CN113651568A - 控制喷射混凝土回弹的配方 - Google Patents

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张明富
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Abstract

本发明公开了控制喷射混凝土回弹的配方，喷射混凝土的材料配比如下：砂石率：45％‑55％，水泥掺量：424kg/m3‑464kg/m3，水灰比：0.39‑0.43，外加剂种类：聚丙烯纤维、短切玄武岩纤维、超高性能合成纤维，外加剂掺量：0.08％‑0.12％，包括以下步骤：步骤一：首先采用室内试验的方式对砂石比、水泥掺量、外加剂掺量、水胶比等各项数据进行控制，并记录每个影响因素的占比变化时，引起喷射混凝土回弹率，本发明通过结合现场监控量测数据与数值模拟分析研究隧道支护结构的变形机理与稳定性分析，较大程度上解决隧道超挖严重和喷射混凝土回弹损耗高的技术难题，具有极大的社会经济、生产实践、科研学术价值。

Description

控制喷射混凝土回弹的配方
技术领域
本发明属于喷射混凝土回弹的控制技术领域，具体涉及控制喷射混凝土回弹的配方。
背景技术
近些年来，随着我国国家社会、经济等各方面持续发展，城市人口越来越集中，人口流动加剧、社会经济活动愈加频繁，对我国的交通运输行业提出了更新的、更严格的标准。在面对“人口增长、资源短缺、环境恶化”这新世纪三大挑战，隧道等地下工程建筑物有着无可比拟的优势。如铁路与公路隧道工程、城市地铁与地下建筑工程、矿山工程、水电站地下厂房及输水隧洞工程、人防与国防工程等。多年来，我国钻爆法施工山岭隧道工程因超挖和喷射混凝土回弹造成损耗比动辄高达2.0以上(两车道公路隧道单洞单公里损耗常超五百万以上)的技术难题和困境。
目前现有的混凝土湿喷施工工艺中较少有对喷射混凝土的回弹率进行有效控制的手段，常常会因超欠挖和回弹，导致在施工现场造成混凝土的浪费，从而大大影响了混凝土湿喷施工的工艺水平，且大大增加了施工成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供控制喷射混凝土回弹的配方，以解决上述背景技术中提出的目前现有的混凝土湿喷施工工艺中较少有对喷射混凝土的回弹率进行有效控制的手段，常常会因超欠挖和回弹，导致在施工现场造成混凝土的浪费，从而大大影响了混凝土湿喷施工的工艺水平，且大大增加了施工成本的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：控制喷射混凝土回弹的配方，喷射混凝土的材料配比如下：砂石率：45％-55％；
水泥掺量：424kg/m3-464kg/m3；
水灰比：0.39-0.43；
外加剂种类：聚丙烯纤维、短切玄武岩纤维、超高性能合成纤维；
外加剂掺量：0.08％-0.12％。
控制喷射混凝土回弹的配方，包括以下步骤：
步骤一：首先采用室内试验的方式对砂石比、水泥掺量、外加剂掺量、水胶比等各项数据进行控制，并记录每个影响因素的占比变化时，引起喷射混凝土回弹率；
步骤二：分析实验数据，确定每一个影响因素的合理范围，从而将喷射混凝土的回弹量控制在最佳范围；
步骤三：对试验进行具体的分组；
步骤四：通过试验测得各种组分下混凝土的坍落度和7天龄期时的抗压强度；
步骤五：分析各因素对坍落度和混凝土抗压强度的影响程度，分别对其进行极差分析；
步骤六：准备现场试验所需的材料，其中水泥、河沙、碎石、水、减水剂、速凝剂等均采用现场材料，材料需满足规范要求，短切玄武岩纤维需要进行购买；
步骤七：现场准备试验器具：用于收集回弹混凝土的大块塑料布、测量回弹混凝土的电子秤、测混凝土强度回弹仪、45cm×35cm×12cm或45cm×20cm×12cm的模具、切割机、压力机、湿喷机、工作台架、搅拌站、混凝土罐车；
步骤八：现场拟进行喷射混凝土回弹控制试验，一个进尺段长3m，分别采用不同配比的混凝土试验，记录拱顶、拱腰等不同位置的混凝土的回弹量，每方混凝土添加纤维1.88kg～2.82kg；
步骤九：确定喷射混凝土断面，按照不同配比在拌合站添加纤维；
步骤十：在地面上铺设塑料布，分别喷射上述位置，收集回弹的混凝土；
步骤十一：称量收集的回弹量，并测试不同位置的混凝土强度；
