赫 然

(上海寶冶集團(tuán)有限公司,上海 201900)

國家雪車雪橇賽道為長線型空間雙曲面板殼結(jié)構(gòu)，采用常規(guī)的混凝土施工工藝無法實(shí)現(xiàn)，為此賽道結(jié)構(gòu)施工擬采用噴射混凝土施工。噴射混凝土在國內(nèi)主要應(yīng)用于邊坡支護(hù)、隧道內(nèi)襯等臨時(shí)支護(hù)工程，混凝土的配合比及施工工藝直接決定混凝土的使用性能，而噴射混凝土因其特殊的應(yīng)用條件對兩者有著更高的要求，因此，對噴射混凝土的配合比及施工控制技術(shù)的研究是眾多學(xué)者研究的重點(diǎn)。

葉飛等采用L16(45)正交試驗(yàn)和極差分析法研究了噴射混凝土配合比等因素對噴射混凝滲流結(jié)晶的影響，結(jié)果證明在各因素中，基本配合比為主要影響因素。另外，外加劑對噴射混凝土同樣有重要影響[1]。王家赫通過對比試驗(yàn)研究了液體無堿速凝劑與功能性摻合料對噴射混凝土力學(xué)性能等工作性的影響，闡明了兩種材料在噴射混凝土性能提升方面的作用，同時(shí)進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)[2]。李悅等對噴射混凝土用速凝劑的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，分析了各速凝劑的特性及速凝機(jī)理，并進(jìn)一步指明了未來尚需解決的問題及進(jìn)一步研究與發(fā)展的方向[3]。近年來亦有學(xué)者研究纖維噴射混凝土的力學(xué)性能，并取得了一定研究成果。譬如霍建勛等采用室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析等方法研究不同纖維種類、混雜方式對噴射混凝土抗壓、抗折、彎曲韌性的影響規(guī)律，并提出了高強(qiáng)纖維噴射混凝土的最優(yōu)配合比[4]。孫秋榮等在基準(zhǔn)噴射混凝土配合比的前提下，在混凝土中加入不同摻量的陶粒及玄武巖纖維組合制成輕骨料纖維噴射混凝土，進(jìn)而探究二者對該混凝土抗拉、抗壓及抗剪強(qiáng)度的影響，建立了預(yù)測模型預(yù)測力學(xué)特征及破壞規(guī)律[5]。仇影等則采用常溫滴加工藝，以納米活性氧化鋁和改性醇胺為主要原料制備了噴射混凝土用無堿液體速凝劑[6]。除此之外，施工技術(shù)的更新迭代對于材料性能的發(fā)揮有著重要的推動(dòng)作用。宋偉明結(jié)合某新建鐵路隧道工程，參照常規(guī)的混凝土試驗(yàn)方法進(jìn)行混凝土的配合比設(shè)計(jì)，證明雙摻技術(shù)可以改善高性能噴射混凝土的性能[7]。何文敏等研究了基于工作性的濕噴射混凝土配合比設(shè)計(jì)[8]。李政達(dá)等則基于正交試驗(yàn)研究了硅灰-納米SiO2高強(qiáng)灌漿料性能[9]。

目前國外的噴射混凝土技術(shù)已廣泛應(yīng)用于主體結(jié)構(gòu)施工。而國內(nèi)噴射混凝土大多用于臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，在新建建筑結(jié)構(gòu)中用噴射混凝土的先例不多，更沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，缺乏可借鑒的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。因此，以國家雪車雪橇中心賽道的建設(shè)為契機(jī)，為滿足運(yùn)動(dòng)的安全性和競技性，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成立了科研小組，對賽道結(jié)構(gòu)專用噴射料制備及質(zhì)量控制技術(shù)進(jìn)行研究，這在賽道的特征、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、施工工藝方面均屬國內(nèi)首次。

