喷射混凝土的质量控制

1、技术论文喷射混凝土的质量控制中国铁建写作者：戴世东单位：中铁二十三局集团一公司目 录1、前 言31.1概述31.2排角山隧道简介41.3排角山隧道支护措施52、喷射混凝土简介62.1喷射混凝土具有的性能、特点62.2喷射混凝土种类及其优缺点63、喷射混凝土质量控制83.1喷射混凝土原材料83.2喷射混凝土配合比的确定113.3喷射混凝土施工工艺133.4喷射混凝土质量检测194、喷射混凝土的养护225、结束语23摘 要本文结合排角山隧道的实际介绍了喷射混凝土施工原材料的控制与喷射混凝土配合比的设计要点、施工工艺及加强养护的措施。 关键词：喷射混凝土；质量控制1、前 言1.1概述隧道复合式衬砌是

2、由内外两层复合而成，其外层常称为初期柔性支护，通常采用喷射混凝土等支护形式；内层称为二次衬砌，一般采用现浇混凝土施工工艺。外层支护主要承受围岩的初期变形，待初期变形基本稳定后，再做内层衬砌。外层支护与内层衬砌共同承受围岩的变形和压力。现代隧道已普遍采用喷射混凝土技术，而喷射混凝土的施工质量将直接影响隧道的支护效果，対确保围岩稳定起着重要作用。随着科学技术的发展，大量的新材料、新工艺、新设备、新技术不断应用于工程中，同时，隧道施工技术也在超长、大跨度、防水、穿过不良地层等方面取得了长足的进步，涌现出了大量的科技成果。锚喷构筑法在技术上有采用速度较快，支护及时、支护质量较好、强度高、密实度好、防水

3、性能较好；省工、操作较简单，支护工作量减少；施工灵活性很大，可以根据需要分次喷射混凝土追加厚度，满足工作设计与要求等优点。在国内，一些国际招标的大型水利工程中，如二滩水电站，黄河小浪底工程，三峡工程等，均是采用湿式混凝土喷射作业。国内目前使用的各种湿式混凝土喷射机多是从国外引进的设备。近几年来，国内一些单位也开发研制出几种湿式混凝土喷射机，但生产规模尚有待扩大。1.2排角山隧道简介排角山隧道位于广东省汕尾市海丰县境内，起讫里程DK389+488DK390+797，全长1309m，其中级围岩共计524米，级围岩785米。本隧道为双线隧道，设计时速200Km/h，预留进一步提速的条件，隧道纵坡为单

4、面上坡，坡度为5.2。1.3排角山隧道支护措施本隧道初期支护均采用湿法网喷混凝土柔性支护，网喷混凝土强度等级为C25，掺加100%改性聚酯纤维，单丝长7-18mm，每m³掺加0.9Kg.其中级围岩初期支护采用20工字钢，纵向间距60cm，拱部采用25中空注浆锚杆，边墙采用22砂浆锚杆，长4.0m,8钢筋网间距20*20cm；级围岩采用22格栅钢架，纵向间距100cm，拱部采用25中空注浆锚杆，边墙采用22砂浆锚杆，长3.5m，6钢筋网间距20*20cm。本隧道喷射混凝土机械采用ZSP6T型湿喷机，工作能力约为2m³/h,喷射混凝土速凝剂使用深圳迈地ZB-6型液体速凝剂，减水

5、剂使用深圳迈地PCA高效减水剂。2、喷射混凝土简介喷射混凝土是使用混凝土喷射机，按一定的混合程序将掺有速凝剂的细石混凝土拌合料与高压水混合，经过喷嘴喷射到岩壁表面，并迅速凝固结成一层支护结构，从而对围岩起到支护作用。喷射混凝土是一种新型的支护结构，又是一种新的施工工艺与技术，它可以根据需要分层追加厚度，也可与各种类型的锚杆、钢纤维、钢拱架、钢筋网等构成复合式支护。2.1喷射混凝土具有的性能、特点（1）喷射混凝土具有强度增长快、粘结力强、密度大、抗渗性能好的特点，能较好的填充岩块间的裂隙与凹穴，增加围岩的整体性，防止岩面的风化和松动，并与围岩共同工作。（2）喷射混凝土施工将输送，浇筑、捣固几道工

