C30钢纤维喷射混凝土的配合比设计

C30钢纤维喷射混凝土配合比设计赵家声(中国水利水电第十四工程局科研设计院，云南昆明650041) )摘要：文章介绍了C30钢纤维喷射混凝土的配合比设计。 施工单位根据设计要求，进行了水泥相容性试验、室内基质试验、现场试验，并根据大量试验资料确定了施工配合比。 开发了水泥用量为428 kg/m3、粉煤灰为48 kg/m3、钢纤维为45 kg/m3的C30钢纤维喷雾混凝土配合比，满足设计各项指标的要求，降低了混凝土成本。 关键词：气锚钢纤维喷射混凝土； 抗压强度韧性系数等效弯曲强度下曲线分类编号： TV5281572； TV544 1923文献识别码： B编号： 1006-3951 (2004 ) 01-0062-04 1显示百色水利枢纽位于广西右江，水电厂厂房和主变洞位于水库左岸山区，其尺寸分别为147 m19. 5 m49 m和94 m19. 5 m24. 8 m 传统设计采用钢筋混凝土衬砌，为解决混凝土施工周期长、施工难度高的问题，参考国内外先进经验进行设计，通过优化设计，采用现场和主要变化拱桥永久衬砌，将C30钢纤维喷射混凝土和预应力锚固在钢筋混凝土中钢纤维喷射混凝土的设计量约为3 000 m3，强度等级为C30，等效弯曲强度为2.5 MPa以上，韧性系数为6080。 钢纤维喷涂混凝土是在普通喷涂混凝土中加入钢纤维混合而成的新型复合衬砌材料。 与普通射流混凝土相比，钢喷射混凝土可以改善混凝土的力学性能，提高混凝土的韧性，但必须保证混凝土中含有足够量的钢纤维。 因此，钢纤维添加量的多少和钢纤维混凝土的配合比应由一系列室内试验和现场试验决定。 既能满足设计各指标的要求，又能满足易喷施工的要求。 通过分析比较，C30钢纤维喷射混凝土采用湿式喷涂法施工，确定了双掺技术(掺入减水剂和粉煤灰)，其掺混比为：速凝剂和减水剂、粉煤灰、水泥相容性试验合格的基质混凝土(不含钢纤维) 性能室内试验综合分析了不同钢纤维掺量混凝土性能室内试验现场喷射混凝土试验等试验结果，确定了钢纤维喷射混凝土施工配比。 该优选配比方案具有尽管室内试验工作量大，但选择范围宽、现场试验工作量小、施工干扰少的特点。 2原材料相容性试验(1)水泥为广西田东水泥厂生产的“右江”P1o4215R，28日抗压强度4919 MPa，其指标合格。 (2)粉煤灰为云南曲靖电厂生产的二级灰，其细度为1717 %，需水量为98 %，烧毁量为0.6 %，SO30.1 %。 (3)液体速凝剂和缓凝减水剂是河南巩义特殊建材厂生产的8604系列产品，配合量分别为2. 5 %和0.6 % (减水率约13 % )，水泥与粉煤灰的相容性试验结果如表1所示。 表1 8604液体速凝剂、水泥和粉煤灰的相容性试验结果表速凝剂配合量/%减水剂配合量/%粉煤灰配合量/%初始凝固时间最终凝固时间1d强度/MPa28d强度比/根据表1的实验结果，%2. 5002 50 5 11 9. 374.2.501602 00 3 30 2. 50.6103 00 5 30 2. 5016152 50 5 00 表1的实验结果表明，在配合了2. 5 %的8604速凝胶后，不仅水泥砂浆迅速凝结配合缓凝减水剂、双凝减水剂和粉煤灰的浆料的中速凝聚效果也很好，该速凝聚剂和水泥、缓凝减水剂26 CN531112/TK ISSN1006 - 3951云南水电Y UINNAN WATER POWER第20卷第1期原稿日： 2003 - 12 - 03作者介绍：赵家声(1950 -)，男，云南泸西人，工程师，主要从事混凝土考试。1995-2004 tsinghuatongfangopticaldiscco .Ltd. All rights reserved .与粉煤灰具有较好的相容性，为C30钢纤维喷射混凝土采用双掺杂技术奠定了基础。 (4)沙采用水库附近的右江沙，纤度系数为3.0，泥量为1. 7 %，其馀指标合格。 