作业结束时，先停料再停电，最后停风。）

2）供料应均匀连续。机械运转时，料灌内应保持足够的存料。

常见的人工流产术、刮宫术等宫腔手术中未能控制刮宫深度、吸宫负压较大、刮宫过度、宫颈口扩张不正规及反复操作等原因均可能加重子宫内膜基底部损伤，引起宫腔粘连。宫腔粘连部位或程度不同，患者表现出临床症状也不相同，多数宫腔操作手术患者术后出现闭经、月经量减少、周期性腹痛、继发不孕及反复流产等症状，严重影响患者生育要求和生活质量[8-10]。

3）喷射顺序。喷射应分段、分部、分块、分层进行，先补平坑洼低凹处，按先墙后拱，自下而上进行喷射，若有钢格栅则先喷格栅钢架与拱璧间隙部分后喷两钢架之间部分。喷射混凝土分层进行，一次喷射厚度根据喷射部位和设计厚度而定，拱部宜为5～6 cm，边墙为7～10 cm，后喷层应在先喷层终凝后进行，若终凝后或间隔1 h后喷射受喷面应用高压风水清洗干净。喷射混凝土表面应密实、平整，无裂缝、脱落、漏喷、空鼓、渗漏水等现象，不平整度允许偏差为±3 cm。

4）喷头工艺、喷射距离与角度。喷嘴需对受喷岩面作顺时针方向旋转，一圈压半圈纵向蛇行移动，旋转直径约为20～30 cm，喷头与受喷工作面保持1.5～2.0 m的距离，喷射距离与骨料粒径、风压有关。喷头和受喷工作面的夹角宜控制在75°～90°角度，喷射时应由喷射操作手根据喷护效果进行调整。以减少喷射混凝土的反弹。

5）喷射机的工作风压严格控制在0.1～0.7 MPa范围内，从拱脚到边墙脚风压由高到低，拱部的风压为0.4～0.6 MPa，边墙的风压为0.3～0.5 MPa。

6）速凝剂的更换。在收集回弹料的同时，喷车如果需要更换速凝剂，则在更换不同类型的速凝剂时，需要对喷车的速凝剂管道进行充分的清洗，以免不同类型的速凝剂混合后腐蚀速凝剂管道。

7）养护。应在喷射混凝土终凝2 h后进行洒水养护，保持喷射面湿润，养护时间不得少于14 d。

5　对比试验结果分析

5.1抗压强度

抗压强度试件按规程要求成型大板，加工成边长为100 mm的立方体试块继续在标准条件下养护至28 d龄期进行抗压。

5.2回弹率

这次试验每种配合比试喷一段（不按结构划分）。

5.3试验结果分析

这次试验采用不同的配合比，配合比试验编号为A1，A2，A3，A4。为减小其它因素对试验结果的影响，试验选择相同的施工环境、经验丰富的同一喷射操作手。试验结果见表2。

表2　喷射混凝土现场应用试验结果表

从表1和表2试验结果对比可以看出：

1）现场施工时的喷射混凝土抗压强度（见表2），高于试验室配合比中抗压强度（见表1）。原因为，两种混凝土的成型方式不同，拌和楼采用人工插捣，现场大板成型是由风吹送混凝土于自制的木模中，试件的密度一般没有人工插捣的密实，会影响混凝土的抗压强度。喷射混凝土大板抗压强度，无碱速凝剂高于低碱速凝剂，抗压强度都能满足混凝土的配制强度，满足设计要求并存在一定的富裕。

2）同时使用微硅粉和粉煤灰的配合比A3，A4在现场喷射中的回弹率优于只使用微硅粉的A1，A2。从试验结果也表明：合理的喷射混凝土配合比也是减少混凝土回弹率的根本。

回弹产生是不可避免的，当混凝土喷射于坚固表面、钢筋拱架或喷射集料颗粒本身在喷射过程中相互碰撞，就会从受喷面弹落下来。回弹率的大小与多种因素有关，在工程喷射混凝土配合比选定后，针对影响回弹率的因素，通过现场长期、大量施工调查，并结其他类似工程把容易出现的问题进行归纳总结。