6、序合而为一，更不需模板，因而施工快速简捷。（3）喷射混凝土能及早发挥承载作用。它能在10分钟左右终凝，2小时后具有强度，8小时后可达2Mpa，16小时可达5 Mpa，1天后可达7-8 Mpa，4天后达到28天强度的70%左右。（4）喷射混凝土与模筑混凝土相比，其物理性能显著改善，尤其以湿法喷射混凝土的抗压强度、抗弯曲疲劳强度和抗渗性能有更显著提高。2.2喷射混凝土种类及其优缺点2.2.1干法喷射混凝土干法喷射是用搅拌机将骨料、水泥、速凝剂按设计比例干拌均匀，用压缩空气使干混合料在软管内呈悬浮状态并压送到喷枪，再在喷嘴处与高压水混合，以较高速度喷射到岩面上。干法喷射使用的喷射机机械结构较简单，机

7、械故障处理和机械清理容易，缺点是产生的灰尘量大，回弹量大，加水由喷嘴处的阀门控制，水灰比的控制较难且与操作手的熟练程度有关。2.2.2湿法喷射混凝土湿喷法是将骨料、水泥和水按设计比例拌合均匀，用湿式喷射机压送拌合好的混凝土混合料到喷头处，再在喷头上添加速凝剂后以较高的速度喷射到岩面上。湿喷法喷射混凝土质量容易控制，喷射过程中的粉尘和回弹量较少，但对喷射机械要求高，机械清洗和故障处理较麻烦。随着人们环保意识的增加和对喷射混凝土质量要求的提高，以及更先进的湿式混凝土喷射机的研发生产，湿法喷射混凝土已成为目前隧道施工现场较多使用的喷射工艺。因排角山隧道设计喷射混凝土采用湿喷工艺，本文主要以湿喷法为重

8、点介绍喷射混凝土的相关内容。3、喷射混凝土质量控制3.1喷射混凝土原材料喷射混凝土的原材料主要有水泥、粗骨料、细骨料、水与外加剂，外加剂主要有速凝剂和减水剂。喷射纤维混凝土还需要添加钢纤维或改性聚酯纤维。（1）水泥应优先采用普通硅酸盐水泥，也可采用矿渣硅酸盐水泥，水泥标号不低于42.5级。水泥使用前应对强度、安全性、凝结时间等进行抽样检测，水泥的安定性、凝结时间等均应合格。当喷射混凝土遇含有较高可溶性硫酸盐的地层或地下水地段，应按侵蚀类型和侵蚀程度采用相应的抗硫酸盐水泥；当骨料与水泥中的碱可能发生反应时，应选用低碱水泥；当需要喷混凝土有较高的早期强度时，可选用硫铝酸盐水泥或其它早强水泥；有特殊

9、要求时，应使用相应的特种水泥。排角山隧道喷射混凝土水泥采用普通硅酸盐水泥，生产厂家为广东塔牌，强度等级为PO42.5，所有水泥进场后均经实验室检验合格后才允许使用。（2）粗骨料为防止喷射混凝土过程中堵塞管道，减少回弹量以及保证混凝土支护结构的强度，粗骨料应选用坚固耐久的碎石或卵石，粒径以5-16mm为宜。排角山隧道使用碎石经实验室检验合格的圆墩三角碎石，粒径为5-10mm,严禁选用具有潜在碱活性骨料，当使用碱性速凝剂时，不得使用含有活性二氧化硅的石料。骨料级配宜采用连续级配。按重量计含泥量不应大于1，泥块含量不应大于0.25。喷射混凝土用的骨料级配宜控制在图3.1所给的范围内。图 3.1 喷射