石在工地材料场采用515 mm的碎石，破碎指标919 %，针板状含量812 %，泥块含量016 %，其馀指标合格。 砾石粒子倾斜的曲线如图1所示。 图1砂石料颗粒梯度图注：G B500862001 锚杆喷射混凝土支护技术规范砂石料颗粒梯度曲线显示，砂石段梯度组合稍差，曲线的头尾均超过控制线。 (5)钢纤维产于上海贝尔卡特上钢二厂，规格35 0.5 mm，物理指标见表2。 表2佳密克斯钢纤维物理力学指标表长度/mm直径/mm长宽比外形抗拉强度/MPa 3228 0.530.5765端钩形(利用水溶性粘接剂的并列粘接) 11541545 3喷涂混凝土的室内试验钢纤维配合前的混凝土称为基础混凝土。 钢纤维混凝土为满足设计要求的强度，其基础混凝土强度必须首先满足，保证复合衬砌材料的强度。 因此，进行了基体混凝土的配合比设计，配合不同配合量的钢纤维，调节用水量和砂率，使凝土塌陷度满足射流施工的要求。 然后选择满足强度要求的几种不同配合量的钢纤维配合比，现场试喷，同时取样进行各种力学指标试验，选择满足等效弯曲强度和韧性系数要求的配合比作为C30钢纤维喷射混凝土的施工配合比。 喷射混凝土的室内试验参考普通混凝土的试验方法，将混凝土混合物的崩解度控制在122 cm，试验时将材料投入强制式混合机中使其干燥30 s，加入水和减水剂排出120 s，测定崩解度等指标后，加入速水剂人工快速混合30 s，混合120 s 试验结果如表3所示。 分析表3的成果，与普通的喷射混凝土相比，相同量的钢纤维喷射混凝土不仅坍塌减少，而且抗压强度降低。 例如，与B18和B12相比降低约8 MPa。 分析其原因是加入钢钎料后混凝土内部空隙率增加，受压载荷有效面积减少。 用10 %的粉煤灰代替水泥后，粉煤灰比水泥粒子小，起到填空的作用，通过粉煤灰的二次水合作用，钢纤维喷射混凝土的抗压强度增加，最终超过未配合粉煤灰的强度4现场试喷的施工用喷射混凝土，以压缩空气为动力使混合物相互冲击密集，与室内试验的振动密集的状况不同，混入钢纤维后也比普通混凝土难以喷射。 因此，钎料喷涂混凝土的配合比应根据混合料的混炼技术、喷涂技术以及喷涂成型钢纤维混凝土的力学性能等试验结果最终确定，是现场试喷的意义。混炼技术试验目的是要求混炼混凝土的外观均匀，钢钎料没有团结现象，喷射技术试验的目的是通过验证能否喷射不同配合量的钢纤维喷射混凝土，能够满足施工速度的要求， 试验喷射试验采用的混炼技术和喷射技术为： 36赵家声C30钢纤维喷射混凝土的配合比为19952004设计的tsnghuatongfangopticaldiscco的Ltd. All rights reserved .表3室内喷涂混凝土试验结果表试样编号配合套件粉煤灰砂石减水剂/%速凝剂/%钢纤维/(kg/m3)坍落度/cm容积重/(kg/m3)龄期强度/MPa1d3d7d 28 db 110.496102.701.800.602.5-10.623310.5-25.031.3 b 120.467102.421.680.602.5-11.023349.3-25.734.3 b 130.438102.151.550.660 136.0 b 140.4081.851.450.602.5-11.5233112.2-28.938.0 b 150.3861.621.602.5-10.0232412.5-31.140.3 b 180.4602.201.800.602.5 508.223222.72 1.610.602.5507.023662.98.218.029.7 b 300.4370.90.12.201.800.602.55011.8234610.121.227.737.8 b 310.4000.9.11.901.600.602.55013.8233 3910.90.11.901.600.602.535313.5234014.221.829.037.5 b 370.4000.90.12.001.500.602.54513.0235013. 