现场喷射钢纤维混凝土试验及其配合比研究

现场喷射钢纤维混凝土试验自2002年9月4日开始，它可分为两个阶段进行：第一阶段为喷射钢纤维混凝土配合比调整和施工工艺研究；第二阶段为喷射钢纤维混凝土配合比性能试验。

（1）喷射钢纤维混凝土配合比调整和施工工艺研究。在此阶段，主要进行了骨料级配试验及调整、采用麦斯特湿喷机和国产湿喷机进行现场试喷、配合比调整和施工工艺摸索研究等工作。

1）骨料级配试验及调整。鉴于室内试验阶段所使用的骨料中粒径小于0.63mm的颗粒偏少，现场试验阶段对骨料的综合级配进行严格控制。骨料级配的试验结果见表4.36。

表4.36　骨料级配的试验结果

续表

在对上面的各组骨料进行综合级配分析后，确定了各种骨料的具体取样地点和质量要求。

2）现场试喷。麦斯特湿喷机在国内外许多工程上使用过，但均系机械手操作，输送管路仅20m左右，且只有100～85mm一个变径，故正常工作效率可达16m3/h左右。采用喷射钢纤维混凝土的施工工艺对钢筋混凝土坝体进行结构性加固，在我国没有现成的经验可以借戒，加之佛子岭加固工程对设备的要求具有如下特殊性：①钢纤维混凝土需输送的水平距离和垂直高度据当时估算要达到80～100m，目前国产设备满足不了此项要求。②必须采用人工操作，造成管路有100～80mm、80～65mm和65～50mm三个变径，这要求钢纤维混凝土可泵性要非常好，且每小时钢纤维混凝土输送方量也只能很小，否则人工无法操作。因此在现场采用麦斯特湿喷机进行试喷是极为必要的。

a.麦斯特湿喷机现场试喷。为了解麦斯特湿喷机与国产湿喷机的异同，在试喷前，试验小组成员和相关试验单位、施工单位的技术人员首先听取了设备生产厂家对麦斯特湿喷机性能和工作原理的介绍，具体如下：

MEYCOsuprema喷射泵的工作原理是：钢纤维混凝土通过下料斗进入具有液压控制和冲程调节的送料缸体中，在高达75bar的压力作用下通过一个自动换相的S形摆管回路进入送料管中。得益于缸体和冲程的最佳比例以及极短的S形摆管回路切换时间，S形摆管切换时损失的体积能够在S形摆管切换后极短的时间内由比例阀排出必要的钢纤维混凝土输送量，从而使物料流动具有不明显的中断，避免了钢纤维混凝土输送过程中的脉动现象。液体速凝剂在喷枪口雾化并与钢纤维混凝土混合，在高压风的作用下高速喷射到受喷面上。

麦斯特湿喷机速凝剂控制原理为：根据指定介质（速凝剂）、钢纤维混凝土配合比，以人机对话方式输入控制参数，调节钢纤维混凝土流量电位器后，钢纤维混凝土的输出方量随之改变，变频仪内有一控制系统，它可以不断地将实际值与设定值进行比较，并通过变频仪调节电流大小来控制驱动电机的转速，使介质的掺量与所提供的钢纤维混凝土容积成比例，从而达到控制速凝剂掺量的目的。

为了验证速凝剂掺量是否能准确计量，共分3m3/h、5m3/h、8m3/h及出口有无压力6种情况进行了率定，率定结果见表4.37。

表4.37　速凝剂计量率定

率定结果表明：速凝剂能按仪表显示数值较准确的输出，如钢纤维混凝土实际输出量与设定值一致则速凝剂掺量较准确，否则速凝剂实际掺量与预定掺量就存在一定误差。钢纤维混凝土输出方量越大，速凝剂掺量越精确，且出口有压力情况（更接近实际工况）比无压力时准确。

在初步了解麦斯特湿喷机的性能和工作原理后，9月5日按任务书中的配合比进行了试喷。首次喷射管道就在由65mm变化到50mm的变径处出现了堵管现象。次日在与设备生产厂家的有关技术人员进行座谈时，比较细致地询问了麦斯特湿喷机的细部结构、工作原理、喷射时的各工艺参数和正常喷射对钢纤维混凝土的定性定量要求，在此基础上，初步认为堵管主要是因细砂尚未进场，骨料的级配尚不满足要求等原因。故要求施工单位尽快准备好各项材料，严格按照《现场试喷任务书》书中的A组配合比进行计量，控制钢纤维混凝土的坍落度在设备生产厂家所要求的湿喷机正常喷射的范围内（坍落度大于100mm），钢纤维混凝土和易性应良好。