10、混凝土粗骨料筛分曲线图（3）细骨料 为保证喷射混凝土的强度和减少工作时的粉尘，以及减少混凝土硬化时的收缩裂纹，细骨料应选用坚硬耐久的河砂，严禁使用海沙，细度模数在2.5-3.0的中砂为宜，含水量宜在5%-7%。排角山隧道使用细骨料为惠东华侨城中砂，细度模数均在2.5-3.0之间。（4）水为保证喷射混凝土正常凝结和硬化，以及确保混凝土的强度和稳定性，水质应符合工程用水的有关标准，不得使用污水及PH值小于4的酸性水和含硫酸盐量超过1%的水，也不得使用含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质的水。排角山隧道拌合用水采用经实验室检验合格的PH值为4.5的地下水。（5）外加剂为了降低用水量、降低回弹率和粉尘

11、率，使喷射混凝土早凝早强，必须使用外加剂。应采用符合质量要求并对人体危害性很小的速凝剂，掺加速凝剂之前，应做速凝剂与水的相溶性实验及水泥净浆速凝效果实验，注重速凝剂效果实验，初凝时间不应大于5min，终凝时间不应大于10min，保持速凝剂干燥勿受潮变质，在喷射混凝土中添加速凝剂的目的是使喷射混凝土满足设计要求，促进早强。一般速凝剂最佳掺量约为水泥重量的2%一4%，实际使用时拱部可利用2%-4%，边墙可用2%，过多的掺量对喷射混凝土反而不利，这是因为速凝剂虽然加速了喷射混凝土的凝聚速度，但也阻止了水在水泥中的均匀扩散，使部分水包裹在凝聚的水泥中，硬化后形成气孔，另一部分水泥因而得不到充足的水分进

12、行水化反应而干缩，从而产生裂纹。喷射混凝土宜采用液体速凝剂，其掺量不宜大于水泥用量的5%。排角山隧道喷射混凝土速凝剂使用深圳迈地ZB-6型液体速凝剂，减水剂使用深圳迈地PCA高效减水剂。（6）钢纤维钢纤维宜用普通碳素钢制成。钢纤维断面直径（或等效直径）应为0.30.5mm。钢纤维长度应为2035mm，等效直径0.30.8mm；并不得大于输料软管以及喷嘴内径的0.7倍；长径比为3060，长度偏差不应超过长度公称值的±5%。钢纤维内不得有明显的锈蚀、油脂及其它妨碍钢纤维与水泥粘结的杂质，其中因加工不良造成的粘连片、铁屑及杂质不应超过钢纤维重量的1。（7）合成纤维合成纤维加强混凝土是机械作

13、用而不是化学作用，加入时不需要附加水和改变原来的混凝土配合比。喷射混凝土中的合成纤维宜采用取聚丙烯纤维。喷射混凝土中所使用纤维长度宜为19。合成纤维择入量应通过试验确定，或以1.2 kg/m3作为参考。排角山隧道喷射混凝土使用的合成纤维为改性聚酯纤维，单丝长7-18mm，抗拉强度900Mpa,直径为20-30mm，弹性模量4GPa，抗碱试验强度保持率95%。3.2喷射混凝土配合比的确定喷射混凝土配合比的设计（1）喷射混凝土配合比设计要求a.满足强度及其他物理性能的设计要求。b.与基材、钢筋等有良好的粘聚性，混凝土密实性高。c.4-8小时后应具有能控制一定地层变形的能力。d.必须能向上喷射到指定

14、的厚度，且回弹损失小。e.有良好的耐久性。f.扬尘少。g.施工顺利，不发生管堵塞或喷射面流淌塌落。（2）喷射混凝土配合比设计方法喷射混凝土的配合比不同于普通混凝土的配合比，需要根据其施工工艺来选择，本节主要讲述喷射混凝土湿喷法的配合比的设计方法。为了减少回弹量需要较高的砂率，砂率增加意味着集料的总面积增加，这就要求用更多的水泥来包裹集料表面，以满足喷射混凝土的强度要求，水泥用量越大，喷射混凝土就越轻易干缩、开裂，同时成本也增加。因此首先确定水泥用量，根据经验水泥用量宜为375一450kg/m；其次确定砂率，宜选用粗砂或中砂，砂率宜为45%一55%，砂率过高或过低易造成堵管，再次确定水灰比，水灰