1 工程概況

國家雪車雪橇中心賽道為長線型空間雙曲面板殼結(jié)構(gòu)，依山勢而建，宛若一條游龍飛騰于山脊之上。主賽道全長1 975 m，共設(shè)置16個(gè)彎道，其中第11個(gè)彎道為全球獨(dú)具特色的360°回旋彎道，賽道最高點(diǎn)高程1 017 m，位于出發(fā)區(qū)1，最低點(diǎn)位于C16彎底部，高程896 m，最大落差121 m，最快滑行速度134.4 km/h，它是冬奧會(huì)中速度最快、專業(yè)性最強(qiáng)、觀賞性最高的比賽項(xiàng)目之一。賽道建成后將成為國內(nèi)唯一、世界第17條符合冬奧會(huì)標(biāo)準(zhǔn)的雪車雪橇賽道。國家雪車雪橇中心場館實(shí)景見圖1。

圖1 國家雪車雪橇中心場館實(shí)景Fig.1 The real scene of National Sliding Centre

2 噴射混凝土技術(shù)要求

2.1 賽道噴射混凝土及原材料設(shè)計(jì)的技術(shù)要求

噴射混凝土及原材料設(shè)計(jì)的技術(shù)要求如下：

1)賽道噴射混凝土強(qiáng)度為C40，抗?jié)B等級不應(yīng)低于P6；抗凍融循環(huán)等級不低于F400。

2)裂縫控制等級為三級，最大裂縫寬度限制為0.2 mm。

3)賽道工作面表面的縱向、橫向以及水平向各向平整度需控制在±10 mm內(nèi)。

4)水泥應(yīng)選用42.5級硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

5)粗骨料宜采用連續(xù)級配，最大公稱粒徑不宜大于10 mm，針片狀含量不大于5%，含泥量不應(yīng)大于0.5%，泥塊含量不應(yīng)大于0.2%。

6)細(xì)骨料宜選用Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)應(yīng)為2.4～3.0，含泥量不應(yīng)大于2.0%，泥塊含量不應(yīng)大于0.5%。

7)減水劑宜采用減水率不低于25%的高效減水劑；宜摻用硅灰。

2.2 賽道噴射混凝土特殊要求

冬奧會(huì)雪車雪橇項(xiàng)目賽道混凝土是一種精確曲面造型的高性能高致密性噴射混凝土，其強(qiáng)度、密實(shí)度及抗裂性與低收縮性要求高，還要求有良好的抹面性能等。其特殊性具體表現(xiàn)如圖2所示。

圖2 賽道噴射混凝土特性Fig.2 Characteristics of the track shotcrete

混凝土特殊性具體要求如下：

1)坍落度小。為確保噴射混凝土在高墻段初凝前不流淌且密實(shí)成形，其高墻段部分坍落度必須要求控制在60～100 mm范圍內(nèi)。坍落度較小，易損失，對混凝土坍落度保坍性能要求較高。

2)良好的泵送性能。由于混凝土坍落度較小，為達(dá)到良好的泵送性能，混凝土對原材料的顆粒級配要求較高。

3)良好的抹面性能。賽道噴射混凝土表面平整度要求較高，因此要求混凝土有足夠的抹面時(shí)間，但又要求混凝土在短時(shí)間內(nèi)能達(dá)到一定強(qiáng)度，因此混凝土初凝時(shí)間一般在5～8 h。

4)抗凍等級要求高。雪車雪橇賽道混凝土表面需制冰，采用直接蒸發(fā)式氨制冷系統(tǒng)，制冷管位于滑道結(jié)構(gòu)層內(nèi)，進(jìn)行反復(fù)制冰，因此噴射混凝土抗凍融等級要求高。

5)北京雪車雪橇中心賽道對混凝土表面及內(nèi)部均勻性有要求，為全新的施工工藝，特殊的配合比，結(jié)合復(fù)雜的施工條件，構(gòu)成了混凝土施工的技術(shù)難點(diǎn)。

3 噴射工藝的選擇

噴射混凝土施工工藝流程一般可分為干噴、潮噴、濕噴和混合噴四種。

干噴和潮噴都是在噴射機(jī)噴頭處進(jìn)行加水，其噴頭處閥門控制難度較大，無法保證穩(wěn)定的水灰比，造成噴射混凝土性能差異較大無法滿足賽道噴射混凝土性能穩(wěn)定。

