中铁十局集团试验检测中心 山东省济南市 250101
摘要：广珠西线三期高速公路第五合同段，本合同段隧道共三座。其中斜飞凤隧道381m、南龙隧道523m、八亩隧道554m，为双线六车道。地质情况复杂，围岩变化大，初期支护质量尤为重要。隧道设计采用锚喷混凝土支护。喷射混凝土强度C25。采用湿喷工艺。在施工过程中，影响喷射混凝土质量的因素很多，而配合比设计对质量的影响更为突出，直接关系到喷射混凝土强度、施工性以及经济性。因此，为了确保喷射混凝土的施工质量，在配合比设计阶段，必须对原材料特性及主要参数进行分析，了解和掌握其对施工质量的影响，从而采取相应控制措施，使配合比设计更合理，喷射混凝土质量更能满足设计要求。
关键词：喷射混凝土；配合比设计；质量控制
1喷射混凝土配合比设计对原材料的要求
喷射混凝土原材料主要包括水泥、砂、石子、速凝剂等，提供满足质量要求的原材料是进行配合比设计的基础，也是保证喷射混凝土质量的前提。
1.1水泥
喷射混凝土宜选择硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，本项目使用水泥为海螺牌普通硅酸盐水泥（P.O42.5R）。
1.2骨料
（1）砂：应采用坚硬的中砂或粗砂，细度模数宜大于2.5，含泥量不得大于3%。本配合比使用的西江中砂，细度模数宜控制为2.60~2.90。
（2）石子：应采用坚硬的卵石或碎石，粒径不宜大于16mm。碎石混凝土比卵石混凝土强度高，回弹也较少；当使用碱性速凝剂时，不得使用含有活性二氧化硅的石材。本配合比采用自产碎石，5～10mm连续级配。针片状不宜大于8%、含泥量不大于1%。
1.3速凝剂
速凝剂种类较多，质量波动较大，配制前应与所用水泥进行相容性试验和水泥净浆凝结效果试验，确定合理掺量，速凝剂各项指标必须满足JC477-2005的相关要求，本配合比使用锑都牌AC-1速凝剂（液）。
（1）相容性好，不得出现闪凝；初凝不大于5min，终凝不大于10min。
（2）通过试验确定速凝剂的最佳掺量，使用时准确计量。本项目速凝剂掺量为水泥用量的4%。经外检各项指标均符合要求
1.4水
应使用无杂质的洁净水，不得使用污水及HP值小于4的酸性水。
2喷射混凝土配合比设计的基本要求
喷射混凝土配合比的确定具有自身工艺特点，要根据多种因素来综合选定。在保证原材料合格的前提下，配合比设计既要照顾对强度等主要指标的要求，又要照顾到施工工艺的要求。一般应满足如下几方面：
2.1 喷射混凝土配合比应满足设计强度等级要求；按JGJ055-2011计算试配强度。
2.2 回弹量少；边墙不大于15%拱部不大于25%。对于拱顶可适当加大砂率及速凝剂掺量。
2.3 粉尘少；宜用湿喷，或潮喷。
2.4 粘附性好，能获得密实的喷射混凝土；
2.5 能满足施工要求，输料顺畅，不发生堵管等。
3喷射混凝土配合比设计及对施工质量的影响
喷射混凝土作为混凝土的一种，其配合比设计参数主要有水泥用量、表观密度、灰骨比、砂率、水灰比以及坍落度，应考虑速凝剂对混凝土28d抗压强度的影响。
3.1 因喷射混凝土成型方式其表观密度约在2200~2300kg/m3。本配合比选2300 kg/m3。对于C25喷射混凝土，水泥用量掺用减水剂不宜小于400kg/m3，未掺用不宜低于460 kg/m3。但双掺工艺对搅拌设施要求较高，本工程因现场拌制，未采用。
3.2灰骨比即水泥与骨料之比，应根据施工工艺的不同采用不同地骨灰比。采取潮法喷射施工时，水泥与砂、石之重量比宜为1：4～1：4.5；采取湿法喷射施工时，水泥与砂、石之重量比宜为1：3.5～1：4.0。本配合比灰骨比为1：3.5。
3.3砂率宜控制在0.50～0.60。砂率的大小既影响喷射混凝土的施工性能，也影响其力学性能。砂率过大，因粗集料不足，喷射时石子对混凝土冲击捣实力不大，使喷射混凝土的强度降低；同时使集料比表面积增大，要达到相应坍落度和流动性，水泥用量也要加大，既不经济也会使混凝土产生收缩增大。砂率过小，则回弹率增大，易造成管路堵塞，施工工艺不易掌握，喷层厚度相应变薄，喷射混凝土强度离散性很大。当采用粗砂时，砂率可以采用偏大些。本配合比砂率为0.52。