15、比宜为0.4-0.5，水灰比过小会产生粉尘，回弹量大，粘结力低，喷层会产生干斑，砂窝等现象，水灰比过大会造成强度低、速凝效果差，喷层流淌、滑移、坍落等现象，另外要注重根据施工环境的温度，四周岩壁类别、施工队伍的施工水平做相应的调整。喷射混凝土配合比设计（1）胶骨比喷射混凝土的胶骨比常为1：41：4.5，水泥过少回弹量大，初期强度增长慢；水泥过多，不仅粉尘量增多且收缩量增大。当水泥用量超过400kg/m³时，喷射混凝土强度并不随水泥用量而提高，见表3.1： 表3.1 水泥用量对混凝土抗压强度的影响单位体积混凝土的材料用量混凝土抗压强度（MPa）表观密度（kg/m³）水泥砂石设

16、计实例设计实例设计实例38052695088395081031.42.4554268981269881273022.62.3769270869271669264419.02.36（2）砂率砂率对混凝土施工性能及力学性能的影响见表3.2，综合表3.2，拌合料的砂率以45%-55%为宜。表 3.2 砂率对喷射混凝土性能的影响性能砂率«45%>55%45%-55%回弹损失大较小较小骨路堵塞易不易不易湿喷时的可泵性不好好较好水泥用量少多较少混凝土强度高低较高混凝土收缩较小大较小（3）水灰比水灰比为0.2时，水泥不能获得充足的水分与其水化，硬化后有一部分未水化的水泥质点；水灰比为0.4时

17、，水泥有适宜的水分与其水化，硬化后形成致密的水泥石结构；水灰比为0.6时，过多的多余水蒸发后，在水泥中形成毛细孔。经测定，适宜的水灰比宜为0.4-0.5，若偏离此范围，不仅降低喷射混凝土的强度，也要增加回弹损失，如图3.2及图3.3： 图3.2 水灰比与抗压强度曲线图图3.3 水灰比与回弹率曲线图（4）速凝剂掺量混凝土掺速凝剂后可增快早期强度，掺量愈多，早期强度增长越快，而后期强度损失也越大，故需根据结构对混凝土早期强度和后期强度的要求，通过实验确定掺量：红星一型及711型速凝剂的掺量不应大于水泥重量的4%；782号速凝剂的掺量不应大于水泥重量的8%。3.3喷射混凝土施工工艺3.3.1喷射混凝

18、土的准备工作（1）材料方面：对水泥、砂、碎石、速凝剂与水等材料应进行质量检测；砂、碎石均应过筛，并应事先冲洗干净；砂、碎石含水率应符合设计要求。（2）施工机械及管路方面喷射机、搅拌机、喷射机械手、压力水泵、空气压缩机、上料机等使用前均应检修调试完好，就位前进行试运转；管路及接头保持良好，要求风管不漏风，水管不漏水，沿风管、水管每隔40-50米装一阀门接头，以便当喷射机移动时，连接风管及水管。（3）喷层厚度检查标志埋设埋设喷射混凝土厚度检查标志，一般是在石缝处打铁钉，或用快硬水泥安设钢筋头，并记录其外漏长度。（4）其他方面应检查开挖断面，欠挖处要补凿；要敲帮找顶、清除浮石、清洗岩面；对裂隙水进行