混合噴射又稱水泥裹砂造殼噴射法，它是將一部分砂第一次水拌濕，再投入全部水泥強(qiáng)制攪拌造殼;隨后加第二次水和減水劑拌和成SCE砂漿;將另一部分砂和石、外加劑強(qiáng)制攪拌均勻。然后分別用砂漿泵和干式噴射機(jī)壓送到混合管混合后噴出?；旌蠂娚涫欠执瓮读蠑嚢韫に嚺c噴射工藝的結(jié)合，其使用機(jī)械數(shù)量多，工序操作復(fù)雜，在實(shí)操過程中，操作難度較高，噴射混凝土的性能穩(wěn)定性較差。

為此，科研團(tuán)隊(duì)選擇了濕噴工藝。為確保噴射混凝土性能的穩(wěn)定，噴射料采用工廠干拌，在現(xiàn)場自建攪拌站與水拌和后，直接采用噴射機(jī)進(jìn)行施工，不在噴射機(jī)內(nèi)及噴射機(jī)噴頭處混合任何物質(zhì)，以確保噴射混凝土的性能穩(wěn)定。

賽道內(nèi)部結(jié)構(gòu)體密集，為減少高壓噴射形成的有害雜質(zhì)回彈和回灰，噴射過程中，吹掃手同步于噴射手，以合適的角度和時(shí)機(jī)采用特制高壓吹掃管將高壓噴射反彈落入賽道骨架中的回彈料和黏附在鋼筋網(wǎng)片的回灰吹出賽道，確保賽道連續(xù)噴射中，回彈和回灰都同步清理。

4 噴射混凝土材料的設(shè)計(jì)

4.1 噴射混凝土基本配合比設(shè)計(jì)方法

研究賽道混凝土材料的原材料優(yōu)化選取、粒徑級配及配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，采用實(shí)驗(yàn)室檢測各項(xiàng)性能參數(shù)合格的小批量材料進(jìn)行試噴試驗(yàn)，根據(jù)試噴的效果調(diào)整確定噴射混合料的中期配合比；基于設(shè)計(jì)配合比在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行混凝土材料的制備，形成雪車雪橇中心賽道混凝土材料制備技術(shù)。賽道噴射混凝土配置流程如圖3所示。

圖3 賽道噴射混凝土配置流程Fig.3 The preparation flow chart of the track shotcrete

4.1.1混凝土材料性能測試技術(shù)研究

研究試驗(yàn)檢測方法、質(zhì)量控制方法；對混凝土材料進(jìn)行材料性能分析，測定混凝土的坍落度、黏聚性、抗?jié)B性、抗凍融循環(huán)特性指標(biāo)、噴射回彈率等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)參數(shù)，建立混凝土材料特性模型及檢測標(biāo)準(zhǔn)體系。

4.1.2研究內(nèi)容

研制賽道混凝土材料的原材料優(yōu)化選取及配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，研究試驗(yàn)檢測方法、質(zhì)量控制方法，對混凝土進(jìn)行材料性能分析，測定混凝土關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)參數(shù)，形成賽道混凝土材料設(shè)計(jì)、制備及檢測關(guān)鍵技術(shù)。

4.1.3研究方法

采用交叉試驗(yàn)法、保羅米公式、配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行混凝土材料的制備技術(shù)研究，通過小批量材料試噴試驗(yàn)進(jìn)行噴射效果分析，采用材料性能檢測方法進(jìn)行混凝土材料關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)測試。

4.2 賽道噴射混凝土原材料選擇

研究賽道混凝土材料的原材料優(yōu)化選取、粒徑級配及配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，采用實(shí)驗(yàn)室檢測各項(xiàng)性能參數(shù)。材料各項(xiàng)性能參數(shù)要求如下。

4.2.1水 泥

針對各廠家同規(guī)格、同等級水泥對標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性(雷氏法)、比表面積、第3天抗壓及抗折強(qiáng)度、第28天抗壓及抗折強(qiáng)度等試驗(yàn)項(xiàng)目對比，以檢測其穩(wěn)定性及適應(yīng)性。通過試驗(yàn)檢測，在滿足規(guī)范技術(shù)要求的前提下，采用細(xì)度更細(xì)的(比表面積大于350 m2/kg，國標(biāo)300 m2/kg)P·O 42.5水泥。水泥檢測指標(biāo)見表1。

