水电站喷射混凝土的配合比的优化设计

摘　要：文章以水电站喷射混凝土的配合比的优化设计研究为对象，经过施工经验和相关试验，对胶骨比、砂率、水灰比、速凝剂进行了相关的研究，最后得出了各物料的最佳使用量，为保证工程质量，发挥工程的经济效益提供了数据支撑。

关键词：水电站 喷射混凝土 配合比 优化设计
　　只有对水电站喷射混凝土配合比进行优化设计，才能提高施工效率，保证工程的质量，彰显喷射混凝土施工施工方便、经济效益高、安全性能好的特点。
1 配合比的设计
　　在工程中，必须选择塑性大、粘结力强的喷射混凝土，这样才能保证工程的质量和使用寿命。所以，不管是采取干喷方式还是湿喷方式，设计拌和料的配合比时必须满足以下条件，首先是向上喷射时要喷射到设计的厚度，同时不能有回弹量；其次是在4-8小时内强度具备对地层变形的控制能力；再次是当速凝剂的用量达到了早期强度和可喷性的要求时，强度必须达到28天以上，耐久性必须良好；最后是在工程施工时喷射管道不发生堵塞。
1.1胶骨比
　　胶骨比是指喷射混凝土中的水泥和骨料的比例。喷射混凝土的水泥原料是硅酸盐水泥和普通的硅酸盐水泥，选择要求是必须选择级别大于42.5级。如果水泥的用量偏少，那么回弹量就会增大，初期强度的增长也不快；如果水泥用量偏多，施工过程中就会有大量的粉尘产生，使施工条件变恶劣，并且混凝土经过硬化后，收缩量也会增大。
　　混凝土收缩值的大小与所使用原材料的性能和配合比有着密切的关系。如果水泥的用量和用水量都增加，那么混凝土就会有很大的收缩变形。这时就要在浆体中掺入骨料，这样可以限制水泥浆体发生体积变化，进而避免了水泥浆体积发生收缩变形。混凝土收缩变化情况与其配合比二者存在以下的关系：
　　在这个关系式中Sp代表水泥石的收缩变形，Sc代表混凝土的收缩变形，Vp代表骨料的体积，Vc代表水泥的体积，K取值在1.5-3.1之间，是一个材料常数，与水灰比、骨料粒径大小及其他因素相关。
1.2砂率
　　所谓砂率是指砂子在所用粗细骨料中占到的百分比，砂率能对喷射混凝土的施工性能即混凝土的力学性能产生一定的影响。对砂率的试验研究结果见表1。
　　有表1我们可以得知，当砂率小于40%时，尽管水泥用量比较小，但是回弹损失大，而且管路还容易堵塞，当砂率在40-50%之间时，同样是管道容易堵塞，当砂率在50-60%之间时，虽然水泥的用量看起来稍微大一些，但是回弹损失较小，管路不易堵塞，混凝土强度也比较大，混凝土收缩较小。当砂率大于60%时，不但增加了水泥的用量，而且混凝土的强度也有所降低，混凝土的收缩也比较大，尽管管路不易堵塞，回弹损失较小，也比不上砂率在60%的综合性能。
　　表1 砂率对喷射混凝土性能的影响

性能	砂率
	<40%	40-50%	50-60%	>60%
回弹损失	大	较大	较小	较小
管路堵塞	易	容易	不易	不易
水泥用量	小	较小	较大	大
混凝土强度	高	较高	较高	低
混凝土收缩	小	较小	较小	较大
备注	干喷试验