步骤十二：按照以上步骤测试不添加纤维断面的数据，且在施工的同时，为研究添加纤维在混凝土中的作用，需要进行以下试验：①在施工的同时，将混凝土喷射在45cm×35cm×12cm或45cm×20cm×12cm的模型内，在混凝土达到一定强度后，加工成10cm×10cm×10cm的立方体试块，在标准条件下养护28d进行抗压强度试验；
②利用混凝土强度回弹仪测喷射混凝土表面的强度，按以上位置划分测区测量，测区应尽量选在使回弹仪处于水平方向检测混凝土的侧面，当不能满足这一要求时，可使回弹仪处于非水平方向检测混凝土的浇筑侧面、表面或底面，检测时，回弹仪的轴线应始终垂直目录结构或构件的检测面，缓慢施压，准确度数，快速复位；
③喷层厚度可用凿孔或激光断面仪、光带摄影等方法检查，每个位置分别统计，全部检查孔处喷层厚度应有60％以上不小于设计厚度，平均厚度不得小于设计厚度，最小厚度不应小于设计厚度的1/2，在软弱破碎围岩地段，喷层厚度不应小于设计规定的最小厚度，钢筋网喷射混凝土的厚度不应小于6cm。
优选的，所述步骤二中，试验中砂率、水泥掺量、水灰比、外加剂种类、外加剂掺量分别设置三个水平，采用正交试验的五因素三水平方法，共需要进行18组试验；
优选的，所述步骤二中，根据试验数据，选择正确的正交试验点；
优选的，所述步骤二中的试验主要研究不同组分及配比下的混凝土坍落度和混凝土抗压强度，优化调整喷混凝土组分配比及添加纤维含量，提出添加纤维喷混凝土回弹机理及其室内试验最优材料配比。
优选的，所述步骤三中，试验按《普通混凝土力学性能试验方法》测试，先测每组的坍落度，然后制成100×100mm的试样，测混凝土试块7d、14d、28d龄期的抗压强度。
优选的，所述步骤四中，混凝土试块按规范要求每组制作三个，通过测得三个试块的抗压强度求其平均值。
优选的，所述步骤五中，通过表格所得对于混凝土坍落度，各因素影响程度大小如下：水灰比＞外加剂掺量＞外加剂种类＞砂率＞水泥掺量，对于7天的混凝土抗压强度，各因素影响程度大小如下，外加剂种类＞外加剂掺量＞水泥掺量＞砂率＞水灰比，水灰比对坍落度的影响最大，对混凝土的抗压强度影响最小，添加纤维对混凝土的抗压强度影响最大，由以上试验结果分析可知，在添加短切玄武岩纤维时效果最好。
优选的，所述步骤五中，通过表格得到混凝土的塌落度与水灰比呈反比关系，水灰比越大，塌落度越小，塌落度总体在106～114mm的范围内，符合喷射混凝土的要求。龄期为7天的混凝土抗压强度由于配比和添加成分的不同试验结果也不相同。其中第15组试验的强度最高，达到30.13MPa，第15组的试验配比为水泥：河沙：碎石：水：减水剂：速凝剂：添加纤维＝1：1.98：1.98：0.41：0.01：0.07：0.0065，第1组的试验结果最小，为24.76MPa。7天龄期的混凝土抗压强度平均值为27.28MPa，添加聚丙烯纤维时混凝土抗压强度最大值为27.37MPa，比平均值高出0.09MPa，添加短切玄武岩纤维时混凝土抗压强度最大值为30.13MPa，比平均值高出2.85MPa，添加超高性能合成纤维时混凝土抗压强度最大值为28.47MPa，比平均值高出1.19MPa，所以从混凝土抗压强度的结果来看，添加纤维的效果为：短切玄武岩纤维＞超高性能合成纤维＞聚丙烯纤维。
优选的，所述步骤十二中，混凝土回弹率的计算方式为现场称取回弹掉落混凝土总量计算回弹率，回弹率的计算公式为：J＝总回弹量/混凝土总量，其中，总回弹量通过现场施工时进行称量，混凝土总量在施工前进行称量计算得到。
与现有技术相比，本发明提供了控制喷射混凝土回弹的配方，具备以下有益效果：
本发明通过结合现场监控量测数据与数值模拟分析研究隧道支护结构的变形机理与稳定性分析，较大程度上解决隧道超挖严重和喷射混凝土回弹损耗高的技术难题，具有极大的社会经济、生产实践、科研学术价值，且避免了目前现有的混凝土湿喷施工工艺中较少有对喷射混凝土的回弹率进行有效控制的手段，常常会因超欠挖和回弹，导致在施工现场造成混凝土的浪费，从而大大影响了混凝土湿喷施工的工艺水平，且大大增加了施工成本的问题。
附图说明
图1为本发明提出的控制喷射混凝土回弹的配方中现场试验的试验顺序图；
图2为本发明提出的控制喷射混凝土回弹的配方中喷射混凝土试验的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：控制喷射混凝土回弹的配方，喷射混凝土的材料配比如下：砂石率：45％-55％；
水泥掺量：424kg/m3-464kg/m3；
水灰比：0.39-0.43；
外加剂种类：聚丙烯纤维、短切玄武岩纤维、超高性能合成纤维；
