[摘要] 参照常规混凝土试验方法进行室内试拌、现场成型进行配合比设计，同时采用掺入泵送剂的技术可以较好地获得施工质量和节约成本。
[关键词] 配合比设计 干喷混凝土 泵送剂
[关键词] 配合比设计 干喷混凝土 泵送剂
1、工程概况
百花滩3#隧道位于广西自治区贺州市昭平县境内百花滩水电站附近，是桂林至梧州高速公路全线最长的隧道，也是重点控制工程。分离式隧道左右线分别为2467.5m、2393.5m，隧道通过地段断层、褶皱、节理发育，整个隧道按新奥法原理设计，采用柔性初期支护体系，即以锚杆、喷射砼、格栅钢架、工字钢架、超前导管高压预注浆、超前预支护等为初期支护。
2、喷射砼工艺的选择
喷射砼是使用喷射机，按一定的混合顺序，将掺有速凝剂的砼拌合料与高压水混合，喷射至岩壁表面上，并迅速凝结成一层支护结构，从而对围岩起到支护作用。
2.1干喷法
用搅拌机将骨料和水泥预拌好，在现场掺入速凝剂投入喷射机内，用压缩空气使干混合料在软管内呈悬浮状态，压送至喷枪，在喷头处与高压水混合，以较高速度喷射至岩面上。干喷产生的水泥与砂粉尘较大，回弹量也较大，水灰比的控制直接决定于操作手的熟练程度，但使用机械原理较简单，故障处理、清洗比较容易。
2.2湿喷法
将骨料、水泥和水按施工配合比拌合均匀，用罐车直接将砼投入湿喷机喂料口内，直接将其压送到喷头处，在喷头处添加速凝剂后喷射至岩壁上。
显而易见，采用湿喷法的喷射砼的质量较容易控制，产生的粉尘和回弹量较少，是当前发展、推广应用的喷射工艺，但对机械要求较高，维护、清洗较为困难，施工成本投入较大。
2.3本工程因地制宜，选择适合的工艺方法
该隧道通过地段断层、褶皱、节理发育，围岩破碎，现场采用上下台阶分部开挖，挖后迅速进行初期支护，初期支护紧跟掌子面，由于进尺短，每次喷射砼量不是很大且地处南方多雨加之断层的存在施工时多渗水，综合考虑施工仍采用较为传统的干喷法。
3、此次试验喷射砼研究的目标和措施
3.1试验喷射砼研究的目标
综上所述，如何使用存在很多不足之处的干喷法，而要尽量避免粉尘大、回弹量、人为因素较大、质量不稳定等诸多问题必然成为此次喷射砼试验的目标。
3.2预防措施
3.2.1可以通过配合比设计优化的方法即提高砂率、采取一种新型的配合比设计方法来减少砼的回弹量和质量不稳定的弊病。
3.2.2 在满足质量的前提下减少水泥的用量有效解决因水泥用量过大引起的干缩，减少用水量，提高喷射砼的抗渗能力等。
3.2.3对操作工人进行岗前培训，让他们了解现场施工中应该注意的有关注意事项，将人为操作的因素而导致的质量不稳定减小到最小程度。
4、配合比设计试验
4.1配合比设计方法
喷射砼由于掺入了速凝剂后瞬间凝固，试验工作无法与常规砼一样在室内进行配合比的设计，我们解决的办法是首先在室内速凝剂添加前进行砼的配合比设计，并按常规方法调整砼的坍落度后，然后在现场喷大板成型试件进行强度检验。一般湿喷机适宜喷射砼的坍落度为60~180mm，在本次试验中考虑到人为操作而导致水灰比变化的影响，室内试拌时坍落度设计为130~150mm。
4.2配合比选用的原材料
水泥——广西鱼峰水泥股份有限公司产“鱼峰”牌P.O42.5水泥，细度2.3%，初凝时间2h40min终凝时间3h48min，28d抗折强度8.5Mpa，28d抗压强度49.8Mpa。
砂子——广西昭平县马江砂场，细度模数为2.9，属中砂偏粗，表观密度2.646g/cm3，含泥量1.2%。
石子——广西钟山县鲤鱼山石场产5~10mm石灰岩碎石，表观密度2.655g/cm3，含泥量0.9%，针片状0.8%，压碎值9.6%。
速凝剂——湖南冷水江市锑都水泥外加剂厂产“金星—Ⅰ”速凝剂，推荐掺量为3~6%，实际掺量为4%。
泵送剂——山西黄腾化工有限公司产“HZ—4”泵送剂，建议掺量为0.6~1.0%，实际掺量为0.6%。
