碎石噴射混凝土的材料試驗分析

摘 要:就噴射混凝土原材料試驗方法進行闡述,并對試驗數(shù)據(jù)進行分析,旨在強調(diào)材料試驗的規(guī)范性和科學(xué)性。

關(guān)鍵詞:噴射混凝土;砂石篩分;絕對體積法;數(shù)據(jù)分析

　　在水利工程施工中,為了加固圍巖表面,保護建筑物巖石邊坡,起到支護圍巖的作用,用混凝土對圍巖進行支護,噴射混凝土的質(zhì)量,與原材料的質(zhì)量、噴射混凝土配合比的確定及工人的操作水平等因素有關(guān)。巴基斯坦馬來凱德三期水電工程是一個裝機容量為81MW 的水電項目,其中引水系統(tǒng)包含5條隧洞,每條隧洞長分別為:523m、1382m、1052m、160m、203m,設(shè)計要求對隧洞內(nèi)圍巖及隧洞的進出口洞臉全部進行50mm厚的噴射混凝土保護。

1 原材料

1.1 水泥

　　巴基斯坦的Fauji水泥,強度為8000psi(55.16MPa),實測強度為56MPa。Askar水泥強度為7000psi(48.26MPa),實測強度為55MPa。

1.2 砂

　　巴基斯坦西部邊境省Hussanpur(哈尚普)的中砂,經(jīng)Lahore(拉哈爾)Panjabi(旁蔗普)大學(xué)實驗室?guī)r相分析合格的天然砂。這種天然砂層厚30～50m,不經(jīng)篩分,粗細(xì)砂層分層排布,砂平均粒徑偏細(xì)。經(jīng)自然混合后砂的細(xì)度模數(shù)FM 在2.45±0.16間變化;砂的吸水率為1.67;比重為2.693;松散密度為1.553gm/cm3;緊密度1.693gm/cm3;小于200# 篩為2.6%。

1.3 碎石

　　Palai(巴來)機制碎石,噴射混凝土使用的碎石粒徑為小于9.5mm,吸水率為0.69,比重為2.714,松散密度為1.325gm/cm3,緊密密度為1.487gm/cm3。

1.4 外加劑

　　MBT公司,DubaiU.A.E(都拜)MEYCOSA-540粉狀速凝劑,摻量為水泥用量的3%～8%。

1.5 水

　　為當(dāng)?shù)乜娠嬘盟?/p>

1.6 砂、碎石篩分析試驗通過百分率(見表1)

2 試驗條件及指標(biāo)

2.1 砂子、碎石篩分質(zhì)量要求(見表2)

2.2 強度等級

　　最小粘結(jié)力1MPa,最小抗剪強度為0.5MPa;設(shè)計抗壓強度為30MPa。噴射混凝土厚度設(shè)計為50mm。根據(jù)技術(shù)條款要求,骨料的最大粒徑和水泥用量由噴射混凝土的等級決定。而骨料的最大粒徑又是依據(jù)噴射混凝土的設(shè)計厚度而確定。見表4所示。

2.3 配合比要求

　　噴射混凝土配合比設(shè)計采用絕對體積法,按美國標(biāo)準(zhǔn)DIN1045,1084,1855按表3要求進行。對洞內(nèi)有侵蝕性地下水的地方,應(yīng)用特殊水泥,并且水泥最小用量為400kg/m3。

2.4 試件要求

　　噴射混凝土的水灰比要求為0.35～0.50之間。試驗使用邊長為100mm×100mm×100mm的立方體鑄鐵試模,混凝土混合料為人工拌和,人工插搗成型。試樣養(yǎng)護溫度為20.5℃～23℃,養(yǎng)護濕度100%。現(xiàn)場試件從噴射混凝土的樣盒內(nèi),通過鉆芯取樣后進行強度測試試驗。

3 試驗數(shù)據(jù)及分析

　　噴射混凝土的設(shè)計厚度是50mm,應(yīng)此,咨詢確定噴射混凝土等級為3級。骨料最大粒徑為9.5mm,混凝土抗壓強度設(shè)計植為30MPa,水灰比要求在0.35～0.50之間,我們確定設(shè)計三個試配水灰比分別為0.50、0.48、0.46。砂和碎石的比例分別為50:50、55:45、45:55;進行試配。并且技術(shù)條款要求混凝土試配強度R試=R+R設(shè)×20%,即設(shè)計混凝土強度乘以1.2的系數(shù)。同時7d混凝土強度也要滿足R7試=R設(shè)×0.75的強度。

　　根據(jù)強度要求,我們分別對不同的水灰比,用不同的比例和不同速凝劑的摻量,經(jīng)過52次試拌,最后確定碎石噴射混凝土的配合比。通過對52組試塊的強度分析可以得出:當(dāng)碎石骨料最大粒徑固定后,水灰比一經(jīng)確定,混凝土的強度就隨著砂子與碎石的不同比例而發(fā)生變化。確定的配合比每立方材料用量為:水泥:460;水:221;水灰比:0.48;砂:728;碎石:901;外加劑:4%;砂與碎石的比例:45%:55%。

　　通過對現(xiàn)場噴射混凝土的取樣后,根據(jù)實測強度結(jié)果,配合比才能最終獲得咨詢批準(zhǔn)?，F(xiàn)場我們用3mm 厚的鋼板做成600mm×600mm×120mm的取樣盒,當(dāng)一切正常后,往試樣盒內(nèi)噴入噴射混凝土。噴好后將裝有混凝土的樣盒一起放入養(yǎng)護室內(nèi),養(yǎng)護6d后鉆芯取樣,共取6個直徑為100mm,高為123mm±2mm的試樣,3個做7d強度,另3個作28d強度。通過取芯可以看到噴射混凝土的內(nèi)部骨料分布均勻,沒有氣泡,和機械振搗過的一樣,非常密實,7d強度,28d強度均達到設(shè)計要求。現(xiàn)場取樣149組,7d強度平均為22.7MPa,28d強度平均為34.56MPa。從現(xiàn)場噴射混凝土外觀看,表面光滑,無明顯裂縫,沒有潮濕區(qū)。從洞內(nèi)地上看,回彈量比較少。如果操作工人不熟練就會造成混凝土中有夾層、缺陷,只要工人能控制好噴頭的水量,就很快能解決這些問題。

　　綜上所述,碎石骨料在噴射混凝土中,粘結(jié)強度更高,能提高噴射混凝土的密實度和強度。通過以上碎石噴射混凝土的實際使用,不僅達到了設(shè)計強度要求,而且回彈量也少,這是粒徑小于9.5mm的碎石在噴射混凝土中應(yīng)用的一次實踐