外加剂掺量：0.08％-0.12％。
控制喷射混凝土回弹的配方，包括以下步骤：
步骤一：首先采用室内试验的方式对砂石比、水泥掺量、外加剂掺量、水胶比等各项数据进行控制，并记录每个影响因素的占比变化时，引起喷射混凝土回弹率；
步骤二：分析实验数据，确定每一个影响因素的合理范围，从而将喷射混凝土的回弹量控制在最佳范围；
步骤三：试验分组情况如下表所示：
试验号 砂率 水泥掺量kg/m<sup>3</sup> 水灰比 外加剂种类 外加剂掺量
1 45％ 424 0.39 聚丙烯纤维 0.08％
2 45％ 444 0.41 短切玄武岩纤维 0.1％
3 45％ 464 0.43 超高性能合成纤维 0.12％
4 50％ 424 0.39 短切玄武岩纤维 0.1％
5 50％ 444 0.41 超高性能合成纤维 0.12％
6 50％ 464 0.43 聚丙烯纤维 0.08％
7 55％ 424 0.41 聚丙烯纤维 0.12％
8 55％ 444 0.43 短切玄武岩纤维 0.08％
9 55％ 464 0.39 超高性能合成纤维 0.1％
10 45％ 424 0.43 超高性能合成纤维 0.1％
11 45％ 444 0.39 聚丙烯纤维 0.12％
12 45％ 464 0.41 短切玄武岩纤维 0.08％
13 50％ 424 0.41 超高性能合成纤维 0.08％
14 50％ 444 0.43 聚丙烯纤维 0.1％
15 50％ 464 0.39 短切玄武岩纤维 0.12％
16 55％ 424 0.43 短切玄武岩纤维 0.12％
17 55％ 444 0.39 超高性能合成纤维 0.08％
18 55％ 464 0.41 聚丙烯纤维 0.1％
步骤四：通过试验测得各种组分下混凝土的坍落度和7天龄期时的抗压强度如下表所示：
Figure BDA0003216937160000061
Figure BDA0003216937160000071
步骤五：分析各因素对坍落度和混凝土抗压强度的影响程度，分别对其进行极差分析，结果如下表所示：
Figure BDA0003216937160000072
步骤六：准备现场试验所需的材料，其中水泥、河沙、碎石、水、减水剂、速凝剂等均采用现场材料，材料需满足规范要求，短切玄武岩纤维需要进行购买，具体购买情况如下表格所示：
Figure BDA0003216937160000081
步骤七：现场准备试验器具：用于收集回弹混凝土的大块塑料布、测量回弹混凝土的电子秤、测混凝土强度回弹仪、45cm×35cm×12cm或45cm×20cm×12cm的模具、切割机、压力机、湿喷机、工作台架、搅拌站、混凝土罐车；
步骤八：现场拟进行喷射混凝土回弹控制试验，一个进尺段长3m，分别采用不同配比的混凝土试验，记录拱顶、拱腰等不同位置的混凝土的回弹量，每方混凝土添加纤维1.88kg～2.82kg；
步骤九：确定喷射混凝土断面，按照配比在拌合站添加纤维，每方混凝土的纤维添加量为1.88kg；
步骤十：在地面上铺设塑料布，分别喷射上述位置，收集回弹的混凝土；
步骤十一：称量收集的回弹量，并测试不同位置的混凝土强度；
步骤十二：按照以上步骤测试不添加纤维断面的数据，且在施工的同时，为研究添加纤维在混凝土中的作用，需要进行以下试验：①在施工的同时，将混凝土喷射在45cm×35cm×12cm或45cm×20cm×12cm的模型内，在混凝土达到一定强度后，加工成10cm×10cm×10cm的立方体试块，在标准条件下养护28d进行抗压强度试验；
②利用混凝土强度回弹仪测喷射混凝土表面的强度，按以上位置划分测区测量，测区应尽量选在使回弹仪处于水平方向检测混凝土的侧面，当不能满足这一要求时，可使回弹仪处于非水平方向检测混凝土的浇筑侧面、表面或底面，检测时，回弹仪的轴线应始终垂直目录结构或构件的检测面，缓慢施压，准确度数，快速复位；
③喷层厚度可用凿孔或激光断面仪、光带摄影等方法检查，每个位置分别统计，全部检查孔处喷层厚度应有60％以上不小于设计厚度，平均厚度不得小于设计厚度，最小厚度不应小于设计厚度的1/2，在软弱破碎围岩地段，喷层厚度不应小于设计规定的最小厚度，钢筋网喷射混凝土的厚度不应小于6cm
本发明中，优选的，步骤二中，试验中砂率、水泥掺量、水灰比、外加剂种类、外加剂掺量分别设置三个水平，采用正交试验的五因素三水平方法，共需要进行18组试验，如下表所示：
Figure BDA0003216937160000091