3.4水灰比湿法喷射施工水灰比宜控制在0.42～0.50。水灰比的大小影响喷射混凝土回弹率和强度。水灰比过大，回弹率虽然可以减小，但强度降低；水灰比过小，强度虽高，但回弹率也增高。采取潮法喷射施工时，应采用预加水、喷头双水环加水工艺，力求加水均匀。但此工艺加水量全凭操作人员的经验根据对喷射混凝土表面状况判断，通过调节水阀进行控制。当喷射混凝土表面出现流淌、滑移、拉裂时，表明水灰比过大，需减少加水量；若表面出现干斑、作业中粉尘大、回弹量大时，则表明水灰比太小，需及时加大水量；当表面平整、呈水亮光泽状、粉尘和回弹较少时，表明水灰比适宜。而采取湿法喷射施工时，水灰比则可以准确控制。本配合比为湿法喷射施工，水灰比为0.45。
3.5坍落度是评价混凝土流动性、粘聚性和保水性的重要指标。当采取湿法喷射施工时，应进行坍落度检测，坍落度宜控制在80～120mm。坍落度在该范围内喷射混凝土输料连续均匀，回弹率较低。本配合比坍落度设计为100±20mm。现场应注意施工连续性，避免混凝土停置造成的坍落度损失。
3.6速凝剂应严格控制掺量，过少回弹量变大，过大强度偏低。湿法喷射施工应对速凝剂计量器具进行校准。
4配合比的选定
喷射混凝土配合比一般采用经验及施工规范来选定，综合上述因素，通过现场试喷、调整、验证、确定配合比。
4.1 试配强度fcuo≥fcuk+1.645σ＝25+1.645*5=33.2MPa
4.2水灰比W/C 取0.45
4.3用水量（mow）根据设计坍落度及最大粒径取 210kg
4.4 水泥用量mc=210/0.45=467kg 速凝剂m速=467*4%=18.68 kg
4.5砂率β 取52%
mso=（2300-210-467）*52%=844kg mg=2300-210-467-844=779kg
灰骨比（844+779）/467=3. 5
4.6理论配合比确定 mc：mso：mg：mow：m速=467：844：779：210：18.68
=1：1.81：1.67：0.45：0.04
4.7现场按本配合比拌制2m3混凝土，实测坍落度95mm，经现场试喷效果较好。喷面均匀不流淌，回弹率低，混凝土输送连续均匀。喷射成型大板试件一块，标准养护至7d切割成100*100*100mm试件二组，实测抗压强度7d 28.9MPa、28d 35.5MPa。28d抗压强度满足配置要求。
5喷射混凝土的施工控制措施
为保证喷射混凝土施工质量，通过对混凝土原材料性能要求及配合比设计主要参数对质量的影响分析，采取如下措施实施控制：
5.1 从施工工艺上宜采取湿法喷射施工，可以准确控制水灰比，确保配合比的稳定和匀质性，水化均匀。但对设备（喷射机、空压机）、人员（喷射角度、距离、间隔时间）要求较高。
5.2按配合比对原材料准确计量，称量允许误差应满足标准要求。
5.3 潮法喷射施工时，为了对水灰比实施有效控制，应先进行试喷，掌握设计水灰比的操作控制范围，以利于指导施工。水、速凝剂凭经验控制，无法计量准确，随意性大。混凝土强度波动较大。
5.4 做好各种原材料的进场检测工作，特别是砂的细度模数，碎石的石粉含量，速凝剂的质量波动，水泥应避免受潮保存期不应大于1个月。
5.5 喷射混凝土混合料宜采用强制式搅拌机拌制，拌制时间不得少于60S。当采取湿喷工艺 施工时，应先对干料进行拌和，均匀后再加水搅拌。拌合物停留时间不得大于30min，确保坍落度满足要求。
5.6 及时洒水养护，一般终凝2小时后开始不少于14d。应专人负责，确保混凝土面湿润。
6小结
通过合理的配合比设计及有效的施工控制措施，本项目喷射混凝土质量优良。抗压强度波动幅度较小，期间进行实体取芯，芯样完整、密实、蜂窝夹层较少、碎石分布均匀、与围岩粘结较好，其芯样抗压强度均满足设计要求。
2011年喷射混凝土抗压强度一览
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在进行配合比设计时，应考虑各因素对强度及工作性的影响。其中水灰比对抗压强度的影响较明显，速凝剂对强度的影响一般在20%左右，现场应严格控制掺量。
确保原材料规格、性能，现场操作人员的稳定，采取有效的控制措施，将影响降到最低，从而确保施工质量，使喷射混凝土结构满足设计要求。
参考文献：
[1]公路试验检测工程师手册（2010）人民交通出版社
[2]锚杆喷射混凝土支护技术规范 GB50086-2001