9月6～7日，按照《现场试喷任务书》中的配合比（表4.38中试验编号为9.6.1）逐盘称量各种原材料，坍落度控制在145mm时，钢纤维混凝土在管道由65mm变化到50mm的变径处亦产生堵管现象；在坍落度增大到200～220mm时，仅有少量钢纤维混凝土可喷出，绝大多数钢纤维混凝土仍因堵管而无法喷射；再进一步将坍落度增大到225～245mm后，有0.8m3钢纤维混凝土连续喷出，但据当时观察，喷射料损失较大；在此配合比的基础上，粉煤灰的掺量由75kg/m3降低到50kg/m3，坍落度控制为220mm时，钢纤维混凝土又变得难喷起来（泵压已超出正常工作时的压力，如继续喷射此配合比钢纤维混凝土，则有可能产生堵管现象）；其他材料不变，W掺量减少，粉煤灰掺量仍为75kg/m3，坍落度为205mm时，钢纤维混凝土在喷射时依旧堵管；而粉煤灰掺量为100kg/m3，坍落度为210～230mm时，喷射情况有所好转，可连续喷出0.8m3，但喷射料损失都较大。钢纤维混凝土配合比和喷射具体情况见表4.38。

表4.38　钢纤维混凝土喷射情况一览表

注 1.堵管是指喷射过程中无法连续喷射3盘钢纤维混凝土（1.2m3），位置多出现在管道直径由65mm变成50mm的变径处；可喷是指钢纤维混凝土拌和方量少，喷射过程中无堵管现象；正常是指能连续喷射3盘（＞1.2m3）以上钢纤维混凝土。
2.喷射时管道总长度为68m，钢管输送42m，橡胶管输送26m。管路斜坡上升段垂直高度2.7m，长11m。管路中间有100mm变80mm、80mm变65mm、65mm变50mm三个变径。
3.喷射时的工艺参数为：枪口风压0.5MPa左右，喷射距离1.0m左右，钢纤维混凝土喷射方量约5～8m3/h。
4.9.19配合比初始坍落度为165mm的钢纤维混凝土，15min后坍落度为145mm，30min后坍落度为100mm，45min后坍落度为65mm，60min后坍落度为55mm，90min后坍落度为35mm，120min后坍落度为20mm。
5.9.20配合比初始坍落度为200mm的钢纤维混凝土，15min后坍落度为180mm，30min后坍落度为125mm，45min后坍落度为90mm，60min后坍落度为55mm。
6.9.27配合比初始坍落度为240mm的钢纤维混凝土，15min后坍落度为235mm，30min后坍落度为220mm，45min后坍落度为220mm，60min后坍落度为220mm，90min后坍落度为185mm，120min后坍落度为175mm。喷射时，输送管道长度为49m，上午喷枪直径为50mm，下午喷枪直径为65mm。
7.以上均为设备生产厂家的技术人员操作湿喷机。

至9月10日，进行的所有现场试验，都是在麦斯特湿喷机生产厂家有技术人员在现场指导下进行的。在多次出现堵管现象后，一方面分析堵管原因，同时也与设备生产厂家的技术人员进行座谈和沟通，征求其对产生堵管现象的看法和意见。但他们对现场所出现的情况也毫无办法，只是建议采用他们公司生产的与麦斯特湿喷机配套的外加剂进行试喷，以便与前面出现的情况进行比较，同时也可寻找堵管的原因。

当时主要考虑到，如果外加剂一改变，钢纤维混凝土的各项性能都随之发生变化，室内试验的成果大都失去了意义。而该设备的生产厂家在现场的技术人员也无法保证配套的外加剂配制的钢纤维混凝土的各项性能均能满足佛子岭大坝加固工程的设计要求。后经试验小组讨论和研究，认为麦斯特湿喷机在性能设计和工作原理上是比较先进的，但该机器系新出厂，各个环节尚未得到足够的磨合，各项性能还有待进一步摸索和掌握。故决定采用《现场试喷任务书》中提出的B组配合比继续试喷。同时安排施工单位与生产厂家联系，购买φ65mm的喷头以便备用。