1.3水灰比
　　影响喷射混凝土强度大小的另外一个因素是水灰比。通过我们的试验可以知道，在水灰比等于0.2时，水泥难以获得充足的水分使水泥水化，水泥硬化后，有相当一部分的没有水化的水泥质点，存在非常大的回弹的问题；在水灰比等于0.4时，水泥能与合适的水分相互水化，并且水泥经过硬化后有紧密的质地结构；在水灰比等于0.6时，因为水分超过了一定的限制，经硬化后的水泥结构会形成一些毛细孔结构，质量也是不好的。因为使用干法喷射混凝土进行工程施工，一开始不能给出定拌合料的准确水灰比，水量的调节完全依靠喷射操作人员在机械的喷嘴处进行调节。依据现场试验结果，若果喷射混凝土的表面有流淌、拉裂、滑移的情况的发生，则说明水灰比大于设计的比值；若果喷射混凝土的表面有干斑和砂窝，混凝土粘结不牢，工程施工时粉尘量大，混凝土的回弹量也小的情况发生，则说明水灰比小于设计值。工程施工中，当水灰比的比值在0.4-0.5之间时，机械设备喷出的混凝土就会比较好，不但表面平整、颜色呈暗灰色，并且混凝土存在光泽、回弹均较小，施工现场粉尘也不会多。
1.4速凝剂
　　在工程施工过程中，使用速凝剂主要是为了提高喷射混凝土使用早期的强度，这样碰面就能迅速与混凝土紧密的结合在一起，这样结合后的混凝土就不会因重力作用而脱落下来。大大提高了混凝土在潮湿环境下或含水层中的适应能力，从而大大增加了喷层的厚度，也大大缩短了喷射层之间的时间间隔，同时也使回弹的损失大大减小。
　　关于对速凝剂相容性的试验研究及速凝剂的最佳用量试验研究，要参照《水工混凝土外加剂技术规程》（DL/T5100-1999）的相关规定。混凝土中掺入速凝剂水泥净浆的性能要求和水泥砂浆的性能要求见表2。

表2 掺速凝剂水泥净浆及水泥砂浆的性能要求
单位：min、Mpa、%
净浆凝结时间		水泥砂浆		速凝剂
初凝	终凝	ld抗压强度	28d抗压强度比	细度(筛余)	含水率
<3	<9	>7	>74	<14	<2

　　一般在如下的情况下使用速凝剂：工程要求凝结的速度要快，喷施混凝土的厚度要尽快满足设计厚度的要求；工程有早期强度的要求；作业的方式是仰喷；渗漏水要求封闭。
　　速凝剂的使用多少与混凝土的喷射位置、工程的施工地点的温度大小、施工时喷面的状态、混凝土的喷射方法、工程对凝结时间的设计要求有直接关系，还与对喷射混凝土的早期强度大小要求及28d抗压强度大小要求相关。我国生产的大多数速凝剂影响着混凝土的强度大小，而且有相当一部分还会降低混凝土的强度，所以要严格控制速凝剂的使用量。根据相关的工程施工经验，红星一型、711型和尧山型这三个型号的速凝剂的使用量一般占到水泥重量的2.5-4％；而782型这种型号的速凝剂的使用量一般占到水泥重量的6-8％。
2施工效果研究
　　通过喷射混凝土的配合比进行优化设计，不但使喷射混凝土的施工速度得到了加快，而且同时也使喷射混凝土的施工质量大大提高，有效控制了成本，也显著提高了经济效益。
　　但在优化设计时，研究采用干法进行工程施工，操作人员是依靠对进水里量的调节实现对水灰比的控制，所以，工程在进行喷射混凝土的施工时，要满足以下两个要求，一是工程技术人员一定要加强现场检查，进水量与混料的比例合适时，喷射的混凝土表面颜色有水银色光泽，熟料的粘塑性非常好，是一团紧接着一团贴附于喷射面之上，也没有大的回弹量；二是施工时要专门设置一个工程专用的水箱，这样才能稳定的水压和持续的供水量，在这种情况下，分压小于水压。
3小结
　　通过对水电站喷射混凝土配合比的优化设计，彰显了喷射混凝土施工施工方便、经济效益高、安全性能好的特点，同时也大大提高了施工效率，保证了工程的质量，明显增加了水电站工程的经济效益。为相关的水利水电工程建设、国家公路工程建设和铁路工程建设等提供了科学依据。
参考文献：
[1]李召朋.立节水电站枢纽喷射混凝土配合比的选定[J]. 陕西水利，2009(2)．
[2]赵家声，陈文海.小湾水电站喷射混凝土的配合比设计及优化[J]. 云南水力发电，2005,21(3)．
[3]胡建立.钢纤维喷射混凝土试验研究及应用[J].四川水力发电，2004,23(4)．