①风压、水压控制不好，喷射距离过大或过小。

②喷射顺序不合理。

③未分层喷射，一次喷射厚度过大。

④外加剂添加不规范。

⑤现场配合比不合理

6原因分析及解决措施

为确保隧洞喷射支护工程质量，在喷射混凝土施工过程中减少回弹率，从而减小原材料的浪费，结合影响回弹率的几个问题，施工控制中以下几点可供参考

1）人员方面，工人施工经验不足，责任心差，对回弹率不重视。可通过组织交底会，明确施工注意事项和验收标准，加强责任心教育。组织学习，进行质量教育和操作培训让施工人员加强质量意识，认识到降低回弹率的重要性。

2）设备方面，设备性能差、控制装置不完善，施工平台设计不合理、高压风、水压力不足。可组织人员对设备进行合理化改进，确保设备满足施工要求。

3）混凝土拌和料物方面，因现场控制不严，造成混凝土拌制质量差。要严格控制混凝土配合比，配合比须经试验确定，混凝土及原材料必须符合规范要求，检验合格后的骨料在运输铲运过程中避免二次污染（泥水掺入）。混凝土拌合用料称量精度必须符合规范要求。喷射混凝土配合比在现场施工应用时，根据现场回弹率情况调整速凝剂掺量，调整后需做抗压强度等试验确定是否满足标准、设计要求。试验员现场试验，确定含水率，提供施工配合比。严格按照配合比进行计量拌制，施工过程试验员需全程跟踪。加强沟通避免混凝土滞留时间过长，喷射前对拌和物二次加水。冬季，当年11月至次年4月是该地区的漫长冬季，由于冬季环境温度较低，通常在-10℃以下，隧道内温度在0～5℃，骨料需提前运入隧洞内存储，避免骨料温度过低而影响混凝土，当拌和物温度低于10℃时，喷射混凝土的回弹料明显增加。必要时可给拌合用水加温的方法来提高混凝土拌和物温度。

4）喷射方法，喷射人员熟练程度会直接影响湿喷混凝土施工质量，同一位置喷射面积过大、风水压未调整即开始喷射混凝土。通过操作培训，熟练的操作手加以指导，使掌握最佳喷射方法。

5）工作环境原因，回弹料伤人，很难靠近施工部位。空气质量差，观察效果差。需加大投入，制定合理有效的施工防护措施。如制作喷射手专用的防护服和护目镜，保证回弹骨料不会对喷射手造成伤害和干扰。增强通风效果，保证新鲜空气流入。

［1］杨红伟.高寒地区喷射混凝土配合比设计与应用［J］.隧道建设，2010，30（Z1）：421-424.

［2］朱国建.喷射混凝土在长大软岩隧洞中的应用［J］.内蒙古水利，2011，（4）：123-124.

［3］杨富亮，匡艳红，李灼然.湿喷混凝土现场施工工艺［J］.云南水力发电，2008，3（24）：59-62.

当ε＞30时，不必进行稳定计算。

2）弯矩作用平面外的稳定计算：

由于弯矩作用在最大刚度平面内，所以弯矩作用平面外的稳定，按下式计算：

3）计算结果与分析：

支臂稳定计算结果列于表5。

表5　支臂稳定计算结果　　MPa

从表中数据可知：

上支臂的最大稳定计算应力为132.9 MPa，下支臂的最大稳定计算应力为136.4 MPa，均小于材料相应的容许应力。

3　结论与建议

1）综合分析现场检测与复核计算成果，溢洪道工作闸门可继续使用。

2）对溢洪道工作闸门应进行一次全面的防腐处理，以控制锈蚀的继续发展。

3）加强闸门的维护保养，对于易淤积的部位应及时进行维护处理，以便及早消除引起局部锈蚀的隐患。

[收稿日期]2016-01-23

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1002－0624（2016）08－0056－03

2016-03-29