9月18日起，又按照B组配合比进行试喷，在拌和现场还同时进行了钢纤维混凝土坍落度损失试验，具体情况见表4.38中的试验编号为9.19、9.20和9.27。从喷射结果来看，不管配合比如何变化，钢纤维混凝土均无法正常喷射。从坍落度试验结果来看，钢纤维混凝土坍落度损失偏大，故9月27日上午又更换了PJ品种进行试验，钢纤维混凝土的坍落度及其损失已能满足设计要求，但钢纤维混凝土亦无法正常喷射。

从表4.38试验结果可以看到：使用麦斯特湿喷机喷射《现场试喷任务书》中推荐的配合比时易出现堵管现象，且一旦堵管就很难畅通。在此阶段，喷射机由生产厂家的技术人员亲自操作，基本上不存在操作错误等问题。经试验小组研究讨论，决定从以下几方面采取措施，可望弄清喷射时堵管的问题：①缩短输送管道，由原68m减至49m。②改用φ65mm喷头，取消管道由65mm到50mm的变径。③钢纤维掺量由60kg/m3降至40kg/m3。④钢纤维混凝土坍落度在一定范围内调整。9月27日下午又按照上述意见进行了试喷。试喷结果表明：虽进行上述努力，但仍在管道由80mm到65mm的变径处出现堵管现象，且使用φ65mm喷头时，喷头及其中的钢纤维混凝土过重，操作人员无法长时间控制喷射距离和喷射角度，人员更换频繁，对钢纤维混凝土的性能和回弹损失都有较大影响。根据上述实际情况，试验小组当时就作出了停止进行此项措施的进一步研究。

b.使用国产湿喷机现场试喷。由于前一阶段现场试验使用麦斯特湿喷机，按《现场试喷任务书》中推荐的配合比进行喷射试验，极易产生堵管现象，且一时又无法弄清堵管的原因，在一筹莫展的情况下，决定采用国产泵式湿喷机进行试喷，以便与麦斯特湿喷机喷射特性进行比较，进一步弄清产生堵管的原因。

现场试验时使用的国产泵式湿喷机的工作原理和普通混凝土输送泵工作原理相似，只是在变径处有四个风管引入压缩空气将钢纤维混凝土高速喷射出去。速凝剂控制措施与室内试验时使用的国产湿喷机一样，均通过喷射机中的比例泵计量后在喷枪口处加入。使用国产泵式湿喷机试喷的配合比及喷射情况见表4.39。

表4.39　钢纤维混凝土喷射情况一览表

使用的国产泵式湿喷机在现场试喷，结果表明：在钢纤维混凝土配合比、工况基本相同的条件下，国产设备可以连续工作而不发生堵管现象，但喷嘴处钢纤维混凝土出料有脉冲现象，这对钢纤维混凝土的质量有较大影响。

c.试喷过程的经验总结及探讨。自9月4～27日，使用麦斯特湿喷机进行了一系列现场试喷试验，将输送管道距离从49m至68m进行变化，坍落度从150mm至280mm进行调整，分别使用了55mm和65mm的喷嘴，钢纤维掺量在60kg/m3至40kg/m3范围变化，并且是在生产厂家有技术人员的亲自操作下进行现场试喷，都未能解决堵管问题。同时还对施工过程中的搅拌、运输、下料等环节及机器操作时的各工艺参数和泵送距离的长度、高度等有可能影响堵管的因素都进行了一定的研究。而使用国产泵送湿喷机，对钢纤维混凝土配合比几乎不作任何改变，就可以正常喷射。鉴于前一阶段出现的这些情况，试验小组及时召开了会议，进行了认真分析、讨论和总结。会议认为：进口设备虽然其价格高出国产设备达10倍以上，从所介绍的产品性能来看，完全可以满足佛子岭大坝加固这种特定的施工环境的需要。但当前最突出的问题是堵管，无法实现其应有的功能。国产泵式湿喷机价格低，对钢纤维混凝土拌和物适应性较强，对现有的钢纤维混凝土配合比不作任何改变就可以正常喷射。但其设备性能无法满足佛子岭大坝加固这种特定施工环境的需要。使用国产泵送湿喷机试喷时，喷嘴处钢纤维混凝土出料有脉冲现象，同时其速凝剂计量存在着较大误差（室内试验时，预定速凝剂掺量为3%，与现场使用的同一厂家的国产湿喷机实测掺量在2.8%～6.8%范围内变化，另一厂家的国产湿喷机速凝剂掺量在1.5%～6.3%范围内变化），这对钢纤维混凝土的质量有较大影响。