表1 水泥性能指標(biāo)Table 1 Performance indexes of cement

4.2.2礦 粉

依據(jù)文獻(xiàn)[10]的試驗(yàn)方法，通過對比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)選用礦粉S105較S95在用水量、凝結(jié)時(shí)間、對流動(dòng)度影響方面更優(yōu)一些，故選用S105礦粉，并且在實(shí)際應(yīng)用中，噴射混凝土性能更優(yōu)。

4.2.3硅 灰

硅灰的二氧化硅含量應(yīng)大于等于85%，比表面積大于等于15 000 m2/kg，第3天活性指數(shù)大于等于90%，第7天活性指數(shù)大于等于95%，第28天活性指數(shù)大于等于115%。

4.2.4骨 料

1)細(xì)骨料。

賽道噴射混凝土用砂為II區(qū)砂，細(xì)度模數(shù)宜為2.4～3.0，含泥量小于等于2.0%，泥塊含量小于等于0.5%。本賽道由于對砂的顆粒級配要求較高，試驗(yàn)過程中選用了大量砂做對比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)級配均達(dá)不到理想效果，后采用將砂篩分成5個(gè)單粒徑，再按比例摻配的方式，摻配后達(dá)到了較為合適的級配。砂在使用前要經(jīng)過水洗、烘干。各種單粒徑砂占比見表2，砂的技術(shù)指標(biāo)見表3。

表2 各種粒徑砂占比Table 2 The gradation of sands

表3 砂的技術(shù)指標(biāo)Table 3 Performance indexes of sands

2)粗骨料。

石子除符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求外，選用級配合理，5～8 mm的堅(jiān)硬耐久的碎石，且粒形要好、針片狀顆粒含量小于10%；石子表觀密度應(yīng)大于2.65 g/cm3，堆積密度不小于1 450 kg/m3，含泥量小于1%、泥塊含量小于0.5%。

由于賽道噴射混凝土所使用碎石粒徑較為特殊，不能與其他碎石共用生產(chǎn)線，因此碎石廠家定制專用設(shè)備，碎石生產(chǎn)工藝采用反擊破式破碎機(jī)，與傳統(tǒng)顎式破碎機(jī)相比，反擊破式破碎機(jī)生產(chǎn)的碎石粒型較圓潤，針片狀較少，顆粒級配較為連續(xù)。

混凝土配合比研發(fā)成功后，對比美國混凝土協(xié)會(huì)ACI 506標(biāo)準(zhǔn)噴射混凝土砂石級配曲線，發(fā)現(xiàn)本研究最終確定的砂石級配曲線和ACI 506砂石曲線非常接近，從另一個(gè)角度印證了采用中砂石級配的正確性。砂石級配曲線如圖4所示?？梢娚笆铣杉壟錆M足ACI 506標(biāo)準(zhǔn)中2號(hào)分級要求的上、下限。

級配下限；級配上限；實(shí)測數(shù)值；ACI 506。圖4 砂石級配曲線Fig.4 The grading curve of sand

4.2.5外加劑

1)減水劑。減水劑使用高性能聚羧酸減水劑，抗壓強(qiáng)度比1 d不小于170%，3 d不小于160%，7 d不小于150%，28 d不小于140%，收縮率比28 d不大于110%，1 h經(jīng)時(shí)坍落度變化小于等于80 mm。

2)引氣劑。引氣劑抗壓強(qiáng)度比3 d不小于95%，7 d不小于95%，28 d不小于90%，收縮率比不大于135%，相對耐久性(200次)不小于80%，含氣量大于等于3%，1 h經(jīng)時(shí)含氣量變化-1.5%～1.5%。

3)緩凝劑。減少坍落度損失，增加運(yùn)輸時(shí)間內(nèi)材料的穩(wěn)定性。

4.2.6外摻料

1)膨脹劑。為了進(jìn)一步控制裂縫，加入適量的膨脹劑，用其膨脹所產(chǎn)生的壓應(yīng)力，來抵消噴射混凝土在硬化中的收縮拉應(yīng)力，從而減少了裂縫的產(chǎn)生。