4.3一般的喷射砼是粗骨料、水泥、水和速凝剂组成的。我们首先设计配合比，有关数据如下：
表1 不掺泵送剂喷射砼力学性能成果表
|
项目
序号 |
水灰比 |
砂率（%） |
砼材料用量（Kg/m3） |
7d抗压强度（MPa） |
28d抗压强度（MPa） | |||
|
水泥P.O42.5 |
砂 |
5~10mm碎石 |
速凝剂 | |||||
|
1 |
0.46 |
50 |
450 |
809 |
809 |
18.00 |
21.3 |
28.8 |
|
2 |
0.44 |
50 |
470 |
802 |
802 |
18.80 |
25.6 |
33.7 |
|
3 |
0.42 |
50 |
493 |
792 |
792 |
19.72 |
32.6 |
39.1 |
从表1来看，第2组 配合比符合C25的要求，但是水泥用量太高，容易引起砼的干缩，同时用水量也较大，过多的拌和用水才能保持较好的工作性，但水泥的水化作用所需用水远远低于实际用水量，空隙主要来自于拌和用水过多而产生的凝胶孔与毛细孔，所以抗渗能力不好，且成本比较高。
为了解决以上存在的诸多问题，我们紧接着在以上配合比的基础上加入了泵送剂又做了一组配合比试验，有关数据如下：
表2 掺泵送剂喷射砼力学性能成果表
|
项目
序号 |
水灰比 |
砂率（%） |
砼材料用量（Kg/m3） |
7d抗压强度（MPa） |
28d抗压强度（MPa） | ||||
|
水泥P.O42.5 |
砂 |
5~10mm碎石 |
速凝剂 |
泵送剂 | |||||
|
1 |
0.46 |
50 |
407 |
836 |
836 |
16.28 |
2.44 |
23.0 |
28.2 |
|
2 |
0.44 |
50 |
425 |
834 |
834 |
17.00 |
2.55 |
25.3 |
34.1 |
|
3 |
0.42 |
50 |
445 |
829 |
829 |
17.80 |
2.67 |
32.8 |
38.9 |
从表1、表2对比来观察，水灰比0.44的二个不同配合比均能满足设计为C25喷射砼（试配强度为33.2Mpa）的试配要求，相比之下第2个配合比水泥、水用量明显减少，由此引起的砼干缩、抗渗性能迎刃而解，更主要是成本明显降低。据了解泵送剂到工地价为4600元/吨，P.O42.5水泥到工地价为430元/吨，如用第二个配合比每方砼可以节约7.62元，效益是很可观的。
5、降低粉尘、回弹量的有效措施：
5.1喷射长度不宜超过6m，并严格按先墙后拱，先下后上的顺序，以减少砼因重力作用而引起滑脱现象的发生。
5.2掌握好喷嘴与受喷岩面的距离和角度，距离最好为0.8~1.2m，喷嘴与岩面垂直，并稍微偏向刚喷的部位，凹陷处应先喷和多喷，凸出处应后喷和少喷。
5.3喷射时用螺旋形或S形往返移动前进，调节好风压和水压，水压应稍高于风压。
正是由于注意了以上事项，现场喷层表面平整光滑，很少有干斑和滑移流淌现象，粉尘和回弹量明显降低。
6、结论
由于我们采用了室内试拌确定工作性，现场成型确保强度、施工注意事项及掺加泵送剂的技术优化配合比等有效措施，取得了节约成本，改善了施工条件的方面的目的。
这次试验是一次新的尝试，如何利用传统的干喷法进行进行喷射砼的配合比设计并使得试验结果最大可能接近施工结果，有效降低了干喷法普遍存在的粉尘大、回弹大、人为因素较大、质量难以稳定等方面的缺点。
【参考文献】
《普通混凝土拌合物性能试验方法》 GB/T50080—2002
《普通混凝土力学性能试验方法》 GB/T50081—2002
《锚杆喷射混凝土支护技术规范》 GB50086—2001
《喷射混凝土用速凝剂》 JC477—92
《公路隧道施工》 人民交通出版社
《公路工程试验工程师手册》 人民交通出版社