19、处理，不良地质地段应事先进行处理。不良地质地段应事先进行加固；预埋件要准确安装，备好脚手架或喷射台车，以便于喷射边墙上部或拱部；喷射作业面要有充足的照明。3.3.2喷射混凝土施工技术要求喷射混凝土施工工艺流程见下图。报批内容准备项目运输方法TK-961湿喷机配备设备及劳力组织方法砼制备运输方案、喷射方法喷砼试验配合比报批材料试验报告材料、机具、劳力准备风、水、电准备断 面 检 查清 洗 岩 面强制式拌和机拌和分次投料拌和混凝土输送车运输S形运动、螺旋状喷射首层着重填平、补齐强度检验：压试件表面检查：厚度、平整度方案报批施工准备混凝土制备制备方法混凝土运输初 喷复 喷质量检查结 束先墙后拱、分层

20、、分区进行喷射砼施工工艺流程图（1）施喷前先用高压水清洗岩面，喷射口距岩面1M左右，喷射应垂直岩面，由下向上，以螺旋状沿横向往复移动，一圈压半圈。喷射前在喷射岩面上埋设6钢筋头，用预埋钢筋来检查喷射厚度并检查喷层是否平顺，如有漏喷应补喷。（2）在未上混凝土拌合料之前，先开高压风及高压水，喷出的水成雾状。如喷嘴风压不足（适宜的风压一般为0.1-0.15MPa），可能是出料口堵塞；如喷嘴不出风，可能是输料管堵塞，这些故障都应及时排除。再开电动机进行空转，待喷机运转正常后，才开始投料、搅拌及喷射。（3）分数次喷射，初喷封闭岩面，喷射厚度35cm，以后每次喷射58cm，直至喷到设计厚度。若设计喷射混凝

21、土较厚，喷射作业应分层进行，一般分2-3层。一次喷射太厚，在自重作用下，喷层会出现裂纹而引起大片坍塌；一次喷射太薄，大部分骨料会回弹，使受喷面上仅留下一层薄薄的混凝土或砂浆，影响工程质量；一般情况下一次喷射厚度为：当不掺加速凝剂时，边墙2-7cm,拱部3-4cm；当掺加速凝剂时，边墙7-8cm,拱部5-6cm。（4）为保证喷射混凝土的质量，减少回弹量和降低粉尘，喷射时应分段、分部、分块的进行，分段长度不超过6米，分部为先下后上，分块大小为2m*2m，并严格按照先墙后拱，先下后上的顺序进行喷射，以减少混凝土滑动或脱落现象的发生。（5）、掌握喷头与受喷面的距离和角度：喷头距离岩面为0.8-1.2m

22、时较适宜。过大或过小都会增加回弹量；由于喷头压力大，有条件时将喷头固定在机械手上进行作业，若人工掌握喷头，应两人操作或用简易支架进行操作；喷嘴与受喷岩面垂直，并微微偏向刚喷射的部位（倾斜角不宜大于10度），对于岩面凹陷处应先喷和多喷，而凸出处应后喷和少喷。喷射时喷射机喷嘴需对受喷岩面做均匀的顺时针方向的螺旋形移动前进，一圈压半圈的横向移动，螺旋直径约为20-30cm,以使混凝土喷射密实，也可采用S形往返移动前进。（6）、应根据喷射情况调节好风压与水压。风压、喷射机要求工作风压0.1-0.15Mpa，系统风压0.5 Mpa，耗风量9m3/min，若风压控制不好，会造成很多问题。过大的风压会造成喷

23、射速度太高而增大回弹量，损失水泥；过小的风压会使喷射力减弱而造成混凝土密实性差，可结合下表调节风压：输料管长度/m204080120160200风压/MPa1-1.523456为保证高压水能从喷枪混合室(喷头处)内壁小孔高速射出，把拌合料迅速拌均匀，水压应稍高于风压。一般水压应比输料管的压力至少高1.0-1.5 Mpa，同时要求供水系统的水压不应大于4.0 Mpa，供水系统水压不足时，需要采用压力水箱提供稳定的水压。（7）分层喷射的合理时间间隔应根据水泥的品种、速凝剂的种类及掺量、施工温度和水灰比等因素，并视混凝土的终凝情况而定。分层喷射一般要求再初喷混凝土终凝后，再进行复喷。当间隔时间较长时

