维普资讯 http://www.cqvip.com 第２４卷第３期 ２００２年９月 湘潭师范学院学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉａｎｇｔａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖｏ１．２４ Ｎｏ．３ ｓｏｐ．２ＯＯ２ 高性能喷射混凝土设计、 刘琦生， 蒋小端 （湘潭大学职业技术学院，湖南湘潭４１ｌ１０５） 摘要：对高性能混凝土原材料的配合比参数进行了设计，确定了配制强度和材料的最佳用量，在施工上 采用了“水泥裹砂”与“水泥裹石”新工艺。 关键词：高性能；混凝土；设计 中图分类号：ＴＵ５２８．３１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—０２３１（２００２）０３—００９０—０３ 高性能喷射混凝土是指高强度、耐久性、低回弹度和低粉尘等诸多因素兼有的优质喷射混 凝土。为了获得这种喷射凝土，必须优选原料、优化参数。 １ 混凝土标号与原材料的选择 Ｉ．Ｉ混凝土标号 设计为３００号，即Ｃ３０。 １．２原材料选择 （１）水泥：选用普通硅酸盐水泥，标号为４２５号，其比密度为３．１０ ｇ／ｃｍ３。 （２）高活性细掺料：采用ｋ型高强掺合料，其比密度３．１０ ｇ／ｃｍ３；它可以提高喷射混凝土的 粘聚性、密实度和强度。 （３）砂子：选用细度模数为２．５—３．０的中砂，含泥量小于１％，清除杂质，其表观密度２．６５ 异／ｃｍ３，堆密度为１５００ ｋｇ／ｍ３，含水率２％。 （４）石子：选用质地坚硬的碎石，最大粒径不大于１０ １／１１／１，连续级配，清除杂质，石粉含量不 大于１％，其表观密度２．７０ ｇ／ｃｍ３，堆密度１５００ ｋｇ／ｍ３，含水率２％。 （５）速凝剂：选用Ｄ型复合速凝剂，它由速凝剂和有机高分子类树脂经过处理加工配制而 成，产品为粉剂，溶入水后，能增加混凝土材料之间的粘聚度，使它对岩壁的附着力增加。因 此，回弹损失减少，工作面的粉尘浓度降低。而且，后期强度降低不大，有助于降低回弹和粉 尘。掺量可按水泥重量的５％确定。 ２ 混凝土材料配合比参数计算 确定混凝土配合比，实质上就是确定水泥（含活性细掺料）、水、砂子和石子四种材料用量 之间的三个比例关系。水与水泥之间的比例关系，用水灰比来表示，因为活性细掺料参与水 化，所以，水灰比应改为水胶比。砂子与石子之间的比例关系，用砂率来表示。水泥浆与骨料 收稿日期：２０ｏ２—０６一ｌ５ 作者简介：刘琦生（１９．５０一），男，湖南湘潭人，高级讲师，研究方向：采矿与井巷教学和科研工作 ９０ 维普资讯 http://www.cqvip.com 之间的比例关系，常以单位用水量表示。根据上述材料，计算混凝土有关参数如下。 ２．１配制强度（ ）： Ｒｎ：Ｒｃ＋ｄ０ 式中 ——喷射混凝土配制强度（Ｍｒ＇ａ）； 喷射混凝土设计强度（Ｍｐａ）； ————施工单位的混凝土标准差的历史统计水平（Ｍｐａ）。根据一般统计资料，当 混凝土标号为２５０—４００即Ｃ２５一Ｃ４０时，ｄ０应取５。 所以，配制强度为：Ｒ ＝Ｒｃ＋ａｏ＝３０＋５＝３５ Ｍｐａ。 ２．２水灰比 混凝土强度公式为：Ｒ， ＝Ａ Ｒｂ［Ｃ／ｗ—Ｂ］ 式中Ａ、Ｂ——经验系数，当用碎石时，可取：Ａ＝０．４６，Ｂ＝０．５２； Ｒ ｂ——水泥标号值（Ｍｐａ）； Ｋ ｃ——水泥强度富裕系数，根据ＪＧＪ５５ ８１，建议取ｋｃ＝１．１３； Ｃ／ｗ——灰水比。 将各数据代人上式：３５＝０．４６×１．１３×４２．５［Ｃ／Ｗ ０．２５］解出灰水比：Ｃ／Ｗ＝２．１， 则水灰 比：Ｗ／Ｃ＝０．４７ ２．３单位用水量（ ） 影响喷射混凝土用水量的因素很多，如粗料的最大粒径、砂石品质及级配、水泥需水性等， 很难用公式精确计算出来。作业时，可由喷射手随机掌握，以无干斑、不流淌、表面平整且无异 常回弹和粉尘为宜。根据实验室试验，当石子最大粒径为１０ １ＴＩＩＹＩ时，单位用水量可取ｗ＝ｌ８８ ｋｇ／ｍ３。 ２．４单位水泥用量（Ｃ） 已知水灰比为０．４７，则水泥用量：Ｃ＝Ｗ／０．４７＝４Ｏ０ ｋｇ／ｍ３ 高活性细掺料可以部分取代水泥，实验表明，当取代量为２０％一３０％时，混凝土强度反而 可提高１０％。这里暂考虑取代水泥１０％，即在单位混凝土用量中，水泥为３６０ ｋ １１＂１３，Ｋ型高强 掺合料为４０ ｋｇ／ｍ３。 ２．５砂率（ ） 砂率是指砂与石子之间的组合关系。砂率的变动，会使骨料的总表面积发生明显的变化， 对混凝土的孔隙率、强度、粘聚性和保水性有显著影响。一般来说，石子级配好，砂子的细度 小、细颗粒较多，水灰比较小时，砂率可较小，反之则大。