锚杆用水泥砂浆配合比设计

1、科技信息SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION2011 年第 21 期 0引言 自1911年美国首先使用岩土锚杆支护矿井巷道开始，迄今为止， 岩土锚固技术已在许多国家得到了广泛的应用和发展。目前国外各类 岩土锚杆种类多达600余种。 我国自50年代后期将岩土锚杆技术应 用于矿山、铁路、隧道和地下工程中1，近年来更是被广泛应用于相关 建筑领域，如：高层建筑地下基坑工程的临时性支护工程，山体永久性 边坡支护等。 在这些工程中，全长粘结性锚杆应用较为广泛。 锚杆用水泥砂浆主要是指用于全长粘结性锚杆，由水泥、粒径不 大于2.5mm的中细砂、水，以及根据需要加入相关外加剂配制成

2、的砂 浆。 现有标准 锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）2与 岩土锚杆（索）技术规程（CECS 22：2005）3对锚杆用水泥砂浆的原 材料要求、强度、水灰比和灰砂比给出了初步的限定；而对于砂浆强度 等级、砂浆试配强度、砂浆流动性的表示方法以及砂浆各性能试验方 法的标准依据等，没有明确相关规范和标准依据。 这给试验人员的配 合比设计工作带来了很多问题。 本文结合相关试验与现场施工资料，针对在锚杆用水泥砂浆配合 比设计中遇到的问题进行了探讨，希望能为以后的相关工程设计提供 参考。 1锚杆用水泥砂浆强度等级 锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）2规定：水泥砂

3、浆的强度等级不应低于M20。 在实际工程中，锚杆用水泥水泥砂浆一 般分为M20、M25、M30、M35、M40五个强度等级。 2锚杆用水泥砂浆配合比设计对原材料的要求 2.1水泥 岩土锚杆（索）技术规程（CECS 22：2005）3规定：水泥宜采用普 通硅酸盐水泥，水泥的性能指标应符合通用硅酸盐水泥（GB 175- 2007）的规定，必要时可采用抗硫酸盐水泥，不宜采用高铝水泥，且水 泥强度应大于32.5MPa。 施工现场强度等级小于M30的水泥砂浆一般选用P.S.A32.5矿 渣硅酸盐水泥或P.C32.5复合硅酸盐水泥，大于或等于M30的水泥砂 浆选用P.O42.5普通硅酸盐水泥，像基坑临时性

4、支护宜选用P.S.A32.5 矿渣硅酸盐水泥或P.C32.5复合矿渣硅酸盐水泥， 山体永久性边坡支 护应选用P.O42.5普通硅酸盐水泥。 2.2砂 锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）2规定：宜采用 中细砂，粒径不应大于2.5mm，使用前应过筛。 岩土锚杆（索）技术规 程（CECS 22：2005） 2规定：细骨料应选用最大尺寸小于2.0mm的砂； 在实际工程中，施工现场一般选用粒径不大于2.5mm的中砂。 2.3水 岩土锚杆（索）技术规程（CECS 22：2005）3规定：拌和水宜采用 饮用水，不得使用污水，水质应符合混凝土拌合用水标准（JGJ 63- 2006）要求。

5、2.4外加剂 岩土锚杆（索）技术规程（CECS 22：2005）3规定：必要时注浆材 料中可使用控制砂浆泌水、改善流动性、减少用水量和调整凝结时间， 或提高早期强度的外加剂，外加剂的质量应符合国家现行的相关产品 标准要求，且外加剂不得影响浆体的粘结性和对钢材产生腐蚀，并应 通过试验验证后方可使用。 实际工程中，大多数工程不用外加剂，少数工程掺加膨胀剂，冬季 施工掺加砂浆防冻剂。建议掺加减水剂，既能减少砂浆拌合物泌水，又 能减少水泥用量；掺加膨胀剂，可以使硬化后的砂浆略有膨胀，提高砂 浆密实性，提高锚杆抗拔力。 掺加的外加剂应保证水泥浆中氯化物的 含量不得超过水泥重量的0.1%。 3锚杆用水泥砂

6、浆配合比设计 3.1锚杆用水泥砂浆试配强度的确定 锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）2和岩土锚杆 （索）技术规程（CECS 22：2005）3均未明确规定锚杆用水泥砂浆试配 强度。建议参照砌筑砂浆配合比设计规程（JGJ/T 98-2010）5.1.1.2砂 浆的试配强度计算公式（1）： fm，0kf2（1） 式中：fm，0砂浆的试配强度（MPa）； f2砂浆强度等级值（MPa）， k系数，按表取值。 3.2目前尚无相关规范对锚杆用水泥砂浆各性能的试验方法、 试验 温湿度、养护条件及拌合物流动性表示方法等给出明确规定。 根据多 年试验经验及相关标准，给出以下建议： （1）锚杆

7、用水泥砂浆各性能试验方法、试验室温湿度和养护条件 均可参照建筑砂浆基本性能试验方法标准（JGJ/T 70-2009）4；其中 立方体抗压强度试验中砂浆立方体抗压强度建议按下式计算； fm，cu NU A 式中fm，cu砂浆立方体抗压强度（MPa），应精确至0.1 MPa； NU试件破坏荷载（N）； A试件承压面积（mm2）。 （2）锚杆用水泥砂浆拌合物流动性须保证砂浆拌合物既不堵塞注 浆管，又不离析，从而确保砂浆的可泵性和密实性。根据多年试验经验 及多次工地现场试验，本文建议用流动度表示砂浆拌合物的流动性较 合适，试验方法可参照水泥基灌浆材料（JC/T 986-2005）56.5条。 根 据多