鉴于国产泵送湿喷机无法满足佛子岭大坝加固这种特定施工环境的需要，必须继续就麦斯特湿喷机进行试验。通过前一阶段现场试验，特别是使用国产泵送湿喷机进行现场试喷以后，此时已初步认识到国产设备对钢纤维混凝土拌和物的和易性要求较低，而进口设备则对钢纤维混凝土拌和物的和易性要求比较苛刻。如何寻求到既能满足设计要求，又能适应进口设备对钢纤维混凝土拌和物和易性的苛刻要求的配合比是当时的当务之急。为此会议决定：从两方面着手使用麦斯特湿喷机继续试验。一是以室内试验成果为基础，适当调整钢纤维混凝土配合比以保证湿喷机能够正常喷射。具体措施如下：①调整砂率在60%～100%内变化。②坍落度按150～160mm配制，并控制在140～180mm内变化，以保证钢纤维混凝土的各项性能指标满足设计要求。③由于当时现场试验使用的人工碎石，片状含量较多，为了降低粗骨料形状对堵管的影响，要求采用卵石试喷。二是如果采取上述措施后仍不能顺利喷射的情况下，改变外加剂材料，换用麦斯特建材有限公司生产的DC和ZB外加剂组合（配合比亦由设备生产厂家确定，但水泥、骨料等材料品种不能变化，水胶比亦不宜变化）进行现场试喷，以便进一步弄清堵管的原因。

3）喷射钢纤维混凝土配合比调整。此阶段主要进行了钢纤维混凝土配合比调整工作，使其适应麦斯特湿喷机正常工作的要求。在选定材料种类的基础上，比较了不同品种钢纤维和掺量对钢纤维混凝土各项性能的影响。具体内容如下。

a.钢纤维混凝土配合比材料比例（品种）调整。10月1日开始，按会议要求的第一方案继续进行现场试验。将砂率调整到100%，钢纤维混凝土坍落度在165～220mm范围变化，等等，但堵管现象仍然严重。10月2日，换用与麦斯特湿喷机配套的外加剂——麦斯特建材有限公司生产的DC添加剂和ZB高效减水剂继续进行试验，以后又对这次试验形成的钢纤维混凝土实体进行了抗压强度及钢纤维损失情况的测试。试验结果见表4.40和表4.41。

表4.40　钢纤维混凝土喷射情况一览表(www.xing528.com)

注 1.10.1.1配合比钢纤维混凝土拌和物粘聚性极差；10.1.2配合比钢纤维混凝土喷射1.2m3后亦堵管；10.2编号的三个配合比还掺加了DC外加剂7.95kg/m3，ZB减水剂5.30kg/m3。
2.正常喷射时，速凝剂S3掺量均为水泥用量的3%。
3.喷射时的工艺参数为：管道长度为68m，布置同前；枪口风压0.5MPa左右；喷射距离0.8m左右；钢纤维混凝土喷射方量约4～5m3/h。

表4.41　喷射钢纤维混凝土试验结果

10月1～2日的现场试验之后，又发现了新的情况，11日试验小组又召开会议，进行了总结。试验单位从现场试验中发现了以下问题：①砂率为100%时，钢纤维混凝土拌和物的粘聚性极差，不能正常喷射。②砂率降至55%，粉煤灰掺量增至100kg/m3时，钢纤维混凝土坍落度在150～160mm时钢纤维混凝土无法喷射，当坍落度大于200mm时可勉强喷射。③喷射到试模内的钢纤维混凝土下部及四周不密实，抗压强度低于直接喷射到墙上钢纤维混凝土芯样的抗压强度；前者的钢纤维损失率远小于后者。④ZB高效减水剂和DC液体添加剂组合的减水率不能达到相应要求。由设备生产厂家提供的配合比，在水胶比为0.38时，钢纤维混凝土太干，基本上无流动性，未进行喷射；当水胶比增至0.42时，钢纤维混凝土坍落度达到165mm，仍无法正常喷射；当钢纤维混凝土水胶比增至0.43时，钢纤维混凝土坍落度大于200mm后，方可以正常喷射。此时喷射出的钢纤维混凝土拌和物中钢纤维损失率较大，多在30%～73%之间，不仅离散性大，而且整体钢纤维损失也较大。⑤同一配比中，钢纤维损失悬殊较大，其原因可能与喷射施工工艺有关，喷射间隔时间超过钢纤维混凝土的终凝时间，受喷面钢纤维混凝土失去缓冲作用，钢纤维损失可能就多一些；间隔时间短，受喷面钢纤维混凝土未终凝，尚有一定塑性，钢纤维损失可能就少一些。与会者针对上述试验中发现的问题，进行了认真分析和研究，提出了许多建议和设想。最后形成了以下意见：①肯定了前面的试验取得了一定成果，发现了不少问题，对今后的工作有一定的益处。②要求设计、试验和施工单位对现已进行的现场试验进一步研究和分析，确定下一阶段试验配合比方案，根据现场发生的情况及时分析并予以调整。③要求施工单位与设备生产厂家联系，寻求改善设备性能的可能性。④喷射时应注意施工各环节间的协调，并进行施工工艺参数的研究。⑤在能顺利喷射时，按《现场试喷任务书》要求完整地进行各项配合比的试验。

