锚杆用水泥砂浆配合比设计
2011年第21期SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATIONo建筑与工程0科技信息
锚杆用水泥砂浆配合比设计
张富源'郭道通张妍沈文忠'张燕'边琦,王拓
(1.山东建筑科学研究院山东济南250031;2.山东建固特种专业工程有限公司山东济南250014)
【摘要】水灰比和灰砂比是锚杆用水泥砂浆设计的关键要素,砂浆流动度是影响砂浆工作性的主要因素.本文总结了锚杆用水泥砂浆配
合比设计中遇到的问题,并基于相关试验与施工现场资料,提出了相应的改进措施和解决方法.为相关工程设计工作提供参考.
【关键词】锚杆用水泥砂浆;试配强度;水灰比;灰砂比;流动度 0引言
自1911年美国首先使用岩土锚杆支护矿井巷道开始,迄今为止. 岩土锚固技术已在许多国家得到了广泛的应用和发展.目前国外各类 岩土锚杆种类多达600余种.我国自50年代后期将岩土锚杆技术应 用于矿山,铁路,隧道和地下工程中『l】,近年来更是被广泛应用于相关 建筑领域,如:高层建筑地下基坑工程的临时性支护工程,山体永久性 边坡支护等.在这些工程中,全长粘结性锚杆应用较为广泛. 锚杆用水泥砂浆主要是指用于全长粘结性锚杆,由水泥,粒径不 大于2.5mm的中细砂,水,以及根据需要加入相关外加剂配制成的砂 浆.现有标准《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086～2001)[21与 《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS22:2005)对锚杆用水泥砂浆的原 材料要求,强度,水灰比和灰砂比给出了初步的限定;而对于砂浆强度 等级,砂浆试配强度,砂浆流动性的表示方法以及砂浆各性能试验方 法的标准依据等,没有明确相关规范和标准依据.这给试验人员的配 合比设计工作带来了很多问题.
本文结合相关试验与现场施工资料,针对在锚杆用水泥砂浆配合 比设计中遇到的问题进行了探讨,希望能为以后的相关工程设计提供 参考.
1锚杆用水泥砂浆强度等级
《锚杆喷射混凝土支护技术规范))(GB50086—2001)[21规定:水泥砂 浆的强度等级不应低于M20.在实际工程中,锚杆用水泥水泥砂浆一 般分为M20,M25,M30,M35,M40五个强度等级. 2锚杆用水泥砂浆配合比设计对原材料的要求 2.1水泥
《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS22:2005)规定:水泥宜采用普 通硅酸盐水泥,水泥的性能指标应符合《通用硅酸盐水泥》(GB175— 2007)的规定,必要时可采用抗硫酸盐水泥,不宜采用高铝水泥.且水 泥强度应大于32.5MPa
施工现场强度等级小于M30的水泥砂浆一般选用P.S.A32.5矿 渣硅酸盐水泥或P.C32.5复合硅酸盐水泥,大于或等于M30的水泥砂 浆选用P.042.5普通硅酸盐水泥,像基坑临时性支护宜选用P.S.A32.5 矿渣硅酸盐水泥或P.C32.5复合矿渣硅酸盐水泥,山体永久性边坡支 护应选用P.042.5普通硅酸盐水泥. 2.2砂
《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086—2001)规定:宜采用 中细砂,粒径不应大于2.5ram,使用前应过筛.《岩土锚杆(索)技术规 程》(CECS22:2005)规定:细骨料应选用最大尺寸小于2.0mm的砂: 在实际工程中,施工现场一般选用粒径不大于2.5mm的中砂. 2.3水
《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS22:2005)规定:拌和水宜采用 饮用水,不得使用污水,水质应符合《混凝土拌合用水标准》(JGJ63— 2o06)要求. 2.4外加剂
《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS22:2005)[31规定:必要时注浆材
料中可使用控制砂浆泌水,改善流动性,减少用水量和调整凝结时间, 或提高早期强度的外加剂,外加剂的质量应符合国家现行的相关产品 标准要求,且外加剂不得影响浆体的粘结性和对钢材产生腐蚀.并应 通过试验验证后方可使用.
实际工程中,大多数工程不用外加剂,少数工程掺加膨胀剂,冬季 施工掺加砂浆防冻剂.建议掺加减水剂,既能减少砂浆拌合物泌水,又 能减少水泥用量;掺加膨胀剂,可以使硬化后的砂浆略有膨胀,提高砂 浆密实性,提高锚杆抗拔力.掺加的外加剂应保证水泥浆中氯化物的 含量不得超过水泥重量的0.1%. 3锚杆用水泥砂浆配合Et设计 3.1锚杆用水泥砂浆试配强度的确定
《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086—2001)和《岩土锚杆 (索)技术规程》(CECS22:2005)均未明确规定锚杆用水泥砂浆试配 强度.建议参照《砌筑砂浆配合比设计规程》(JGJ/T98—2010)5.1.1.2砂 浆的试配强度计算公式(1): fm,(1)
式中:厶.旷_一砂浆的试配强度(MPa); 一
砂浆强度等级值(MPa), ——
系数,按表取值.
3.2目前尚无相关规范对锚杆用水泥砂浆各性能的试验方法,试验 温湿度,养护条件及拌合物流动性表示方法等给出明确规定.根据多 年试验经验及相关标准,给出以下建议:
(1)锚杆用水泥砂浆各性能试验方法,试验室温湿度和养护条件
均可参照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》(JGJ/T70—2009)[41;其中 立方体抗压强度试验中砂浆立方体抗压强度建议按下式计算: =
式中fm——砂浆立方体抗压强度(MPa),应精确至O.1MPa;
|Iv,——试件破坏荷载(N); A——试件承压面积(mm2).
