摘要：通过对机制砂多方面的特点分析，对加工的原材料、结合工程实际进行多次机制砂配合比的试配及实体试喷，与天然砂配制的配合比试喷，结合两个不同的材料配比，最终获得机制砂配制的喷射混凝土要比天然砂配制混凝土有很多方面的优势。并针对机制砂喷射混凝土的具体施工特性，采取相应的技术施工工艺，确保喷射混凝土的质量。既保护了生态环境，又降低了施工难度及成本。

一. 工程简介

岳西至武汉高速公路46.21公里。其中曹河隧道、明堂山隧道位于岳西大别山纵深段。曹河隧道左洞3261.2m、右洞3215.3m。明堂山隧道左洞7765m、右洞7781m。用于隧道支护喷射砼用砂量约15万m³。但由于施工难度较大，地理位置座落深山纵处，高速公路项目办考虑本工程隧道围岩弃渣量巨大。为不使水土流失，保护生态环境，针对岩层结构，采取对岩石的切割试件单轴抗压试验，强度均高达100MPa之多。可使用于隧道开挖弃渣加工机制砂，代替天然砂。不仅降低成本，减少隧道弃方占用土地面积，间接地减少对天然砂产地的环境破坏，对工程有较高的经济效益和社会效益。

在以往的工程中，对于机制砂代替天然砂应用隧道支护喷射砼中没有很多的可供借鉴的经验。因此，针对本项目中采用隧道弃渣加工的机制砂，进行了机制砂配制隧道喷射砼的试验研究。分析对材料参数的变动对喷射砼技术性能，合理应用原材配制喷射砼的配合比，以获得最佳施工配合比及相应质量及控制措施。

二．机制砂原材加工制作

结合本项目的特点，根据交通运输行业标准JT/T 819-2011公路工程水泥混凝土用机制砂要求。所以采用振动给料机加工，石料由振动料机均匀的送到颚式破碎机粗破，粗破后的块石由胶带输送机送到制砂机二次破碎，细碎后的物料送到振动筛进行4.75mm以下套筛分，得到的成品颗粒应符合规范要求。对于粉尘含量的控制，应配备分离机和除尘设备。

三. 机制砂与天然砂的差异

通过各种方法采集的天然砂.大部分天然砂都是边采边用，故天然砂的级配不是很稳定，还可能有一定的轻物质存在。但机制砂采用的是专门配置制砂设备，加工的料源质量很稳定，根据需要可调整设备，可不断改进。从而能够确保机制砂的级配稳定，而且根据配合比需要控制粉尘含量。

四．喷射混凝土的试配工作

根据锚杆喷射混凝土支护技术规范《GB 50086-2001》要求，采用天然砂喷射混凝土设计中：1.湿法喷射水泥，砂石比宜为1.0:3.5-1.0:4.0水灰比宜为0.42-0.50，砂率宜为50-60%；2.速凝剂或其他外加剂的掺量应通过试验确定，外掺料应符合有关技术标准要求。

1.        根据设计图纸要求：明堂山隧道、曹河隧道初期支护拟用C25喷射混凝土布喷，设计坍落度为80-120mm。

2.        设计依据：

①《普通混凝土配合比规程》JGJ 55-2011.

②《公路隧道施工技术规范》JTG F60-2009.       

③《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTG E30-2005.

④《喷射混凝土速凝剂》JC 477-2005.

⑤《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB 50086-2011.

⑥《公路隧道施工技术细则》JTG/T F60-2009.

3.        原材料：

水泥：安庆怀宁海螺水泥。品种等级：P.O42.5。

砂：天然砂。规格：Ⅱ区中砂。

碎石：采用隧道弃渣加工。最大粒径16mm。

速凝剂：型号为CH-Ⅱ型粉状混凝土速凝剂。掺量为胶凝材料的4.0%。

在试拌配合比的基础上配制三个不同水灰比的配合比进行混凝

土强度校验。最后采用基准水灰比W/C=0.47。28d混凝土强度为33.8MPa。

机制砂配合比：与天然砂配合比不同的是采用机械生产。机制砂

细度模数为2.96，粉尘含量为10%。

根据多方面对机制砂原材各性能测试，机制砂石粉含量要比天然

砂含量大，所以需水量与水泥浆要比天然砂多。选用水灰比应比天然砂略大。

经多次试配和调查取证，确定基准配合比为W/C=0.50，砂率为50%。通过试拌调整配合比其他参数使混凝土拌合物工作性均能满足施工要求。28d强度为35.2MPa。
五. 结论

如何合理使用一个成功喷射混凝土配合比非常关键。机制砂喷射混凝土要比天然砂配制配合比复杂的多，固理论和经验很重要，但同时设计机制砂喷射配合比要考虑多种因素。必须控制一下几点：

1.水泥与速凝剂应通过水泥浆试验，是否有物理性反应。因此通过对多种水泥产品与选用速凝剂反复试验，满足《喷射混凝土速凝剂》JC 477-2005初、终凝效果，还要与施工的工艺两者混合达到最佳状态。

2.试验证明，水灰比要合理。水灰比小，施工难以控制，产生粉尘较大，回弹率大，粘结力低，喷射板面会有斑、窝巢、空洞现象，而喷射混凝土密实性较差。反之亦然，水灰比过大，也会影响喷射混凝土强度。速凝效果差，容易出现喷射面不稳、滑移、坍落等。掺用速凝剂最好是水泥用量的外掺，而水灰比应控制在0.45-0.50之间。砂率也要合理运用。砂率过小，混凝土拌合物不能有很好的和易性和喷射面的密实性。砂率过大，影响混凝土强度及耐久性。

3.回弹量控制在施工中是难解决的一个难题，有很多因素影响喷射回弹量；如施工时喷射机工作气压（应满足喷头处的压力在0.1MPa左右），喷枪对喷射面距离以及喷射角度（喷头与喷面应垂直，宜保持0.60-1.00m的距离），也需要控制合理的砂率。

要想合理配制喷射混凝土配合比，必须满足喷射混凝土的工艺流程和基本要求，才能易喷射、不堵管、回弹率小，还能满足强度高，防水密实性能从而达到各种物理及力学指标等。

4.①通过天然砂配制喷射混凝土配合比施工表明，天然砂光滑与级配不稳定骨料粘性差、宜滑移、回弹率大，强度也难以控制。而原材控制也是大难题，由于采砂时是天然形成，没办法对天然砂的级配和有害成分进行控制。从而造成了国土资源流失和生态环境的破坏。

②机制砂截然不同，质量优势。本项目采用Ⅲ级围岩隧道开挖处弃渣加工料源稳定，大型机械化生产方式，保证了机制砂产品的质量稳定，可调可控。还能有较高的比表面和亲水性能，有完整的级配，有多种选择性。颗粒级配稳定，随时可以调整、改善。而配制喷射混凝土配合比试喷中表明：易喷射，回弹率小于天然砂喷射的20%。两种不同的喷面通过钻孔取芯的方法进行抗压强度试验检测，而机制砂的喷射面密实度、强度均比天然砂喷射效果要好。