本发明中，优选的，步骤二中，正交试验点的选择如下表所示：
Figure BDA0003216937160000092
Figure BDA0003216937160000101
本发明中，优选的，步骤二中的试验主要研究不同组分及配比下的混凝土坍落度和混凝土抗压强度，优化调整喷混凝土组分配比及添加纤维含量，提出添加纤维喷混凝土回弹机理及其室内试验最优材料配比。
本发明中，优选的，步骤三中，试验按《普通混凝土力学性能试验方法》测试，先测每组的坍落度，然后制成100×100mm的试样，测混凝土试块7d、14d、28d龄期的抗压强度。
本发明中，优选的，步骤四中，混凝土试块按规范要求每组制作三个，通过测得三个试块的抗压强度求其平均值。
本发明中，优选的，步骤五中，通过表格所得对于混凝土坍落度，各因素影响程度大小如下：水灰比＞外加剂掺量＞外加剂种类＞砂率＞水泥掺量，对于7天的混凝土抗压强度，各因素影响程度大小如下，外加剂种类＞外加剂掺量＞水泥掺量＞砂率＞水灰比，水灰比对坍落度的影响最大，对混凝土的抗压强度影响最小，添加纤维对混凝土的抗压强度影响最大，由以上试验结果分析可知，在添加短切玄武岩纤维时效果最好。
本发明中，优选的，步骤五中，通过表格得到混凝土的塌落度与水灰比呈反比关系，水灰比越大，塌落度越小，塌落度总体在106～114mm的范围内，符合喷射混凝土的要求。龄期为7天的混凝土抗压强度由于配比和添加成分的不同试验结果也不相同。其中第15组试验的强度最高，达到30.13MPa，第15组的试验配比为水泥：河沙：碎石：水：减水剂：速凝剂：添加纤维＝1：1.98：1.98：0.41：0.01：0.07：0.0065，第1组的试验结果最小，为24.76MPa。7天龄期的混凝土抗压强度平均值为27.28MPa，添加聚丙烯纤维时混凝土抗压强度最大值为27.37MPa，比平均值高出0.09MPa，添加短切玄武岩纤维时混凝土抗压强度最大值为30.13MPa，比平均值高出2.85MPa，添加超高性能合成纤维时混凝土抗压强度最大值为28.47MPa，比平均值高出1.19MPa，所以从混凝土抗压强度的结果来看，添加纤维的效果为：短切玄武岩纤维＞超高性能合成纤维＞聚丙烯纤维。
本发明中，优选的，步骤十二中，混凝土回弹率的计算方式为现场称取回弹掉落混凝土总量计算回弹率，回弹率的计算公式为：J＝总回弹量/混凝土总量，其中，总回弹量通过现场施工时进行称量，混凝土总量在施工前进行称量计算得到。
实施例二
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：控制喷射混凝土回弹的配方，喷射混凝土的材料配比如下：砂石率：45％-55％
水泥掺量：424kg/m3-464kg/m3
水灰比：0.39-0.43
外加剂种类：聚丙烯纤维、短切玄武岩纤维、超高性能合成纤维
外加剂掺量：0.08％-0.12％。
控制喷射混凝土回弹的配方，包括以下步骤：
步骤一：首先采用室内试验的方式对砂石比、水泥掺量、外加剂掺量、水胶比等各项数据进行控制，并记录每个影响因素的占比变化时，引起喷射混凝土回弹率；
步骤二：分析实验数据，确定每一个影响因素的合理范围，从而将喷射混凝土的回弹量控制在最佳范围；
步骤三：试验分组情况如下表所示：
试验号 砂率 水泥掺量kg/m<sup>3</sup> 水灰比 外加剂种类 外加剂掺量
1 45％ 424 0.39 聚丙烯纤维 0.08％
2 45％ 444 0.41 短切玄武岩纤维 0.1％
3 45％ 464 0.43 超高性能合成纤维 0.12％
4 50％ 424 0.39 短切玄武岩纤维 0.1％
5 50％ 444 0.41 超高性能合成纤维 0.12％
6 50％ 464 0.43 聚丙烯纤维 0.08％
7 55％ 424 0.41 聚丙烯纤维 0.12％
8 55％ 444 0.43 短切玄武岩纤维 0.08％
9 55％ 464 0.39 超高性能合成纤维 0.1％
10 45％ 424 0.43 超高性能合成纤维 0.1％
11 45％ 444 0.39 聚丙烯纤维 0.12％
12 45％ 464 0.41 短切玄武岩纤维 0.08％
13 50％ 424 0.41 超高性能合成纤维 0.08％
14 50％ 444 0.43 聚丙烯纤维 0.1％
15 50％ 464 0.39 短切玄武岩纤维 0.12％
16 55％ 424 0.43 短切玄武岩纤维 0.12％