2)抗裂纖維?？沽牙w維選用聚丙烯纖維，長度9 mm，直徑30 μm，彈性模量4 500 MPa，斷裂伸長率27.5%。能夠填充水泥顆粒間的孔隙，同時(shí)與水化產(chǎn)物生成凝膠體，與堿性材料氧化鎂反應(yīng)生成凝膠體。在混凝土中，摻入適量的硅灰，可增加混凝土的和易性和耐久性。

4.3 賽道噴射混凝土試驗(yàn)

4.3.1無速凝劑體系噴射混凝土

在國內(nèi)用于賽道主體結(jié)構(gòu)的噴射混凝土工程尚屬首例，無經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，賽道高墻段及上檐口角度接近垂直，需較大的黏聚力才能保證不脫落。且國內(nèi)噴射混凝土標(biāo)準(zhǔn)要求采用速凝劑進(jìn)行噴射，而國內(nèi)已有噴射混凝土均采用摻速凝劑噴射的施工方法，凝結(jié)時(shí)間僅幾分鐘，無法為噴射混凝土表面的精加工提供足夠的時(shí)間，噴射混凝土不經(jīng)過精加工根本達(dá)不到毫米級賽道表面修飾的建造要求。從優(yōu)化混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的思路入手，通過對混凝土內(nèi)部從納米到宏觀的多尺度缺陷進(jìn)行填充、修補(bǔ)和控制，兼顧多相界面過渡區(qū)化的方法提出噴射混凝土的多相、多尺度、多維度設(shè)計(jì)理論?？茖W(xué)選取初步方案進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)，如水灰比、外摻料及外加劑種類及用量等，開展正交試驗(yàn)，采用多因素控制變量和數(shù)值分析結(jié)合的方法，進(jìn)行大量模擬噴射試驗(yàn)驗(yàn)證，建立了結(jié)構(gòu)噴射混凝土無速凝劑體系，突破了國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的限制，打破了國外技術(shù)壟斷。達(dá)到了80±20 mm低坍落度，黏聚性到達(dá)天花板垂掛噴射厚度400 mm不脫落。賽道噴射混凝土天花板垂掛效果如圖5所示。

圖5 賽道噴射混凝土天花板垂掛效果Fig.5 Effect of track ceiling injected by shotcrete after installation

4.3.2纖維界面改性方法及形性控制

由于賽道為雙曲面狹長板殼結(jié)構(gòu)，施工現(xiàn)場環(huán)境多變，夏季溫度38～26 ℃，冬季溫度-20～-5 ℃，且山區(qū)多風(fēng)，多雷雨天氣，晝夜溫差大，對賽道裂縫控制要求極高。通過單絲拔出試驗(yàn)研究各類表面處理技術(shù)對界面黏結(jié)性能的影響，提出了最佳黏結(jié)性能的表面改性優(yōu)化處理方法；通過研究纖維形態(tài)、表面處理方式等因素對結(jié)構(gòu)噴射混凝土抗拉強(qiáng)化特性的影響機(jī)制，通過纖維之間的協(xié)同作用，增加了噴射混凝土內(nèi)部抗拉應(yīng)力閾值，用于抵抗混凝土因溫度變化或水分缺失而產(chǎn)生的收縮應(yīng)力，有效控制了塑性裂縫的產(chǎn)生，達(dá)到了賽道整體二級裂紋控制的效果。

4.3.3結(jié)構(gòu)噴射混凝土抗凍融性控制及快速檢測

雪車雪橇賽道為百年工程，表面需要反復(fù)制冰，混凝土處在反復(fù)凍融的環(huán)境下，其抗凍性能要求高，研發(fā)團(tuán)隊(duì)采用最密堆積理論，選用三種不同細(xì)度的膠凝材料，加上特有的骨料級配，細(xì)顆粒填充在粗顆粒之間的空隙，更細(xì)顆粒填充在細(xì)顆粒之間的空隙，逐級向下，達(dá)到最大密度?；贏ndreasen方程，根據(jù)原材料顆粒粒徑分布，計(jì)算出最優(yōu)的材料組成比例，使其達(dá)到理論上的最大堆積密度。再通過適量引氣劑與消泡劑的協(xié)同作用，從而形成均勻密閉的微小氣泡，獲得較強(qiáng)的抗凍融性能。