b.钢纤维混凝土配合比材料品种（比例）调整。从10月2日采用厂家配套的外加剂试喷时，也发现使用较小的水胶比和较小的坍落度都无法正常喷射，这与先前一味降低水胶比，减小坍落度的要求存在一定的矛盾。13日，现场试验人员又以室内试验推荐的配合比为基础，从提高水胶比加大坍落度的方面着手进行试验。将水胶比提高到0.403，坍落度在225～265mm之间变化时，采用进口设备勉强可以喷射。但从现场观察，枪口处有大量的钢纤维混凝土滴落，喷射到受喷面上成型的钢纤维混凝土有限，钢纤维混凝土损失太多，最后被迫停止了喷射。

从前一阶段现场试验结果可以看出，如果使用进口设备，按照室内试验推荐的配合比，在不改变材料品种的情况下坍落度小时已无法正常喷射，当坍落度大于220mm时，虽能勉强喷射，但钢纤维混凝土损失太多，不仅增加钢纤维混凝土的成本，也很难保证喷射钢纤维混凝土的各项力学性能满足设计要求。将10月1日和2日使用的钢纤维混凝土配合比进行比较，可以看出，不同的外加剂对钢纤维混凝土拌和物的性能有较大影响。鉴于上述情况，开始试探着调整外加剂材料。从类似工程和有关研究成果中，了解到粉煤灰对改善钢纤维混凝土拌和物的性能有较大影响，并安排相关人员采购。10月25日开始，进行了碎石换成卵石、掺用硅粉并取代W或粉煤灰、加入SBR增稠剂等项试验，并选择一配合比采用泵送工艺现场浇筑一块钢纤维混凝土（尺寸为2.5m×1.0m×0.4m），以便与喷射钢纤维混凝土进行对比（试验配合比和结果在后文有叙述）。试验结果见表4.42。从表中可以看出，10月25日进行的两组试验，使用的是G3铣削型钢纤维，每立方米钢纤维混凝土分别掺加了24kg和40kg的硅粉，喷射比较正常。26日，又使用了卵石代替人工碎石进行试验，由于使用了硅粉，喷射也比较正常。在28日进行的两组配合比的试验中，都掺加了SBR增稠剂12kg/m3，改善了钢纤维混凝土拌和物的粘聚性能，坍落度小时曾出现了堵管现象，但总体比较正常。

表4.42　钢纤维混凝土喷射情况一览表

注 1.10.13.1和10.13.2配合比钢纤维混凝土拌和物有离析泌水现象，且喷射时可明显观察到钢纤维混凝土回弹量偏大，枪口滴落的钢纤维混凝土亦偏多。
2.10.25.1配合比钢纤维混凝土坍落度降至120mm时产生堵管现象但很快畅通，其余均正常喷射。
3.10.26配合比粗骨料系采用卵石；钢纤维混凝土坍落度降至110mm时产生堵管现象但很快畅通，其余均正常喷射，钢纤维混凝土回弹率为12%。
4.10.28.1和10.28.2配合比钢纤维混凝土中均加入SBR增稠剂12kg/m3。
5.10.28.2配合比钢纤维混凝土坍落度较小时，曾产生堵管现象。
6.正常喷射时，速凝剂S3掺量均为水泥用量的3%。
7.喷射时各施工工艺参数为：10.13两个配合比枪口风压为0.3～0.7MPa，钢纤维混凝土喷射方量为2～3.5m3/h；其余配合比枪口风压为0.4～0.6MPa，钢纤维混凝土喷射方量为2.5～4m3/h；喷射距离均为1.0m左右，喷射角度为水平喷射。

在现场喷射过程中，对喷射比较正常时形成的钢纤维混凝土实体，不仅进行了现场凿块测试，还钻取了多个芯样，进行抗压强度、钢纤维损失率和新老结合面粘结强度的测试，具体的试验结果见表4.43和表4.44，并于11月6日和27日在有关会议上作了书面汇报。

表4.43　喷射钢纤维混凝土强度和钢纤维损失试验结果

表4.44　喷射钢纤维混凝土粘结轴拉强度试验结果

续表

通过使用国产设备、进口设备进行比较试验，以及对钢纤维混凝土各组成材料的比例、品种等诸多因素的调整试验，已经认识到钢筋混凝土拌和物的性能，对进口设备的喷射效果有较大影响，是造成喷射堵管的根本原因所在。通过10月25～28日的几组试验，可充分认识到这一点。

总结9月4日以来特别是10月25日以来的现场试验，以及有关的试验测试结果可以看出：①加入W外加剂、粉煤灰和PJ组合的钢纤维混凝土配合比，坍落度低于200mm时，易出现堵管现象。且堵管后很难畅通。坍落度大于200mm时方可以勉强喷射。但此时的钢纤维混凝土拌和物，粘聚性差，有离析、泌水现象出现。喷射出的钢纤维混凝土的抗压强度虽能满足设计要求。但钢纤维损失率较大，在20%～64%之间，平均值亦在40%以上。②在W外加剂、粉煤灰和PJ组合的基础上再加入SBR后，钢纤维混凝土拌和物的粘聚性有所增强，也可以正常喷射。但钢纤维损失率仍较大，喷射钢纤维混凝土的成本增加较多。③加入硅粉和PJ组合后，使用卵石的钢纤维混凝土的坍落度在130～160mm时可以正常喷射。此时钢纤维混凝土和易性良好，但钢纤维损失率在42%～54%之间，平均值在48%左右。④加入粉煤灰、硅粉和PJ组合的钢纤维混凝土，坍落度在160～200mm时可以正常喷射。此时钢纤维混凝土和易性良好，钢纤维损失率在17%～52%之间，平均值在36%左右。⑤在粉煤灰、硅粉和PJ组合基础上，再加入SBR增稠剂的钢纤维混凝土，其粘聚性有所增强，喷射后钢纤维损失亦可减少5%左右。⑥经过13组配合比近200个试件（包括试模内试块、芯样和室内试验的大板切割试件）的测试，结果表明，不管喷射哪种配合比的钢纤维混凝土，钢纤维损失率离散性均较大，这可能是采用湿喷工艺施工的固有特性。⑦从新老混凝土粘结性能来看，采用风镐凿毛效果要比风钻凿毛好得多；但不管是使用风钻还是风镐对新老混凝土结合面进行凿毛，都会在老混凝土表面上造成一定的创伤，新老混凝土联合结构就是从里这开始破坏的，上述试验已经证实了这一点。风钻凿毛处钻取19个芯样，15个在钻取时已从新老混凝土结合面断开，其余4个作粘结轴拉强度试验时，均在新老混凝土结合面断开，粘结轴拉强度在0.6～1.1MPa之间。风镐凿毛处钻取14个芯样，在钻取时仅有1个在新老混凝土结合处断开，并有部分老混凝土破坏。作粘结轴拉强度试验时，1个在新老混凝土结合面断开，粘结轴拉强度为0.7MPa；9个在新老混凝土结合处断开，并有部分老混凝土破坏，粘结轴拉强度在0.1～1.3MPa之间；3个在老混凝土内部破坏，粘结轴拉强度在0.2～1.4MPa之间。⑧钻取芯样时，钻头与混凝土之间的摩阻力矩对混凝土芯样施加了一个扭剪力，部分粘结抗剪强度低的芯样在新老混凝土界面断裂，其余的芯样可能受到一定损伤，从而降低了新老混凝土结合面粘结的轴拉强度。

通过对前一阶段试喷情况的总结和试验结果的分析，经试验小组研究和讨论，提出了以下意见和建议：①坍落度过大时（大于240mm），钢纤维混凝土粘聚性差，钢纤维混凝土回弹量和钢纤维损失率大，不宜采用加大钢纤维混凝土坍落度的方法来满足麦斯特湿喷机正常喷射的要求；而坍落度过低时（小于100mm），湿喷机已很难泵送；为此要求钢纤维混凝土的坍落度控制在160～180mm左右变化。②采用卵石代替人工碎石来改善喷射效果，无太大差别，且代价过大，工程施工时也难以实现，此方案不宜采用。③降低钢纤维掺量有减少喷射钢纤维混凝土损失率的可能性，如果最终实体钢纤维混凝土结构中钢纤维含量同钢纤维掺量大的配合比喷射后的钢纤维混凝土中钢纤维含量相差无几，这样在获得相同的增强增韧效果的前提下，钢纤维混凝土的成本可大幅度降低，下一阶段要进行这方面的研究。④采用硅粉取代粉煤灰时，钢纤维损失依然较大；而硅粉取代W时，钢纤维损失率有较大幅度下降，已由原来的40%以上降低到36%左右。由此可以初步确定选用水泥、粉煤灰、硅粉和PJ组合的胶凝材料比较优，但其组合的比例还有待于进一步优化。⑤不同的施工工艺参数对喷射钢纤维混凝土施工有较大影响。同一操作人员进行喷射钢纤维混凝土施工时，如严格按技术要求规范操作比随意施工时的钢纤维混凝土回弹量和钢纤维损失率均低。且在当前试验情况下如能正常喷射，但在实际施工时进行喷射钢纤维混凝土施工的条件比较复杂，能否正常喷射均是问题。另外，在同一配合比中，不仅不同芯样之间钢纤维损失悬殊较大，甚至同一芯样不同部位钢纤维损失悬殊也很大，其原因可能与喷射施工工艺有关。喷射间隔时间超过钢纤维混凝土的终凝时间，受喷面钢纤维混凝土失去缓冲作用，钢纤维损失可能就多一些；间隔时间短，受喷面钢纤维混凝土未终凝，尚有一定塑性，钢纤维损失可能就少一些；与老混凝土接触处，钢纤维损失最大。故建议根据前面的试验结果，为了降低喷射钢纤维混凝土的成本，在目前已取得试验成果的基础上，下一阶段再优选1～2种配合比和一种型号的钢纤维，进行施工工艺试验研究。⑥部分喷射钢纤维混凝土实体结构，在喷射后10～22d内已发现有裂缝，可能是喷射完成后未及时养护，且在养护初期有大的温降所致。故建议配合比中应控制水泥用量，喷射后要加强对钢纤维混凝土的养护。⑦由于喷射钢纤维混凝土时钢纤维和混凝土回弹损失都很大，造成较大浪费，加大了工程施工成本。而坝体垛墙加固的一些部位无法进行喷射施工，故建议进行模注泵送钢纤维混凝土配合比试验研究，以比较其两种施工工艺的优劣。

c.喷射钢纤维混凝土配合比初步确定和施工工艺优化。通过10月25～28日的几组配合比试验，初步找到了适应进口设备的钢纤维混凝土配合比。而这仅仅是从适应进口设备而摸索的，按这种配合比喷射的钢纤维混凝土的各项力学性能指标是否满足设计要求尚不清楚，且从已测试的结果来看，钢纤维的回弹率也比较大，因此还需要调整和优化。是否还有其他的配合比也能适应进口设备的喷射要求，特别是基于室内试验成果的配合比是当时摸索的主要目标。为此，11月30日，先选择了一组基于室内试验成果的配合比（试验编号为11.30.1）继续进行试验和摸索，终因堵管而无法实施而停止。尔后又选择基于10月25日和26日（28日因掺加了SBR增稠剂）试验成果，并作了适当调整的配合比（试验编号为11.30.2）继续进行摸索试验，现场观察喷射状态比较理想。12月1日，又在前日的基础上，对砂率作了调整，当砂率增大到80%，也因堵管而无法继续喷射。

由于工程建设在急，现场试验也不可能无限期进行下去。在总结和分析前期现场试验成果的基础上，初步确定今后的试验主要以试验编号为11.30.2配合比为基础，首先解决钢纤维混凝土损失和钢纤维回弹过大的问题，尔后再进一步探索喷射钢纤维混凝土的各项性能研究。如条件许可再进行诸如钢纤维混凝土配合比方面的研究。