17 55％ 444 0.39 超高性能合成纤维 0.08％
18 55％ 464 0.41 聚丙烯纤维 0.1％
步骤四：通过试验测得各种组分下混凝土的坍落度和7天龄期时的抗压强度如下表所示：
Figure BDA0003216937160000121
Figure BDA0003216937160000131
步骤五：分析各因素对坍落度和混凝土抗压强度的影响程度，分别对其进行极差分析，结果如下表所示：
Figure BDA0003216937160000132
步骤六：准备现场试验所需的材料，其中水泥、河沙、碎石、水、减水剂、速凝剂等均采用现场材料，材料需满足规范要求，短切玄武岩纤维需要进行购买，具体购买情况如下表格所示：
Figure BDA0003216937160000133
步骤七：现场准备试验器具：用于收集回弹混凝土的大块塑料布、测量回弹混凝土的电子秤、测混凝土强度回弹仪、45cm×35cm×12cm或45cm×20cm×12cm的模具、切割机、压力机、湿喷机、工作台架、搅拌站、混凝土罐车；
步骤八：现场拟进行喷射混凝土回弹控制试验，一个进尺段长3m，分别采用不同配比的混凝土试验，记录拱顶、拱腰等不同位置的混凝土的回弹量，每方混凝土添加纤维1.88kg～2.82kg；
步骤九：确定喷射混凝土断面，按照配比在拌合站添加纤维，每方混凝土的纤维添加量为2.35kg；
步骤十：在地面上铺设塑料布，分别喷射上述位置，收集回弹的混凝土；
步骤十一：称量收集的回弹量，并测试不同位置的混凝土强度；
步骤十二：按照以上步骤测试不添加纤维断面的数据，且在施工的同时，为研究添加纤维在混凝土中的作用，需要进行以下试验：①在施工的同时，将混凝土喷射在45cm×35cm×12cm或45cm×20cm×12cm的模型内，在混凝土达到一定强度后，加工成10cm×10cm×10cm的立方体试块，在标准条件下养护28d进行抗压强度试验；
②利用混凝土强度回弹仪测喷射混凝土表面的强度，按以上位置划分测区测量，测区应尽量选在使回弹仪处于水平方向检测混凝土的侧面，当不能满足这一要求时，可使回弹仪处于非水平方向检测混凝土的浇筑侧面、表面或底面，检测时，回弹仪的轴线应始终垂直目录结构或构件的检测面，缓慢施压，准确度数，快速复位；
③喷层厚度可用凿孔或激光断面仪、光带摄影等方法检查，每个位置分别统计，全部检查孔处喷层厚度应有60％以上不小于设计厚度，平均厚度不得小于设计厚度，最小厚度不应小于设计厚度的1/2，在软弱破碎围岩地段，喷层厚度不应小于设计规定的最小厚度，钢筋网喷射混凝土的厚度不应小于6cm
本发明中，优选的，步骤二中，试验中砂率、水泥掺量、水灰比、外加剂种类、外加剂掺量分别设置三个水平，采用正交试验的五因素三水平方法，共需要进行18组试验，如下表所示：
Figure BDA0003216937160000151
本发明中，优选的，步骤二中，正交试验点的选择如下表所示：
Figure BDA0003216937160000152
Figure BDA0003216937160000161
本发明中，优选的，步骤二中的试验主要研究不同组分及配比下的混凝土坍落度和混凝土抗压强度，优化调整喷混凝土组分配比及添加纤维含量，提出添加纤维喷混凝土回弹机理及其室内试验最优材料配比。
本发明中，优选的，步骤三中，试验按《普通混凝土力学性能试验方法》测试，先测每组的坍落度，然后制成100×100mm的试样，测混凝土试块7d、14d、28d龄期的抗压强度。
本发明中，优选的，步骤四中，混凝土试块按规范要求每组制作三个，通过测得三个试块的抗压强度求其平均值。
本发明中，优选的，步骤五中，通过表格所得对于混凝土坍落度，各因素影响程度大小如下：水灰比＞外加剂掺量＞外加剂种类＞砂率＞水泥掺量，对于7天的混凝土抗压强度，各因素影响程度大小如下，外加剂种类＞外加剂掺量＞水泥掺量＞砂率＞水灰比，水灰比对坍落度的影响最大，对混凝土的抗压强度影响最小，添加纤维对混凝土的抗压强度影响最大，由以上试验结果分析可知，在添加短切玄武岩纤维时效果最好。