通過建立模塊研發(fā)場地，綜合應(yīng)用配合比試驗(yàn)、模型仿真模擬技術(shù)、足尺模型試驗(yàn)，歷經(jīng)百余組1∶1足尺模塊制作、300余次配合比調(diào)整、600余次噴射試驗(yàn)、上千次測量及檢測、近2 000 m2噴射混凝土消耗，最終確定賽道噴射混凝土配合比見表4。

表4 賽道噴射混凝土配合比Table 4 Proportion of shotcrete mix kg/m3

5 噴射混凝土試驗(yàn)結(jié)果對比

5.1 摻普通速凝劑噴射混凝土噴射試驗(yàn)

國內(nèi)噴射混凝土一般采用摻速凝劑的方式，混凝土噴射到受噴面后在幾分鐘內(nèi)初凝，以達(dá)到抗流掛性能，但雪車雪橇賽道噴射混凝土表面修飾性能要求高，一般噴射混凝土凝結(jié)時(shí)間短，無法抹面加工，試驗(yàn)中采用降低速凝劑摻量，使噴射混凝土凝結(jié)時(shí)間滿足抹面要求。

試驗(yàn)中挑選數(shù)種國內(nèi)速凝劑，包括多個(gè)廠家生產(chǎn)的速凝劑，采用不同摻量進(jìn)行噴射試驗(yàn)，噴射試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)如表5所示。

根據(jù)表5的結(jié)果，使用摻一般速凝劑的噴射混凝土，通過調(diào)整速凝劑摻量的方式調(diào)整混凝土的凝結(jié)時(shí)間，抗流掛性和凝結(jié)時(shí)間均未達(dá)到理想效果，降低速凝劑慘量，流動(dòng)性較差，提高速凝劑慘量，凝結(jié)時(shí)間較短，抹面時(shí)間不充足，且噴射混凝土不宜噴射密實(shí)。

表5 普通速凝劑摻量噴射混凝土性能Table 5 Properties of shotcrete with conventional accelerated agents

5.2 摻新型速凝劑和聚合物助劑噴射混凝土噴射試驗(yàn)

選用新型速凝劑，以增強(qiáng)混凝土抗流掛性能，根據(jù)速凝劑摻量的不同，其水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間可控制在0.5～8 h之間；在混凝土中添加淀粉醚、纖維素醚、膠粉等聚合物助劑提高混凝土保水性能和抗流掛性能，添加聚丙烯纖維提高混凝土抗裂性能。不同摻量速凝劑噴射混凝土性能如表6所示。

表6 不同摻量速凝劑噴射混凝土性能Table 6 Performances of shotcrete with new types of accelerated agents

根據(jù)表6的試驗(yàn)結(jié)果，使用摻新型速凝劑的噴射混凝土，并添加聚合物助劑，噴射混凝土和易性良好，易噴射，不堵管，噴射混凝土具有較強(qiáng)的抗流掛性能和較低的回彈率，混凝土密實(shí)度有很大改善，凝結(jié)時(shí)間滿足抹面要求，混凝土力學(xué)和耐久性滿足設(shè)計(jì)要求，但由于混凝土噴射機(jī)固有的脈沖現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土促硬劑摻量不均勻，噴射混凝土凝結(jié)時(shí)間不一致，噴射至結(jié)構(gòu)上的混凝土軟硬不一，更容易造成混凝土部分不密實(shí)的現(xiàn)象。噴射混凝土成型效果如圖6所示。

圖6 噴射混凝土背面Fig.6 The back of the shotcrete

5.3 不摻速凝劑噴射混凝土噴射試驗(yàn)

混凝土噴射時(shí)不摻速凝劑，通過降低混凝土拌和物坍落度，優(yōu)化混凝土骨料級配，選用顆粒較細(xì)的膠凝材料，添加超細(xì)硅灰和聚合物助劑，依靠混凝土自身黏結(jié)力提高混凝土抗流掛性能。