8、次工地现场试验，砂浆流动度宜控制在(25010)mm范围内，既能 保证砂浆密实性，又不会出现堵管现象，可以使注浆泵高效率地工作， 有利于施工的连续性，对加快施工进度有很大帮助。 3.3锚杆用水泥砂浆配合比试验方案及试验结果 本次试验细骨料采用泰安河砂，过2.5mm筛，细骨料（砂子）主要 性能指标见表1；水泥采用山东水泥厂普通硅酸盐水泥P.O42.5，主要 性能指标见表2；水为饮用水。 表1砂子检测结果 表2水泥检测结果 3.3.1试验方案一 根据锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）2规定：水 泥与砂之比宜为1:11:2（重量比），水灰比宜为0.380.45。砂浆配合比 试验结

9、果见表3。 锚杆用水泥砂浆配合比设计 张富源 1 郭道通 2 张妍 1 沈文忠 1 张燕 1 边琦 1 王拓 1 （1.山东建筑科学研究院山东济南250031；2.山东建固特种专业工程有限公司山东济南250014） 【摘 要】水灰比和灰砂比是锚杆用水泥砂浆设计的关键要素，砂浆流动度是影响砂浆工作性的主要因素。 本文总结了锚杆用水泥砂浆配 合比设计中遇到的问题，并基于相关试验与施工现场资料，提出了相应的改进措施和解决方法，为相关工程设计工作提供参考。 【关键词】锚杆用水泥砂浆；试配强度；水灰比；灰砂比；流动度 细度模数含泥量，%泥块含量，%含水率，%松散堆积密度，kg/m3 2.42.60.70

10、.11410 水泥 品种 强度 等级 安定 性 凝结时间，min抗折强度，MPa 抗压强度，MPa 初凝终凝3d28d3d28d P.O42.5合格1151865.19.021.947.0 建筑与工程 292 科技信息2011 年第 21 期SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 科 表3砂浆配合比试验结果 3.3.2试验方案二 灰砂比取1:0.501:2.25，砂浆设计流动度为(25010mm)；砂浆配 合比试验结果见表4。 表4砂浆配合比试验结果 根据以上试验数据，绘得砂灰比与水灰比关系图见图1，砂灰比 与每立方砂浆中用水量关系图见图2，水灰比与砂浆28d抗压强度

11、关 系图见图3。 图1 图2 图3 4试验结果分析 4.1方案一 本方案设计出的配合比稠度度均偏小，最大稠度度为105mm ，如 果不加减水剂，砂浆流动性太差，堵管，无法满足砂浆工作性，无法施 工。 4.2方案二 如图1所示，随着砂灰比的不断增大，水灰比不断增大； 如图2所示：砂灰比1.50时，随着砂灰比不断增大，用水量不断 减少；砂灰比在1.502.25范围内，用水量变化不大； 如图3所示：砂浆28天抗压强度随水灰比的增大而降低，符合规 律，即水灰比决定砂浆强度。 4.3方案比较及结论 方案一在不掺外加剂的情况下，设计出的配合比很难满足砂浆流 动性要求，很容易堵管，无法满足砂浆的工作性。 方

12、案二设计出的配合比既能满足砂浆强度要求，又能保证砂浆流 动性要求，不易堵管，便于工人施工，提高施工进度。 锚杆用水泥砂浆配合比设计的关键就是确定水灰比和砂灰比（或 灰砂比）。水灰比过小时砂浆流动性差，可注性差，易堵管，影响注浆作 业的正常进行；水灰比过大时，浆液易离析，注浆体密实度不易保证， 硬化过程中易收缩，浆体强度损失大，无法保证砂浆强度，影响锚固效 果。 砂灰比过小时水泥用量大，增加工程成本；砂灰比过大时，要保证 砂浆流动性水灰比就大。 5结束语 近年来随着高层建筑的不断发展，岩土锚固工程技术在高层建筑 深基坑工程的应用范围不断扩大，尤其是全长粘结性锚杆的应用占锚 杆支护技术较大比重。

13、在保证锚杆质量的前提下，为了满足施工现场 砂浆工作性，提高施工效率，设计出更科学、更经济的配合比是非常必 要的，这样既满足了设计强度要求，又保证了砂浆的可泵性和密实性。 本文在现有标准、规范及相关经验的基础上，通过相关试验，提出了一 套合理的设计方法和检验标准，解决了试验人员在配合比设计工作中 遇到的疑问和难题， 使得锚杆用水泥砂浆配合比设计更加科学合理， 为今后的相关工程设计工作提供了参考。 【参考文献】 1陈珂.锚杆在岩土边坡锚固工程中的应用.城市建设，2009（17）：57-59 2GB50086-2001锚杆喷射混凝土支护技术规范 3CECS 22：2005岩土锚杆（索）技术规程 4J

14、GJ/T 70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准 5JC/T 986-2005水泥基灌浆材料 责任编辑：张慧 配合 比编 号 水灰 比 灰砂比 稠度 （mm） 湿表观密 度（kg/m3） 每立方米材料用量，kg 施工 情况 水泥砂子水 10.3801：1.00452190920920350堵管 20.3801：1.501722307741161294堵管 30.3801：2.001122406631325252堵管 40.4151：1.00782150890890369堵管 50.4151：1.505621907511127312堵管 60.4151：2.001322006441288268堵管 70.4501：1.001052130869869392易堵管 80.4501：1.507221707361103331堵管 90.4501：2.003622006381275288堵管 配合 比编 号 灰砂 比 砂 灰 比 流动 度 （mm） 湿表观 密度 （kg/m3） 每立方米材料用量，kg 水灰 比 28d 抗压强 度（MPa） 水泥砂子水 11：0.500.5024819709854934920.50036.9 21：0.750.7525020008796594620.52532.7