722.128.835.6 b 400.4080.90.12.001 表中的B11B15为基础混凝土，一次回归计算得到的28d抗压强度fcu.o与灰水比C/W的关系式为：fcu.o=1418 C/W 2.0，相关系数r=0. 992，灰骨比A/C与灰水比的关系为：A/C=13. 62W/C - 2. 26， r=0.999，线性关系均显着，可利用上述二式设计不掺钢纤维的喷射混凝土配比。 在b 18、B19中加入钢纤维的配合比以灰骨比=14和13.5计算。 B30、B31用10 %粉煤灰代替水泥，还是14和13.5的灰骨比，水泥的用量分别与B18和B19相同，同时调整用水量，使坍塌度满足122 cm，从试验结果可以看出各龄期的抗压强度提高，强度为28天B36B40为现场试喷中使用的配比，水泥和粉煤灰为428 kg/m3和48 kg/m3，钢纤维配合量分别为35、45、55 kg/m3，只要调整使用水量和砂率保持相同的坍塌度和和容易性，不同配比的水泥比略有不同。 411搅拌工艺混合搅拌采用0. 35 m3自落式搅拌机，搅拌工艺为：减水剂和水的添加砂、石、水泥、粉煤灰和钢纤维(分散)的添加搅拌4 min卸下自卸车坍塌度的测定合格运送到现场。 412喷气机是河南郑州康达支护技术有限公司生产的干湿两用机，生产力为4155 m3/h，最大搬运距离为300 m，工作风压为013016 MPa。 采用自卸汽车运输，在搬运喷气式飞机前拆下，人工地向喷气式飞机铲斗，喷淋头人工操作，螺旋状移动，由于回弹飞散难以接近，实际喷射距离约为3 m以上。 但试喷的实践证明，制备的3种钢钎料掺量混凝土喷射施工没有问题。 413钢纤维喷涂混凝土力学性能C30钢纤维喷涂混凝土试验片采用喷涂成型法和大板切割法，前者主要进行初始抗压强度试验，后者仅进行28 d抗压强度和等效弯曲强度和韧性系数试验，比较前者和28 d抗压强度确定喷涂强度和标准大板切割试验片的强度换算系数，施工检验现场钢纤维混凝土材料的配比和取样试验的成果如表4、表5所示。表4现场试验喷涂钢纤维混凝土配合材料表试样编号配合水泥粉煤灰砂浆减水剂/%钢纤维/(kg/m3)各材料使用量/水泥粉煤灰砂浆减水剂崩解度/cm试验喷涂量/m3钢10.3910.3910.90.11.91.60.635164284047483047483745352535253525352535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535 5353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353 4484895252525252525252525252525252525 2525252525252525252525252525252525252525252525252525252525352535253525352535253525352535253525352535253525352535253525352535252535253525253525352535253525352525352525352535253 All rights reserved .表5现场试验混凝土样品试验结果表样品编号大板切断结果基本混凝土28 d抗压强度/MPa抗压强度/MPa等效弯曲强度/MPa韧性系数R012R 30/10喷吹抗压强度/MPa 3 d7 d28 d钢136.25.412.690.5140.3513.522.826.7钢234.85.544.060.7460.3114.018.022.1钢339.55.253.940.7622.730.540.0注：抗压强度试验除外“钢3”试件在托运中损伤，不仅成果异常，而且韧性系数R 30/10也不能测定。 速粘剂以2.5 %配合量添