5.4 引氣劑、硅灰摻量噴射混凝土噴射試驗(yàn)

雪車雪橇賽道表面需要反復(fù)制冰，混凝土處在反復(fù)凍融的環(huán)境下，其抗凍性能要求高。配合比設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)劃添加引氣劑及硅灰。在噴射混凝土中摻引氣劑以將含氣量控制在合理范圍內(nèi)，摻適量硅灰(硅灰顆粒較細(xì)，可增加混凝土密實(shí)性，在混凝土內(nèi)部形成密閉的微小氣泡，可抵消混凝土因受凍膨脹產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力)，理論上可顯著提高混凝土抗凍性能。為此進(jìn)行了針對性試驗(yàn)。部分抗凍融循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 噴射混凝土抗凍融循環(huán)試驗(yàn)Table 7 Freeze-thaw cycle tests of shotcrete

相對彈性模量是指經(jīng)凍融后材料剩余彈性模量與初始彈性模量之比。

通過凍融循環(huán)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，混凝土拌和物含氣量控制在6%～10%，噴射施工時(shí)，混凝土內(nèi)部部分氣泡在高壓下被擠出，含氣量降為3%～5%，混凝土抗凍等級達(dá)到F400。凍融試驗(yàn)相對彈性模量和周期對比如圖7所示。

圖7 凍融試驗(yàn)相對彈性模量和循環(huán)次數(shù)對比Fig.7 Comparisons of relative elastic moduli and cycles of freeze-thaw

通過凍融試驗(yàn)相對彈性模量和周期的對比可知，在凍融開始時(shí)，相對彈性模量下降速度較快，因?yàn)榛炷林性械某跏既毕菰趦鋈谶^程中得以發(fā)展。這些初始缺陷擴(kuò)展到一定程度后，將進(jìn)入穩(wěn)定期，此時(shí)無新的缺陷產(chǎn)生，所以當(dāng)凍融次數(shù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，相對彈性模量下降速度變慢；繼續(xù)凍融，原有的初始缺陷將繼續(xù)擴(kuò)展，且混凝土中產(chǎn)生了新的缺陷源也隨凍融次數(shù)繼續(xù)增加不斷擴(kuò)展，從而導(dǎo)致相對彈性模量的下降速度加大。

通過大量的噴射試驗(yàn)表明，改進(jìn)粗細(xì)骨料級配，選用優(yōu)質(zhì)膠凝材料，添加超細(xì)硅灰及聚合物助劑可使噴射混凝土性能高度優(yōu)化，不僅滿足了施工要求，還賦予了優(yōu)異的抹面性能和抗裂性能。

6 結(jié)束語

國家雪車雪橇中心賽道屬于中國第一條賽道，無任何可借鑒的施工標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)收規(guī)范，面對國內(nèi)首例“革新同類施工前沿技術(shù)”的賽道施工難題，經(jīng)過多次重復(fù)試驗(yàn)，最終得到無速凝劑體系的高密實(shí)度、良好泵送性能、黏聚性能噴射混凝土材料用于賽道主體結(jié)構(gòu)，并建立了結(jié)構(gòu)噴射混凝土無速凝劑體系。所測試混凝土達(dá)到了80±20 mm低坍落度，黏聚性到達(dá)天花板垂掛噴射厚度400 mm不脫落。國家雪車雪橇賽道噴射混凝土技術(shù)已成功應(yīng)用于北京2022年冬奧會(huì)的國家雪車雪橇中心項(xiàng)目。賽道施工質(zhì)量完全符合設(shè)計(jì)要求，獲得了外方專家高度評價(jià)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了業(yè)主滿意、社會(huì)認(rèn)可的目標(biāo)。2020年11月9日，賽道場地整體通過國際雪車、雪橇聯(lián)合會(huì)國際單項(xiàng)組織認(rèn)證，標(biāo)志著世界上從此多了一條符合奧運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)的專業(yè)雪車雪橇賽道，具有里程碑意義。應(yīng)用實(shí)踐表明，采用結(jié)構(gòu)噴射混凝土無速凝體系能很好地滿足毫米級賽道表面修飾的建造要求。