本发明中，优选的，步骤五中，通过表格得到混凝土的塌落度与水灰比呈反比关系，水灰比越大，塌落度越小，塌落度总体在106～114mm的范围内，符合喷射混凝土的要求。龄期为7天的混凝土抗压强度由于配比和添加成分的不同试验结果也不相同。其中第15组试验的强度最高，达到30.13MPa，第15组的试验配比为水泥：河沙：碎石：水：减水剂：速凝剂：添加纤维＝1：1.98：1.98：0.41：0.01：0.07：0.0065，第1组的试验结果最小，为24.76MPa。7天龄期的混凝土抗压强度平均值为27.28MPa，添加聚丙烯纤维时混凝土抗压强度最大值为27.37MPa，比平均值高出0.09MPa，添加短切玄武岩纤维时混凝土抗压强度最大值为30.13MPa，比平均值高出2.85MPa，添加超高性能合成纤维时混凝土抗压强度最大值为28.47MPa，比平均值高出1.19MPa，所以从混凝土抗压强度的结果来看，添加纤维的效果为：短切玄武岩纤维＞超高性能合成纤维＞聚丙烯纤维。
本发明中，优选的，步骤十二中，混凝土回弹率的计算方式为现场称取回弹掉落混凝土总量计算回弹率，回弹率的计算公式为：J＝总回弹量/混凝土总量，其中，总回弹量通过现场施工时进行称量，混凝土总量在施工前进行称量计算得到。
实施例三
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：控制喷射混凝土回弹的配方，喷射混凝土的材料配比如下：砂石率：45％-55％
水泥掺量：424kg/m3-464kg/m3
水灰比：0.39-0.43
外加剂种类：聚丙烯纤维、短切玄武岩纤维、超高性能合成纤维
外加剂掺量：0.08％-0.12％。
控制喷射混凝土回弹的配方，包括以下步骤：
步骤一：首先采用室内试验的方式对砂石比、水泥掺量、外加剂掺量、水胶比等各项数据进行控制，并记录每个影响因素的占比变化时，引起喷射混凝土回弹率；
步骤二：分析实验数据，确定每一个影响因素的合理范围，从而将喷射混凝土的回弹量控制在最佳范围；
步骤三：试验分组情况如下表所示：
Figure BDA0003216937160000171
Figure BDA0003216937160000181
步骤四：通过试验测得各种组分下混凝土的坍落度和7天龄期时的抗压强度如下表所示：
Figure BDA0003216937160000182
Figure BDA0003216937160000191
步骤五：分析各因素对坍落度和混凝土抗压强度的影响程度，分别对其进行极差分析，结果如下表所示：
Figure BDA0003216937160000192
步骤六：准备现场试验所需的材料，其中水泥、河沙、碎石、水、减水剂、速凝剂等均采用现场材料，材料需满足规范要求，短切玄武岩纤维需要进行购买，具体购买情况如下表格所示：
Figure BDA0003216937160000193
步骤七：现场准备试验器具：用于收集回弹混凝土的大块塑料布、测量回弹混凝土的电子秤、测混凝土强度回弹仪、45cm×35cm×12cm或45cm×20cm×12cm的模具、切割机、压力机、湿喷机、工作台架、搅拌站、混凝土罐车；
步骤八：现场拟进行喷射混凝土回弹控制试验，一个进尺段长3m，分别采用不同配比的混凝土试验，记录拱顶、拱腰等不同位置的混凝土的回弹量，每方混凝土添加纤维1.88kg～2.82kg；
步骤九：确定喷射混凝土断面，按照配比在拌合站添加纤维，每方混凝土的纤维添加量为2.82kg；
步骤十：在地面上铺设塑料布，分别喷射上述位置，收集回弹的混凝土；
步骤十一：称量收集的回弹量，并测试不同位置的混凝土强度；
步骤十二：按照以上步骤测试不添加纤维断面的数据，且在施工的同时，为研究添加纤维在混凝土中的作用，需要进行以下试验：①在施工的同时，将混凝土喷射在45cm×35cm×12cm或45cm×20cm×12cm的模型内，在混凝土达到一定强度后，加工成10cm×10cm×10cm的立方体试块，在标准条件下养护28d进行抗压强度试验；
②利用混凝土强度回弹仪测喷射混凝土表面的强度，按以上位置划分测区测量，测区应尽量选在使回弹仪处于水平方向检测混凝土的侧面，当不能满足这一要求时，可使回弹仪处于非水平方向检测混凝土的浇筑侧面、表面或底面，检测时，回弹仪的轴线应始终垂直目录结构或构件的检测面，缓慢施压，准确度数，快速复位；
③喷层厚度可用凿孔或激光断面仪、光带摄影等方法检查，每个位置分别统计，全部检查孔处喷层厚度应有60％以上不小于设计厚度，平均厚度不得小于设计厚度，最小厚度不应小于设计厚度的1/2，在软弱破碎围岩地段，喷层厚度不应小于设计规定的最小厚度，钢筋网喷射混凝土的厚度不应小于6cm
本发明中，优选的，步骤二中，试验中砂率、水泥掺量、水灰比、外加剂种类、外加剂掺量分别设置三个水平，采用正交试验的五因素三水平方法，共需要进行18组试验，如下表所示：
Figure BDA0003216937160000201
Figure BDA0003216937160000211
本发明中，优选的，步骤二中，正交试验点的选择如下表所示：
Figure BDA0003216937160000212
Figure BDA0003216937160000221
本发明中，优选的，步骤二中的试验主要研究不同组分及配比下的混凝土坍落度和混凝土抗压强度，优化调整喷混凝土组分配比及添加纤维含量，提出添加纤维喷混凝土回弹机理及其室内试验最优材料配比。
本发明中，优选的，步骤三中，试验按《普通混凝土力学性能试验方法》测试，先测每组的坍落度，然后制成100×100mm的试样，测混凝土试块7d、14d、28d龄期的抗压强度。
本发明中，优选的，步骤四中，混凝土试块按规范要求每组制作三个，通过测得三个试块的抗压强度求其平均值。
本发明中，优选的，步骤五中，通过表格所得对于混凝土坍落度，各因素影响程度大小如下：水灰比＞外加剂掺量＞外加剂种类＞砂率＞水泥掺量，对于7天的混凝土抗压强度，各因素影响程度大小如下，外加剂种类＞外加剂掺量＞水泥掺量＞砂率＞水灰比，水灰比对坍落度的影响最大，对混凝土的抗压强度影响最小，添加纤维对混凝土的抗压强度影响最大，由以上试验结果分析可知，在添加短切玄武岩纤维时效果最好。
本发明中，优选的，步骤五中，通过表格得到混凝土的塌落度与水灰比呈反比关系，水灰比越大，塌落度越小，塌落度总体在106～114mm的范围内，符合喷射混凝土的要求。龄期为7天的混凝土抗压强度由于配比和添加成分的不同试验结果也不相同。其中第15组试验的强度最高，达到30.13MPa，第15组的试验配比为水泥：河沙：碎石：水：减水剂：速凝剂：添加纤维＝1：1.98：1.98：0.41：0.01：0.07：0.0065，第1组的试验结果最小，为24.76MPa。7天龄期的混凝土抗压强度平均值为27.28MPa，添加聚丙烯纤维时混凝土抗压强度最大值为27.37MPa，比平均值高出0.09MPa，添加短切玄武岩纤维时混凝土抗压强度最大值为30.13MPa，比平均值高出2.85MPa，添加超高性能合成纤维时混凝土抗压强度最大值为28.47MPa，比平均值高出1.19MPa，所以从混凝土抗压强度的结果来看，添加纤维的效果为：短切玄武岩纤维＞超高性能合成纤维＞聚丙烯纤维。
本发明中，优选的，步骤十二中，混凝土回弹率的计算方式为现场称取回弹掉落混凝土总量计算回弹率，回弹率的计算公式为：J＝总回弹量/混凝土总量，其中，总回弹量通过现场施工时进行称量，混凝土总量在施工前进行称量计算得到。
Figure BDA0003216937160000231
综上所述，当每方混凝土的纤维添加量为2.82kg时，隧道内的拱顶、拱肩、拱腰的回弹率最低，拱顶的回弹率最低为10.3075％，拱肩的回弹率最低为10.3075％。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.控制喷射混凝土回弹的配方，其特征在于：喷射混凝土的材料配比如下：砂石率：45％-55％；
水泥掺量：424kg/m3-464kg/m3；
水灰比：0.39-0.43；
外加剂种类：聚丙烯纤维、短切玄武岩纤维、超高性能合成纤维；
外加剂掺量：0.08％-0.12％。
2.根据权利要求1所述的控制喷射混凝土回弹的配方，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：首先采用室内试验的方式对砂石比、水泥掺量、外加剂掺量、水胶比等各项数据进行控制，并记录每个影响因素的占比变化时，引起喷射混凝土回弹率；
步骤二：分析实验数据，确定每一个影响因素的合理范围，从而将喷射混凝土的回弹量控制在最佳范围；
步骤三：对试验进行具体的分组；
步骤四：通过试验测得各种组分下混凝土的坍落度和7天龄期时的抗压强度；
步骤五：分析各因素对坍落度和混凝土抗压强度的影响程度，分别对其进行极差分析；
步骤六：准备现场试验所需的材料，其中水泥、河沙、碎石、水、减水剂、速凝剂等均采用现场材料，材料需满足规范要求，短切玄武岩纤维需要进行购买；
步骤七：现场准备试验器具：用于收集回弹混凝土的大块塑料布、测量回弹混凝土的电子秤、测混凝土强度回弹仪、45cm×35cm×12cm或45cm×20cm×12cm的模具、切割机、压力机、湿喷机、工作台架、搅拌站、混凝土罐车；