(2)锚杆用水泥砂浆拌合物流动性须保证砂浆拌合物既不堵塞注 浆管,又不离析,从而确保砂浆的可泵性和密实性.根据多年试验经验 及多次工地现场试验,本文建议用流动度表示砂浆拌合物的流动性较 合适,试验方法可参照《水泥基灌浆材料)(jcrr986—2005)%.5条.根 据多次工地现场试验,砂浆流动度宜控制在(250+10)mm范围内,既能 保证砂浆密实性,又不会出现堵管现象,可以使注浆泵高效率地工作, 有利于施工的连续性,对加快施工进度有很大帮助. 3.3锚杆用水泥砂浆配合比试验方案及试验结果
本次试验细骨料采用泰安河砂,过2.5mm筛,细骨料(砂子)主要 性能指标见表1;水泥采用山东水泥厂普通硅酸盐水泥P.042.5,主要 性能指标见表2;水为饮用水. 表1砂子检测结果 表2水泥检测结果
水泥强度安定凝结时间,min抗折强度,MPa抗压强度,MPa 品种等级性初凝终凝3d28d3d28d P.042.5合格1151865.19.O21.947.0 3.3.1试验方案一
根据《锚杆喷射混凝土支护技术规范)(gB50086—2001)[21规定:水 泥与砂之比宜为1:1～1:2(重量比),水灰比宜为O.38～O.45.砂浆配合比 试验结果见表3.
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表3砂浆配合比试验结果
配合每立方米材料用量,kg施工比编水灰灰砂比稠度湿表观密 比(mm)度(keCm)水泥砂子水情况号 l0.3801:1.OO452l9O920920350堵管 20.3801:1.50172230774l161294堵管
30.3801:2.001122406631325252堵管 40.415l:1.0078215000369堵管 50.4151:1.5O562l9O75ll127312堵管 60.415l:2.00l3220041288268堵管 70.4501:1.001052130869869392易堵管 80.4501:1.5072217073611O3331堵管 90.4501:2.003622oo638l275288堵管 3.3.2试验方案二
灰砂比取h0.50-1:2.25,砂浆设计流动度(250:t:10mm);砂浆配 合比试验结果见表4. 表4砂浆配合比试验结果
配合灰砂砂流动湿表观每立方米材料用量,kg水灰28d 比编灰度密度比抗压强 县比比f
mm)(kg/m)水泥砂子水度(MPa) 1l:0.5OO.5O248l9709854934920.5o036.9 21:0.750.752502oo0879659462052532.7 31:1.001.00260203079679380.55028.4 41:1.251.2526020507269074170.57525.7 51:1.501.50250205066l9923970.60o25.O 61:1.751.75260206060410573990.66024.2 7l:2.002.OO2602O6O554l1083990.72021.9 81:2.252.2526020605l3ll553920.76517.O
根据以上试验数据,绘得砂灰比与水灰比关系图见图1,砂灰比 与每立方砂浆中用水量关系图见图2,水灰比与砂浆28d抗压强度关 系图见图3. 图1 图2 图3
4试验结果分析 4.1方案一
本方案设计出的配合比稠度度均偏小,最大稠度度为105mm.如 果不加减水剂,砂浆流动性太差,堵管,无法满足砂浆工作性,无法施 工. 4-2方案二
如图1所示,随着砂灰比的不断增大,水灰比不断增大:
如图2所示:砂灰比<1.50时,随着砂灰比不断增大,用水量不断 减少;砂灰比在1.50～2.25范围内,用水量变化不大;
如图3所示:砂浆28天抗压强度随水灰比的增大而降低,符合规 律,即水灰比决定砂浆强度. 4-3方案比较及结论
方案一在不掺外加剂的情况下,设计出的配合比很难满足砂浆流 动性要求,很容易堵管,无法满足砂浆的工作性.
方案二设计出的配合比既能满足砂浆强度要求,又能保证砂浆流 动性要求,不易堵管,便于工人施工,提高施工进度.
锚杆用水泥砂浆配合比设计的关键就是确定水灰比和砂灰比(或 灰砂比).水灰比过小时砂浆流动性差,可注性差,易堵管,影响注浆作 业的正常进行;水灰比过大时,浆液易离析,注浆体密实度不易保证, 硬化过程中易收缩,浆体强度损失大,无法保证砂浆强度,影响锚固效 果.砂灰比过小时水泥用量大,增加工程成本;砂灰比过大时,要保证 砂浆流动性水灰比就大. 5结束语
近年来随着高层建筑的不断发展,岩土锚固工程技术在高层建筑 深基坑工程的应用范围不断扩大,尤其是全长粘结性锚杆的应用占锚 杆支护技术较大比重.在保证锚杆质量的前提下,为了满足施工现场 砂浆工作性,提高施工效率,设计出更科学,更经济的配合比是非常必 要的,这样既满足了设计强度要求,又保证了砂浆的可泵性和密实性. 本文在现有标准,规范及相关经验的基础上,通过相关试验,提出了一
套合理的设计方法和检验标准,解决了试验人员在配合比设计工作中 遇到的疑问和难题,使得锚杆用水泥砂浆配合比设计更加科学合理, 为今后的相关工程设计工作提供了参考.l童 【参考文献】
[1]陈珂.锚杆在岩土边坡锚固工程中的应用.城市建设,2009(17):57—59 [2]GB50086—200l锚杆喷射混凝土支护技术规范. [3]CECS22:2005岩土锚杆(索)技术规程.
[4]JGJ厂r70—2009建筑砂浆基本性能试验方法标准. [5]Jcfl\"986—2005水泥基灌浆材料. [责任编辑:张慧] 293