在确定砂率时，主要以砂能填满石子 问的空隙并略有剩余，使混凝土具有良好的粘聚性，能提高界面强度为原则。 设Ｓ及Ｇ分别代表砂及石子用量，Ｖｏｓ及Ｖｏｃ分别代表砂及石子松散体积，Ｐｏｓ及ｐｏｅ分别 代表砂及石子的松堆密度，Ｐ代表石子空隙率，ａ代表砂子剩余系数。 则砂率： ＝ ＣＣ￣－． ｐ ｏｓ Ｖｏ ｓ ａ 如要使砂子体积（Ｖｏｓ）填满石子空隙体积（ＶｏＧ・Ｐ），则Ｖｏｓ：ＶｏＧ・Ｐ 代人上式得砂率公式： ｐｏｓ ＶｏＳ Ｐ — ａ＝ 』００ｓＰ 。 根据已知条件，式中Ｐ＝１—１．５０／２．７０＝４４．４％ 取砂子剩余系数ａ＝１．３， 则砂率Ｓ。 ＝（１．５ Ｘ ０．４４４）ｘ １．３／（１．５ Ｘ ０．４４４＋１．５）＝０．４ ２．６计算砂（Ｓ）及石子（Ｇ）用量 ９Ｉ 维普资讯 http://www.cqvip.com 根据混凝土标号，可设定混凝土容重为２４００ ｋｇ／ｍ３ 贝０ ＋Ｃ＋Ｓ＋Ｇ＝２４００ 已知 Ｓ／（Ｓ＋Ｇ）＝０．４ 将 ＝ｌ８８ ｋ舀／ｍ３及Ｃ＝４００ ｋ＃ｍ３代入上式，可解出 Ｓ＝７２５ ｋｇ／ｍ３，Ｇ＝１０８５ ｋ ｒＴｌｊ 考虑到含水率，则现场砂、石用量可为 砂子：Ｓ’＝Ｓ（１＋２％）．＝７４０ ｋ 石子：Ｇ’＝Ｇ（１＋２％）＝ｌ １０６ ｋ ３ 采用水泥裹砂与水泥裹石新工艺 为提高喷射？昆凝土强度，改善混凝土质量，降低水泥用量，可采用“水泥裹砂”和“水泥裹 石”新工艺，其工艺过程如下： （１）水泥、砂子分别处理，去除杂质； （２）砂子、石子按比例混合后，用水浸湿表面，搅拌２ ｍｉｎ； （３）先加水泥搅拌ｌ一２ ｍｉｎ，再加水搅拌均匀。由于砂子、石子表面湿润，先粘附了一层水 泥，使砂子、石子变成了稠浆料壳体，此即为“水泥裹砂”和“水泥裹石”法。这种水泥包裹的砂 子、石子壳体，构成了混凝土的骨架，当进一步加水形成稀浆时，水的移动受到约束，可显著减 少渗水。同时，稠浆料壳体增大了与岩壁的附着力，阻止了骨料回弹，离析现象大为减少，粉尘 也随之减少。 ４ 结论 （１）喷射混凝土设计强度为Ｃ３０，则配制强度应为Ｃ３５。 （２）胶凝材料与骨料的最佳比例为ｌ：４．５３，粗、细骨料的最佳比例为３：２。 （３）采用“水泥裹砂”与“水泥裹石”新工艺，是提高喷射混凝土质量的有效办法。 （４）喷射混凝土终凝后应实施养护，养护时间不少于１４ ｄ。 参考文献： ［１］高琼英．建筑材料［Ｍ］．武汉工业大学出版．１９９２． ［２］高占武．喷射混凝土施工工艺［Ｍ］．铁路建筑技术．１９９４ ［３］中国矿业学院．井巷工程：巷道支护［Ｍ］．１９８０． Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｊｅｔｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｌ［Ｕ ｑｉ—ｓｈｅｎｇ，ＪＩＡＮＧ Ｘｉａｏ—ｄｕａｎ （Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆Ｔｅｃｈｎｉｃ＇ｄ，ｈｔｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉａｎｇｔａｎ ４１ １ １０５，Ｃｈｉｒｍ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｔｈｉｓ ｔｅｘｔ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ ｍａｔｃｈ ｒａｔｉｏ ｔｏ ｔｈｅ ｈｉ ｇｈ ｐｅｒｆｏｒ— ｍａｎｃｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ａｎｄ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｃｏｎｆｅｃｔ ｉｎｔｅｎｓｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｄｏｓａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ＳＵｒｅ，ａｎｄ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｈｅ ｎｅｗ ｃｒａｆｔ ｏｆ ｔｈｅ“ｃｅｍｅｎｔ ｓｗａｔｈｅ ｓｔｏｎｅ’’ａｎｄ“ｃｅｍｅｎｔ ｓｗａｔｈｅ ｓａｎｄ’’ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｄｅｓｉｇｎ ９２
