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摘要：本文根据作者多年的工作经验阐述了水利工程中混凝土支护的特征和作用、以及支护对原材料相关要求。
关键词：水利工程；混凝土；施工技术
Abstract: according to the author's work experience, the paper expounds the concrete supporting in water conservancy project of the character and function, and support for raw materials requirements.
Key Words: water conservancy projects; concrete; construction technology
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1、喷射混凝土支护施工技术的特征
这种支护结构在凝固初期，具有一定的强度和柔性，能适应围岩的松弛变形，减少围岩的变形压力。喷射混凝土不但与围岩的表面有一定的黏结力，而且能充填围岩的缝隙，将分散的颜面黏结成一个整体，提高围岩的自身强度，增强围岩抵抗位移和松动的能力，两外，喷射混凝土还能封闭围岩，防止围岩产生风化，缓和应力集中，是一种高效、早强、经济的轻型支护结构。
2、对喷射混凝土原材料的要求
喷射混凝土的原材料，与普通混凝土相比，骨料和水基本相同，但由于这类混凝土要求其具有速凝性，所以水泥和外加剂有所不同。
2.1水泥。水泥是喷射混凝土中的关键性原材料。对水泥品种和强度等级的选择，主要应满足工程使用要求。在一般情况下，喷射混凝土应优先选用不低于强度等级 42.5MPa的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，这两种水泥熟料中硅酸三钙(C3S)和铝酸三钙(C4AF)含量较高，不仅能速凝、快硬，后期强度也较高，而且与速凝剂的相容性好。矿渣硅酸盐水泥凝结硬化较慢，但对抗硫酸盐腐蚀的性能比普通硅酸盐水泥好。
根据我国常用的红星一型速凝剂与各种水泥的相容性试验结果，在进行喷射混凝土的水泥选择时，应当注意以下指标：
a、铁率(P)。铁率是指水泥熟料中所含铝三钙(C3A)与铁铝酸四钙(C4AF)的比值。铁率的大小与水泥的凝结速度有关。铁率高的水泥，其凝结速度快；如果铁率过高，掺加速凝剂后的喷射物干稠，回弹量极大，甚至使喷射施工无法进行。因此，用于喷射混凝土的水泥铁率应严格控制在 0.49～0.75 范围内。水泥的铁率可用式(1.1)表示：
b、铝酸三钙(C3A)与石膏掺加量。为有利于喷射混凝土的施工，用于喷射混凝土的水泥铝酸三钙(C3A)与石膏的掺加量(即 C3A/Ca－SO4 比值)大于 l.5，或(即 C3A/SO3 比值)大于3．0。CA 与石膏掺加量可用式(1.2)表示：
c．硅率。水泥中的硅率越大，则硅酸三钙(C3S)和硅酸二钙(C2S)的含量越大．而铝酸三钙(C3A)和铁铝酸四钙(C4AF)的含量越小。考虑水泥与速凝剂的相容性和混凝土强度的发展，喷射混凝土所用水泥的硅率宜控制在1.9～2.1 范围内。水泥中的硅率(n)可用(1.3)计算：
d、饱和比 KH。水泥的饱和比 KH 越高，硅酸三钙(C3S)与硅酸二钙(C2S)的比值也越高，如果硅酸三鈣(C3S)含量过高，能抑制铝酸三钙(C3A)的水化速率，使水泥凝结时间延长，不利于早期强度的增长。用于喷射混凝土的水泥，其饱和比 KH 值宜控制在 0.87～0.89 范围内。水泥的饱和比可按式(1.4)计算：
2.2喷射混凝土的水泥。用于喷射混凝土的水泥，由于要求其早期强度比较高，所以根据喷射混凝土施工经验，一般宜选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、喷射水泥、双快水泥和超早强水泥，在某些情况下也可采用矿渣硅酸盐水泥。
a、硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。喷射混凝土宜优先选用强度不低于 42.5MPa 的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。试验结果证明，这两种水泥掺入速凝剂后，其初凝时间一般在 5min 以内，终凝时间在 10min 以内，早期强度较高，适用于喷射混凝土。
b、喷射水泥。喷射水泥是一种专门用于喷射混凝土的水泥，也称为速凝水泥。这种水泥不用掺加速凝剂就可以直接配制喷射混凝土，速凝和早强特性非常明显。
c、双快水泥。双快水泥又称为控凝水泥，这种水泥具有速凝快硬性能，是对硅酸盐水泥的新发展。这种水泥在生产中加入了 1％～2％的氟石(CaF2)，其作用是在水泥熟料中提供生所需要的氟成分，以降低硅酸三钙(C3S)生成温度所必要的、一系列过渡型氟硅酸盐所需要的矿化剂。与水作用，在几分钟内就可生成钙矾石而使水泥浆硬化。但是，单纯使用双快求泥，有时还不能满足喷射混凝土施工的要求，还必须辅以硬化剂或速凝剂。同时拌合水的温度必须保持在 38℃左右。
d．超早强水泥。超早强水泥为硫铝酸盐水泥，这种水泥的主要特性是早期强度高，1d强度可达到 28d 强度的 40％以上。其初凝时间为 10min～1h，终凝时间为 15min～1.5h。通过工程实践证明，这种水泥用于喷射混凝土已显示出卓越的优点。
e．矿渣硅酸盐水泥。矿渣硅酸盐水泥早期强度虽然较低，但其后期强度能迅速持续增长。通过试验证明，掺加红星一型速凝剂的矿渣硅酸盐水泥，多数的终凝时间在 10min以上，一般不超过 15min，这样还是可以用于喷射混凝土的。但由于矿渣硅酸盐水泥的品质变化较大，在使用前应进行与速凝剂的相容性试验。
2.3骨料。骨料分为细骨料和粗骨料。
①细骨料。喷射混凝土宜采用细度模数大于 2.5、质地坚硬的中粗砂，或者选用平均粒径为 0.25～0.50ram 的中砂，或者选用平均粒径大于 0.50mm 的粗砂。砂子过细，会使混凝土干缩增大；砂子过粗，会使喷射中回弹增加。砂子中小于 0.075mm 的颗粒不应超过20％，否则由于砂粒周围粘有灰尘，将影响水泥与骨料的黏结。一般砂子颗粒级配应满足表 1 要求。
②粗骨料。喷射混凝土用的石子、卵石或碎石均可，但以卵石为优。卵石对喷射设备及管路的磨蚀较小，也不会像碎石那样针片状颗粒含量多而易引起管路的堵塞。喷射混凝土中所用的石子粒径越大，混凝土的回弹则越多，尽管我国生产的喷射机能使用 25mm的骨料，但使用效果并不理想。因此，喷射混凝土石子的最大粒径，应小于喷射机具输送管道最小直径的 1/3～2/5。
目前大多数国家多以 15mm 作为喷射混凝土石子的最大粒径，我国目前规定喷射混凝土粗骨料的最大粒径不宜超过 20mm。
2.4拌和水。喷射混凝土用的拌和水，基本上与普通混凝土相同。不得使用污水、pH 值小于 4 的酸性水、含硫酸盐量(按 SO3 计)超过水总量 1％的井水或海水。总之，其技术指标应符合《混凝土用水标准》(JGJ 63-2006)中的要求。
2.5外加剂。用于喷射混凝土的外加剂，主要有速凝剂、引气剂、减水剂、早强剂和增黏剂等。使用速凝剂的主要目的是使喷射混凝土速凝快硬，减少混凝土的回弹损失，防止喷射混凝土因重力作用而引起脱落，提高其在潮湿或含水岩层中使用的适应性能，也可以适当加大。次喷射厚度和缩短喷射层间的间隔时间。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：水利工程；混凝土；施工技术
Abstract: according to the author's work experience, the paper expounds the concrete supporting in water conservancy project of the character and function, and support for raw materials requirements.
Key Words: water conservancy projects; concrete; construction technology
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1、喷射混凝土支护施工技术的特征
这种支护结构在凝固初期，具有一定的强度和柔性，能适应围岩的松弛变形，减少围岩的变形压力。喷射混凝土不但与围岩的表面有一定的黏结力，而且能充填围岩的缝隙，将分散的颜面黏结成一个整体，提高围岩的自身强度，增强围岩抵抗位移和松动的能力，两外，喷射混凝土还能封闭围岩，防止围岩产生风化，缓和应力集中，是一种高效、早强、经济的轻型支护结构。
2、对喷射混凝土原材料的要求
喷射混凝土的原材料，与普通混凝土相比，骨料和水基本相同，但由于这类混凝土要求其具有速凝性，所以水泥和外加剂有所不同。
2.1水泥。水泥是喷射混凝土中的关键性原材料。对水泥品种和强度等级的选择，主要应满足工程使用要求。在一般情况下，喷射混凝土应优先选用不低于强度等级 42.5MPa的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，这两种水泥熟料中硅酸三钙(C3S)和铝酸三钙(C4AF)含量较高，不仅能速凝、快硬，后期强度也较高，而且与速凝剂的相容性好。矿渣硅酸盐水泥凝结硬化较慢，但对抗硫酸盐腐蚀的性能比普通硅酸盐水泥好。
根据我国常用的红星一型速凝剂与各种水泥的相容性试验结果，在进行喷射混凝土的水泥选择时，应当注意以下指标：
a、铁率(P)。铁率是指水泥熟料中所含铝三钙(C3A)与铁铝酸四钙(C4AF)的比值。铁率的大小与水泥的凝结速度有关。铁率高的水泥，其凝结速度快；如果铁率过高，掺加速凝剂后的喷射物干稠，回弹量极大，甚至使喷射施工无法进行。因此，用于喷射混凝土的水泥铁率应严格控制在 0.49～0.75 范围内。水泥的铁率可用式(1.1)表示：
b、铝酸三钙(C3A)与石膏掺加量。为有利于喷射混凝土的施工，用于喷射混凝土的水泥铝酸三钙(C3A)与石膏的掺加量(即 C3A/Ca－SO4 比值)大于 l.5，或(即 C3A/SO3 比值)大于3．0。CA 与石膏掺加量可用式(1.2)表示：
c．硅率。水泥中的硅率越大，则硅酸三钙(C3S)和硅酸二钙(C2S)的含量越大．而铝酸三钙(C3A)和铁铝酸四钙(C4AF)的含量越小。考虑水泥与速凝剂的相容性和混凝土强度的发展，喷射混凝土所用水泥的硅率宜控制在1.9～2.1 范围内。水泥中的硅率(n)可用(1.3)计算：
d、饱和比 KH。水泥的饱和比 KH 越高，硅酸三钙(C3S)与硅酸二钙(C2S)的比值也越高，如果硅酸三鈣(C3S)含量过高，能抑制铝酸三钙(C3A)的水化速率，使水泥凝结时间延长，不利于早期强度的增长。用于喷射混凝土的水泥，其饱和比 KH 值宜控制在 0.87～0.89 范围内。水泥的饱和比可按式(1.4)计算：
2.2喷射混凝土的水泥。用于喷射混凝土的水泥，由于要求其早期强度比较高，所以根据喷射混凝土施工经验，一般宜选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、喷射水泥、双快水泥和超早强水泥，在某些情况下也可采用矿渣硅酸盐水泥。
a、硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。喷射混凝土宜优先选用强度不低于 42.5MPa 的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。试验结果证明，这两种水泥掺入速凝剂后，其初凝时间一般在 5min 以内，终凝时间在 10min 以内，早期强度较高，适用于喷射混凝土。
b、喷射水泥。喷射水泥是一种专门用于喷射混凝土的水泥，也称为速凝水泥。这种水泥不用掺加速凝剂就可以直接配制喷射混凝土，速凝和早强特性非常明显。
c、双快水泥。双快水泥又称为控凝水泥，这种水泥具有速凝快硬性能，是对硅酸盐水泥的新发展。这种水泥在生产中加入了 1％～2％的氟石(CaF2)，其作用是在水泥熟料中提供生所需要的氟成分，以降低硅酸三钙(C3S)生成温度所必要的、一系列过渡型氟硅酸盐所需要的矿化剂。与水作用，在几分钟内就可生成钙矾石而使水泥浆硬化。但是，单纯使用双快求泥，有时还不能满足喷射混凝土施工的要求，还必须辅以硬化剂或速凝剂。同时拌合水的温度必须保持在 38℃左右。
d．超早强水泥。超早强水泥为硫铝酸盐水泥，这种水泥的主要特性是早期强度高，1d强度可达到 28d 强度的 40％以上。其初凝时间为 10min～1h，终凝时间为 15min～1.5h。通过工程实践证明，这种水泥用于喷射混凝土已显示出卓越的优点。
e．矿渣硅酸盐水泥。矿渣硅酸盐水泥早期强度虽然较低，但其后期强度能迅速持续增长。通过试验证明，掺加红星一型速凝剂的矿渣硅酸盐水泥，多数的终凝时间在 10min以上，一般不超过 15min，这样还是可以用于喷射混凝土的。但由于矿渣硅酸盐水泥的品质变化较大，在使用前应进行与速凝剂的相容性试验。
2.3骨料。骨料分为细骨料和粗骨料。
①细骨料。喷射混凝土宜采用细度模数大于 2.5、质地坚硬的中粗砂，或者选用平均粒径为 0.25～0.50ram 的中砂，或者选用平均粒径大于 0.50mm 的粗砂。砂子过细，会使混凝土干缩增大；砂子过粗，会使喷射中回弹增加。砂子中小于 0.075mm 的颗粒不应超过20％，否则由于砂粒周围粘有灰尘，将影响水泥与骨料的黏结。一般砂子颗粒级配应满足表 1 要求。
②粗骨料。喷射混凝土用的石子、卵石或碎石均可，但以卵石为优。卵石对喷射设备及管路的磨蚀较小，也不会像碎石那样针片状颗粒含量多而易引起管路的堵塞。喷射混凝土中所用的石子粒径越大，混凝土的回弹则越多，尽管我国生产的喷射机能使用 25mm的骨料，但使用效果并不理想。因此，喷射混凝土石子的最大粒径，应小于喷射机具输送管道最小直径的 1/3～2/5。
目前大多数国家多以 15mm 作为喷射混凝土石子的最大粒径，我国目前规定喷射混凝土粗骨料的最大粒径不宜超过 20mm。
2.4拌和水。喷射混凝土用的拌和水，基本上与普通混凝土相同。不得使用污水、pH 值小于 4 的酸性水、含硫酸盐量(按 SO3 计)超过水总量 1％的井水或海水。总之，其技术指标应符合《混凝土用水标准》(JGJ 63-2006)中的要求。
2.5外加剂。用于喷射混凝土的外加剂，主要有速凝剂、引气剂、减水剂、早强剂和增黏剂等。使用速凝剂的主要目的是使喷射混凝土速凝快硬，减少混凝土的回弹损失，防止喷射混凝土因重力作用而引起脱落，提高其在潮湿或含水岩层中使用的适应性能，也可以适当加大。次喷射厚度和缩短喷射层间的间隔时间。
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