通过前一阶段现场喷射试验的观察及各组配合比的试验测试结果来看，钢纤维混凝土损失和钢纤维回弹虽然平均值比较大，但也有很大的离散性。这就预示着降低钢纤维混凝土损失和钢纤维回弹量有较大的可能性。为此，试验小组专程赴有关工程考察和调研，并对现场喷射情况进行仔细观察和分析，认为配合比相同的情况下，喷射手的操作水平、枪口风压、喷射距离及角度、速凝剂掺量等对喷射钢纤维混凝土的损失都有较大影响。经过认真总结，认为喷射钢纤维混凝土的损失主要分为四种类型：一是喷枪口处成团坠落。这主要是坍落度大；或是钢纤维混凝土拌和物粘聚性差；或是风压不足等原因所致。二是没有喷射到受喷面上，钢纤维混凝土就散落。这可能是风压不足；或是钢纤维混凝土拌和物粘聚性差；或喷射距离太远等原因所致。三是到受喷面上以后钢纤维混凝土被弹回。这主要是喷射角度不正确；或是钢纤维混凝土拌和物粘聚性差；或是风压过大；或是喷射距离太近；或是每层喷射的钢纤维混凝土间隔时间太长，已喷上去的钢纤维混凝土已经凝固硬化，导致回弹增大等因素所致。四是已在受喷面上的钢纤维混凝土被吹落。这可能是风压过大；或是速凝剂掺量不足或其质量有问题；或是钢纤维混凝土拌和物粘聚性差；或是每层喷射的钢纤维混凝土间隔时间太短，已喷上去的钢纤维混凝土还未凝结就被吹落等原因所致。

对于钢纤维混凝土粘聚性可以通过调整配合比和改变组成材料等方式达到。对于风压、喷射距离、喷射角度可以通过试验摸索来掌握。对于速凝剂掺量可以通过试验比较来确定。为了降低人为因素对钢纤维损失率的影响，对现场操作人员进行了专门培训。在培训时，首先向参加试验的人员仔细分析了造成钢纤维混凝土损失和钢纤维回弹的主要原因，强调了注意事项，提出了具体要求。特别要求操作手一定要掌握好喷射距离和喷射角度，喷枪要匀速环向移动，并要求有关人员要做好相应的配合工作。表4.45中的几组配合比，就是为了进一步研究各施工工艺参数（枪口风压、喷射距离及角度、输送距离、输送方量、速凝剂掺量及喷枪移动快慢等）及钢纤维掺量对钢纤维混凝土各项性能的影响，而进行的一系列试验。

表4.45　钢纤维混凝土喷射情况一览表

注 1.正常喷射时，速凝剂S3掺量均为水泥用量的3%。
2.喷射时各施工工艺参数：枪口风压为0.4～0.6MPa，喷射距离为0.8～1.2m，输送方量为3～6m3/h，速凝剂掺量为2.6%～3%。

通过现场观察和试验结果总结分析表明：枪口风压为0.5～0.7MPa、喷射距离为0.8～1.2m、喷枪口与受喷面夹角在80°～90°之间、钢纤维混凝土输送方量为5～6m3/h时喷射效果较优，而输送距离、钢纤维掺量及速凝剂掺量（在2.6%～3%范围内变化）等对钢纤维损失率影响较小。从表4.45、表4.46和表4.47可以看到：①加入W的钢纤维混凝土依旧无法正常喷射。②硅粉取代W后在砂率为55%时可以正常喷射，但砂率增大至80%时，又因堵管而无法正常喷射。③喷射钢纤维混凝土时钢纤维损失率离散性亦较大，但芯样钢纤维损失平均值和最大值较以前相比有较大幅度减少。④钢纤维掺量在40～60kg/m3变化对钢纤维混凝土的抗压强度无明显影响，这和喷射钢纤维混凝土室内试验研究成果一致。⑤正常喷射情况下，钢纤维掺量从40kg/m3增至60kg/m3时，喷射钢纤维混凝土的劈拉强度也相应增大，这体现了钢纤维的增强作用。⑥各组芯样的28d抗压强度都达到了52.9MPa以上，满足设计要求。⑦除试验编号为12.1这组试验外，其余各组芯样和现场凿块的钢纤维损失率的平均值都在34.2%范围内，较前一阶段现场喷射试验有大幅度降低。

表4.46　喷射钢纤维混凝土强度试验结果

表4.47　喷射钢纤维混凝土钢纤维损失率试验结果

续表

通过这一阶段工艺试验的摸索和改进，既有效地降低了钢纤维的回弹率，也积累了经验，初步总结出了使用麦斯特湿喷机在操作人员手持喷枪的情况下一些施工工艺参数，为以后的现场试验和工程施工打下了良好的基础。