24、，复喷前应将初喷混凝土表面清洗干净，且复喷时应将凹陷处进一步找平。(8)当有钢筋时，喷射应严格控制水灰比，喷射角也可偏一些，喷射混凝土应覆盖钢筋2cm以上。当有钢架时，钢架与围岩之间的空隙必须用喷射混凝土充填密实，并将钢架覆盖，以避免钢架锈。（9）、为使水泥充分水化，使喷射混凝土的强度均匀增长，防止或减少混凝土的收缩开裂，喷射混凝土终凝2h后，应喷水养护，养护时间一般不少于7d。（10）冬季施工时喷射混凝土的作业气温不得低于5；若气温低于5，不得洒水养护；混凝土强度未达到设计强度50%时，若气温降低到5以下，则应采取保温防冻措施。（11）、做好安全作业，照明要亮，被喷面要清晰，通风要好，喷手要

25、做好防护，喷头严禁对人，防止一切意外事故。3.3.3.、施工注意事项、喷射前要选择好喷射机喷身位置。应布置在安全地带，并尽量靠近喷射部位，便于掌机人员与喷射手联系，随时调整。、经常检查喷射机的出料弯头、输料管和管路接头，发现问题及时处理。、按配合比投料拌和，严格计量标准，定时校验计量器具。、施工时，风压要稳定，运输道路应畅通，电源、照明应保证。、喷射人员要搞好个人防护，能使用简易支架的尽量采用，要戴好防护用品。、在作业中要注意人身防护，同时喷砼开始时，刺激性气味使作业人员鼻孔、口腔粘膜难受，需要10min的适应。、喷射机喷射作业结束后，要及时清洗，检查关键部位的零部件是否损坏，进行认真保养，以

26、便下步工序安全使用。3.3.4、网喷砼按下列要求进行：、开始喷射时，应减小喷头至受喷面的距离，并调整喷射角度，钢筋网保护层厚度不得少于2cm。、喷射中有脱落的岩块或被钢筋网架住时，应及时清除后再补喷。3.3.5、有水地段喷射砼作业时，应采取下列措施：、改变砼配合比，增加水泥用量，先喷较干混合料，待其与涌水融合后，再逐渐加水到湿喷砼配合比设计；、喷射时，先从远离出水点处开始，逐渐向涌水点逼近，将散水集中，安设导管，将水引出，再向导管逼近喷射。、当涌水范围大时，可设树枝状排水导管后再喷射。当涌水严重时，应设置泄水孔，边排水边喷射。3.4喷射混凝土质量检测3.4.1喷射混凝土质量检测指标喷射混凝土的

27、质量检测指标主要有喷射混凝土的强度和厚度两项内容。喷射混凝土的强度包括抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、疲劳强度、粘结强度等。由于这些强度之间存在着一定的内在联系，在具体实验中可只检测喷射混凝土的某一强度，并由此推之其他强度。其中，喷射混凝土的抗压强度是表示其物理性能及其耐久性的一个综合指标，实际工程中往往把它作为检测喷射混凝土质量的重要指标。喷射混凝土的厚度是指混凝土喷层至隧道围岩接触面间的距离。要达到喷射混凝土的支护作用与效果，在施工中必须保证喷射混凝土的厚度，这是喷射混凝土质量检验的另一个重要指标。3.4.2喷射混凝土的质量检验方法（1）抗压强度试验在具有一定强度的喷射混凝土支护上，用凿岩机打密排钻孔，取出长约35cm、宽约15cm的混凝土块加工成10cm*10cm*10cm的立方体试块，在标准条件下养护28天，用标准试验方法进行抗压强度试验。双线隧道每10米，至少在拱脚部和边墙各取一组（3个）试件；其他工程，每喷射50-100m³混合料或小于50m³混合料的独立工程，不得少于一组，材料或配合比变更时需重新制取试件。满足以下条件为合格，否则为不合格：a.同批（指同一配合比）试块的抗压强度平均值，不低于设计强度。b.任意一组试块抗压强度平均值不得低于设计强度的80%