步骤八：现场拟进行喷射混凝土回弹控制试验，一个进尺段长3m，分别采用不同配比的混凝土试验，记录拱顶、拱腰等不同位置的混凝土的回弹量，每方混凝土添加纤维1.88kg～2.82kg；
步骤九：确定喷射混凝土断面，按照不同配比在拌合站添加纤维；
步骤十：在地面上铺设塑料布，分别喷射上述位置，收集回弹的混凝土；
步骤十一：称量收集的回弹量，并测试不同位置的混凝土强度；
步骤十二：按照以上步骤测试不添加纤维断面的数据，且在施工的同时，为研究添加纤维在混凝土中的作用，需要进行以下试验：①在施工的同时，将混凝土喷射在45cm×35cm×12cm或45cm×20cm×12cm的模型内，在混凝土达到一定强度后，加工成10cm×10cm×10cm的立方体试块，在标准条件下养护28d进行抗压强度试验；
②利用混凝土强度回弹仪测喷射混凝土表面的强度，按以上位置划分测区测量，测区应尽量选在使回弹仪处于水平方向检测混凝土的侧面，当不能满足这一要求时，可使回弹仪处于非水平方向检测混凝土的浇筑侧面、表面或底面，检测时，回弹仪的轴线应始终垂直目录结构或构件的检测面，缓慢施压，准确度数，快速复位；
③喷层厚度可用凿孔或激光断面仪、光带摄影等方法检查，每个位置分别统计，全部检查孔处喷层厚度应有60％以上不小于设计厚度，平均厚度不得小于设计厚度，最小厚度不应小于设计厚度的1/2，在软弱破碎围岩地段，喷层厚度不应小于设计规定的最小厚度，钢筋网喷射混凝土的厚度不应小于6cm。
3.根据权利要求2所述的控制喷射混凝土回弹的配方，其特征在于：所述步骤二中，试验中砂率、水泥掺量、水灰比、外加剂种类、外加剂掺量分别设置三个水平，采用正交试验的五因素三水平方法，共需要进行18组试验。
4.根据权利要求2所述的控制喷射混凝土回弹的配方，其特征在于：所述步骤二中，根据实验数据，选择正确的正交试验点。
5.根据权利要求2所述的控制喷射混凝土回弹的配方，其特征在于：所述步骤二中的试验主要研究不同组分及配比下的混凝土坍落度和混凝土抗压强度，优化调整喷混凝土组分配比及添加纤维含量，提出添加纤维喷混凝土回弹机理及其室内试验最优材料配比。
6.根据权利要求2所述的控制喷射混凝土回弹的配方，其特征在于：所述步骤三中，试验按《普通混凝土力学性能试验方法》测试，先测每组的坍落度，然后制成100×100mm的试样，测混凝土试块7d、14d、28d龄期的抗压强度。
7.根据权利要求2所述的控制喷射混凝土回弹的配方，其特征在于：所述步骤四中，混凝土试块按规范要求每组制作三个，通过测得三个试块的抗压强度求其平均值。
8.根据权利要求2所述的控制喷射混凝土回弹的配方，其特征在于：所述步骤五中，通过表格所得对于混凝土坍落度，各因素影响程度大小如下：水灰比＞外加剂掺量＞外加剂种类＞砂率＞水泥掺量，对于7天的混凝土抗压强度，各因素影响程度大小如下，外加剂种类＞外加剂掺量＞水泥掺量＞砂率＞水灰比，水灰比对坍落度的影响最大，对混凝土的抗压强度影响最小，添加纤维对混凝土的抗压强度影响最大，由以上试验结果分析可知，在添加短切玄武岩纤维时效果最好。
9.根据权利要求2所述的控制喷射混凝土回弹的配方，其特征在于：所述步骤五中，通过表格得到混凝土的塌落度与水灰比呈反比关系，水灰比越大，塌落度越小，塌落度总体在106～114mm的范围内，符合喷射混凝土的要求。龄期为7天的混凝土抗压强度由于配比和添加成分的不同试验结果也不相同。其中第15组试验的强度最高，达到30.13MPa，第15组的试验配比为水泥：河沙：碎石：水：减水剂：速凝剂：添加纤维＝1：1.98：1.98：0.41：0.01：0.07：0.0065，第1组的试验结果最小，为24.76MPa。7天龄期的混凝土抗压强度平均值为27.28MPa，添加聚丙烯纤维时混凝土抗压强度最大值为27.37MPa，比平均值高出0.09MPa，添加短切玄武岩纤维时混凝土抗压强度最大值为30.13MPa，比平均值高出2.85MPa，添加超高性能合成纤维时混凝土抗压强度最大值为28.47MPa，比平均值高出1.19MPa，所以从混凝土抗压强度的结果来看，添加纤维的效果为：短切玄武岩纤维＞超高性能合成纤维＞聚丙烯纤维。
10.根据权利要求2所述的控制喷射混凝土回弹的配方，其特征在于：所述步骤十二中，混凝土回弹率的计算方式为现场称取回弹掉落混凝土总量计算回弹率，回弹率的计算公式为：J＝总回弹量/混凝土总量，其中，总回弹量通过现场施工时进行称量，混凝土总量在施工前进行称量计算得到。
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