高性能喷射混凝土技术研究

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1、高性能喷射混凝土技术研究樊文熙　耿运贵　王福龙　　摘　要　高性能喷射混凝土是具有高工作性、高耐久性等诸多优越性能的喷射混凝土。为配制这种混凝土，提出了如降低用水量等6项具体措施，提高了混凝土强度等；回弹率降到10%以下；粉尘率降到20mg/m3以下，并有显著的经济效益。　　关键词　高工作性　高耐久性　喷射混凝土　研究1　高性能喷射混凝土研究目标　　高性能喷射混凝土是指具有高工作性(低回弹率和低粉尘)、高耐久性(高强度、高抗渗、高抗碳化、高耐腐蚀)诸多优越性能的优质喷射混凝土。高性能喷射混凝土的设计思想是，不以强度为唯一的指标，而以耐久性为主要指标。

2、这是它与传统喷射混凝土设计的主要区别。　　经过调查，在我国过去的喷射混凝土支护中，达到设计要求而后期破环的屡见不鲜。碱—骨料反应导致的强度降低、表面开裂、剥落、甚至坍塌，锚杆锈蚀外露、渗水漏水等问题，足以说明在喷射混凝土设计中，应将耐久性指标放在第一位。喷射混凝土强度一般为C15和C20，为了达到设计强度，巷道挖掘断面大，喷射混凝土数量大；同时，干法施工的喷射混凝土回弹率高，粉尘大，材料浪费严重，施工效率低，施工质量差，距离高性能喷射混凝土的要求甚远。如把喷射混凝土施工工艺分为3个阶段，即喷射阶段、硬化早期和硬化后期，则高性能喷射混凝土在各阶段的性

3、能特点要求如下：　　(1)喷射阶段。具有高粘聚性、附着性，回弹率低、粉尘小；　　(2)硬化早期。早凝、早强，化学缩减小，干缩小；　　(3)硬化后期。强度适应，高抗渗、高抗碳化、高耐腐蚀。　　按质量控制系统的要求，通过采取各种措施，使其达到各个阶段的性能指标，最终用耐久性指标：渗透系数、碳化系数、腐蚀系数、干缩系数、长期强度来衡量。当然，在施工时还要测定回弹率和粉尘率。2　达到高性能的具体技术措施　　为了达到高工作性和高耐久性的目标，我们采取以下技术措施。2.1　降低用水量，降低孔隙率　　密实的混凝土明显具有较高的强度。研究表明，硅酸盐水泥在水化过程

4、中所需的水灰比仅为0.22。因此，用水量大导致后期水分蒸发后孔隙率加大，将会降低混凝土强度。混凝土基体的孔隙率每减少1%，其强度几乎可以增长10%；基体的孔隙主要来自拌和水过多而产生的凝胶孔与毛细孔。由于在高性能喷射混凝土中要使用许多活性掺和料和多种外加剂，用水量要增加，仅用水泥水化的水灰比是不够的，要根据水泥用量和掺和料的品种、数量确定合适的用水量。在实验中，水灰比为0.45左右。2.2　选择适宜的骨料　　(1)骨料的强度。采用高强度岩石碎粒做骨料，无疑是高性能喷射混凝土的首要选择。但是，混凝土的强度除了取决于骨料本身的强度外，还取决于水泥浆与骨

5、料的粘结强度。骨料表面粗糙，界面粘结强度高，因而碎石比卵石要好。　　(2)骨料的粒径。试验表明，混凝土的强度随着骨料粒径的减小而提高。骨料最大粒径减小，不仅增加了骨料与水泥浆的粘结面积，而且容易拌和均匀，骨料周围有害气体减少，水膜减薄，从而提高了混凝土强度。因此，使用小粒径的骨料较好。根据研究，大粒径骨料产生的回弹率也高。我们选用粒径5～10mm的碎石做粗骨料。　　(3)骨料与水泥浆的相容性。要想获得较好的界面结构，骨料与水泥浆在化学性质和结构上应是相容的。只有这样，水泥水化形成的产物才能与骨料表面物质互相接触连生而形成一个整体。试验表明，硅酸盐水

6、泥与硅质骨料相容较好。　　(4)粗、细骨料的比例。粗、细骨料的比例通常取决于骨料的级配与形状。根据研究，高性能混凝土中骨料体积的最佳比例为65%，其中细骨料占骨料总量的40%，因此，粗、细骨料的体积比为3∶2。2.3　提高胶结料与骨料界面的强度　　从骨料与胶结料之间的界面结构看，界面过渡层厚约在20μm范围内，Ca(OH)2富集并定向排列，与其它部分的水泥石相比是一种多孔质的结构，强度低。为了改善其界面结构，采取以下措施：　　(1)采用水泥裹砂工艺［1］。即将处理过的砂(有一定含水率，杂质少)与水泥预先拌和，在砂子的吸附作用下，水泥在砂粒表面形成1

7、个外壳。喷敷时，表面水增加，稀砂浆中水的移动受到约束，从而显著减少泌水，稠料浆壳体同时阻止了粗骨料沉降，使离析现象大为减少，也使回弹率降低。通过试验，水泥裹砂法可提高强度10%以上。　　(2)采用水泥裹石工艺［1］。与水泥裹砂法不同的是，水泥裹石法是控制石子表面的含水量，将一定含水量的石子预先与水泥拌和。由于石子的吸附作用，石子被水泥颗粒所包裹，喷敷时，表面水增加，水的移动受到约束，从而显著地减少泌水，阻止了骨料的沉降，回弹率大大降低，界面强度大大提高。通过试验，水泥裹石法可提高强度20%以上。2.4　掺入活性掺和料　　水泥水化是一个逐步发展的过程

8、。根据研究，28d龄期时，水泥中各种矿物成分的水化程度约为11%～84%，水泥的实际利用率仅为60%～70%，相当一部分水