机制砂应用于隧道喷射混凝土的研究

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1、机制砂应用于隧道喷射混凝土的研究通过对机制砂原材料的特点分析，结合工程实际进行多次机制砂配合比的调整及试喷，研究了砼配合比中机制砂及其它材料参数变动对喷射砼的影响，最终获得符合施工要求的机制砂喷射砼施工配合比。并针对机制砂喷射砼的具体施工特性，采取了相应的技术施工措施，确保喷射砼的质量、降低了施工成本。关键词：机制砂，喷射砼，配合比，质量，影响，控制措施0.前言　　机制砂又叫人工砂，是岩石经除土开采、机械破碎、筛分而成的，公称粒径小于5mm的岩石颗粒。　　目前全国基础建筑每年用砂需求迅猛增长，天然砂作为一种不能再生的资源，在不少地区已近枯竭，各种禁采政策更是使得天然砂供应量日趋紧张，砂的

2、价格也是越来越高，甚至在高峰时还无砂可用。且天然砂的生产具有很强区域性质，各地分布不均匀，过远运距大幅增加工程成本，严重影响了工程建设的进展和可持续发展。　　由于天然砂资源短缺，价格上涨，在经济利益的驱使下，我国很多地区出现滥采乱开的现象，对自然生态环境造成了极大破坏。因此寻求天然砂的替代品成为当务之急，显然机制砂是主要考虑方向。　　1.工程简介　　新建德保至靖西铁路全线14座隧道全长11133m，进行隧道支护喷射砼用砂量达7万m3，但当地天然砂缺乏，需由外地远运。考虑到本工程隧道挖掘量巨大，围岩均为石灰岩，可使用隧道挖掘的弃碴制作机制砂代替喷射砼的天然砂，不仅起到降低成本，减少隧道弃方

3、占用土地的面积，且间接地减少了使用天然砂而对产砂地的环境破坏，具有较高的经济效益和社会效益。　　在以往施工中，机制砂主要评用作附属结构物砌筑砂浆中。对于把机制砂替代天然砂应用于隧道支护的喷射砼中没有很多可供借鉴的经验。因此，我们针对本项目中所用机制砂的具体特点，进行了机制砂配制隧道喷射砼的试验研究，分析了各种材料参数的变动对喷射砼技术性能的影响，以获得最佳施工配合比及相应的质量控制技术措施。　　机制砂颗粒粗糙尖锐、多棱角、细度模数较大，且含有石粉，这些特点对机制砂应用于喷射砼性能有什么影响，怎样的配合比是最宜适的成为施工中需要解决的关键问题。　　2.机制砂的性能　　2.1机制砂物理性能　

4、　本线路共设有三个大型的机制砂生产石场，为了便于质量控制，确保级配的稳定和统一，三家石场均用同样的加工设备和加工工艺，并调试为最佳生产状况。在正常生产情况下机制砂的筛分试验结果见表1。表1机制砂筛分表　　机制砂颗粒试验结果表明机制砂细度模数为3.03～3.26，均属于Ⅰ区粗砂，石粉含量较多。但小于规范或指南规定的，配制强度等级等于或小于C30砼时石粉最大允许含量15%。　　2.2机制砂与天然砂的差异　　人工干预天然砂生产质量的难度及成本较大，大部分天然砂都就采就用，故天然砂级配不稳定。但机制砂采用了专门的制砂设备，制砂的石料资源质量也是很稳定，且生产加工的设备和工艺是可以调整和改进的，从

5、能够确保机制砂级配稳定，在这一方面人工砂于天然砂有着本质的区别。　　虽然机制砂级配较为稳定，但因采用的生产设备及工艺的限制，其颗粒级配比较差，粒径分布不均匀，从筛分结果看来，大于2.5mm和小于0.08mm的颗粒要明显比天然砂多，0.15～0.30mm粒径偏少，且石粉含量较大，一般在5～20%。机制砂的细度模数也偏粗，普遍位于Ⅰ区粗砂范围内，使得砼的和易性差。　　与天然河砂相比机制砂的棱角性好，没有河砂圆润，空隙率也较大，含有石粉。由于机制砂的棱角性和石粉的存在，同体积的机制砂有比河砂大的表面积。与水泥浆的粘结力较强，流动度较小。同级配比中，使用机制砂比使用河砂需水量稍多，和易性不如河砂

6、拌制的砼，也较容易泌水。　　3.机制砂喷射砼试配、试喷　　为了确保隧道机制砂喷射砼的质量，根据喷射砼的设计要求和所使用机制砂的特性，并结合砼中其它材料的性能特点进行配合比的试配和试喷，试验配合比见表2。　　水泥为右江牌425级普通硅酸盐水泥，其各项技术指标满足设计及规范要求；采用与机制砂同母材的合格碎石；速凝剂采用XF速凝剂，性能符合《喷射砼用速凝剂》JC477-2005要求，初凝≤5min，终凝≤10min。表2机制砂喷射砼试喷配合比　　按以上配合比进行了试喷，发现喷射砼表面干湿不一，出现少量干斑，喷射物附着性较差，回弹率较大，达到26%，结果说明用水量过少，砼松散，砼粘聚性较差，配合

7、比中各参数不合理。同时还发现容易堵管的问题。　　4.配合比的调整　　针对试喷出现的问题，进一步分析机制砂的特性，并改变配合比各参数观察对砼回弹率、强度等的影响规律，以便最终能根据试验结果进行综合分析，对配合比再调整、试验，以获取最佳的机制砂喷射砼配合比。　　（1）砂率对喷射砼的影响　　机制砂细度模数超过3.0，为Ⅰ区粗砂，因此采用与天然河砂相似的砂率时，不能起到天然河砂的砂浆润滑作用和砂对粗集料间隙的填充作用，从而使用砼回弹率大，需