喷射混凝土的质量控制(共24页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上技术论文喷射混凝土的质量控制中国铁建写作者:戴世东单位:中铁二十三局集团一公司目 录摘 要本文结合排角山隧道的实际介绍了喷射混凝土施工原材料的控制与喷射混凝土配合比的设计要点、施工工艺及加强养护的措施。 关键词:喷射混凝土;质量控制1、前 言1.1概述隧道复合式衬砌是由内外两层复合而成,其外层常称为初期柔性支护,通常采用喷射混凝土等支护形式;内层称为二次衬砌,一般采用现浇混凝土施工工艺。外层支护主要承受围岩的初期变形,待初期变形基本稳定后,再做内层衬砌。外层支护与内层衬砌共同承受围岩的变形和压力。现代隧道已普遍采用喷射混凝土技术,而喷射混凝土的施工质量将直接影响隧道的
2、支护效果,対确保围岩稳定起着重要作用。随着科学技术的发展,大量的新材料、新工艺、新设备、新技术不断应用于工程中,同时,隧道施工技术也在超长、大跨度、防水、穿过不良地层等方面取得了长足的进步,涌现出了大量的科技成果。锚喷构筑法在技术上有采用速度较快,支护及时、支护质量较好、强度高、密实度好、防水性能较好;省工、操作较简单,支护工作量减少;施工灵活性很大,可以根据需要分次喷射混凝土追加厚度,满足工作设计与要求等优点。在国内,一些国际招标的大型水利工程中,如二滩水电站,黄河小浪底工程,三峡工程等,均是采用湿式混凝土喷射作业。国内目前使用的各种湿式混凝土喷射机多是从国外引进的设备。近几年来,国内一些单
3、位也开发研制出几种湿式混凝土喷射机,但生产规模尚有待扩大。1.2排角山隧道简介排角山隧道位于广东省汕尾市海丰县境内,起讫里程DK389+488DK390+797,全长1309m,其中级围岩共计524米,级围岩785米。本隧道为双线隧道,设计时速200Km/h,预留进一步提速的条件,隧道纵坡为单面上坡,坡度为5.2。1.3排角山隧道支护措施本隧道初期支护均采用湿法网喷混凝土柔性支护,网喷混凝土强度等级为C25,掺加100%改性聚酯纤维,单丝长7-18mm,每m掺加0.9Kg.其中级围岩初期支护采用20工字钢,纵向间距60cm,拱部采用25中空注浆锚杆,边墙采用22砂浆锚杆,长4.0m,8钢筋网间
4、距20*20cm;级围岩采用22格栅钢架,纵向间距100cm,拱部采用25中空注浆锚杆,边墙采用22砂浆锚杆,长3.5m,6钢筋网间距20*20cm。本隧道喷射混凝土机械采用ZSP6T型湿喷机,工作能力约为2m/h,喷射混凝土速凝剂使用深圳迈地ZB-6型液体速凝剂,减水剂使用深圳迈地PCA高效减水剂。2、喷射混凝土简介喷射混凝土是使用混凝土喷射机,按一定的混合程序将掺有速凝剂的细石混凝土拌合料与高压水混合,经过喷嘴喷射到岩壁表面,并迅速凝固结成一层支护结构,从而对围岩起到支护作用。喷射混凝土是一种新型的支护结构,又是一种新的施工工艺与技术,它可以根据需要分层追加厚度,也可与各种类型的锚杆、钢纤
5、维、钢拱架、钢筋网等构成复合式支护。2.1喷射混凝土具有的性能、特点(1)喷射混凝土具有强度增长快、粘结力强、密度大、抗渗性能好的特点,能较好的填充岩块间的裂隙与凹穴,增加围岩的整体性,防止岩面的风化和松动,并与围岩共同工作。(2)喷射混凝土施工将输送,浇筑、捣固几道工序合而为一,更不需模板,因而施工快速简捷。(3)喷射混凝土能及早发挥承载作用。它能在10分钟左右终凝,2小时后具有强度,8小时后可达2Mpa,16小时可达5 Mpa,1天后可达7-8 Mpa,4天后达到28天强度的70%左右。(4)喷射混凝土与模筑混凝土相比,其物理性能显著改善,尤其以湿法喷射混凝土的抗压强度、抗弯曲疲劳强度和抗
6、渗性能有更显著提高。2.2喷射混凝土种类及其优缺点2.2.1干法喷射混凝土干法喷射是用搅拌机将骨料、水泥、速凝剂按设计比例干拌均匀,用压缩空气使干混合料在软管内呈悬浮状态并压送到喷枪,再在喷嘴处与高压水混合,以较高速度喷射到岩面上。干法喷射使用的喷射机机械结构较简单,机械故障处理和机械清理容易,缺点是产生的灰尘量大,回弹量大,加水由喷嘴处的阀门控制,水灰比的控制较难且与操作手的熟练程度有关。2.2.2湿法喷射混凝土湿喷法是将骨料、水泥和水按设计比例拌合均匀,用湿式喷射机压送拌合好的混凝土混合料到喷头处,再在喷头上添加速凝剂后以较高的速度喷射到岩面上。湿喷法喷射混凝土质量容易控制,喷射过程中的粉
7、尘和回弹量较少,但对喷射机械要求高,机械清洗和故障处理较麻烦。随着人们环保意识的增加和对喷射混凝土质量要求的提高,以及更先进的湿式混凝土喷射机的研发生产,湿法喷射混凝土已成为目前隧道施工现场较多使用的喷射工艺。因排角山隧道设计喷射混凝土采用湿喷工艺,本文主要以湿喷法为重点介绍喷射混凝土的相关内容。3、喷射混凝土质量控制3.1喷射混凝土原材料喷射混凝土的原材料主要有水泥、粗骨料、细骨料、水与外加剂,外加剂主要有速凝剂和减水剂。喷射纤维混凝土还需要添加钢纤维或改性聚酯纤维。(1)水泥应优先采用普通硅酸盐水泥,也可采用矿渣硅酸盐水泥,水泥标号不低于42.5级。水泥使用前应对强度、安全性、凝结时间等进
8、行抽样检测,水泥的安定性、凝结时间等均应合格。当喷射混凝土遇含有较高可溶性硫酸盐的地层或地下水地段,应按侵蚀类型和侵蚀程度采用相应的抗硫酸盐水泥;当骨料与水泥中的碱可能发生反应时,应选用低碱水泥;当需要喷混凝土有较高的早期强度时,可选用硫铝酸盐水泥或其它早强水泥;有特殊要求时,应使用相应的特种水泥。排角山隧道喷射混凝土水泥采用普通硅酸盐水泥,生产厂家为广东塔牌,强度等级为PO42.5,所有水泥进场后均经实验室检验合格后才允许使用。(2)粗骨料为防止喷射混凝土过程中堵塞管道,减少回弹量以及保证混凝土支护结构的强度,粗骨料应选用坚固耐久的碎石或卵石,粒径以5-16mm为宜。排角山隧道使用碎石经实验
9、室检验合格的圆墩三角碎石,粒径为5-10mm,严禁选用具有潜在碱活性骨料,当使用碱性速凝剂时,不得使用含有活性二氧化硅的石料。骨料级配宜采用连续级配。按重量计含泥量不应大于1,泥块含量不应大于0.25。喷射混凝土用的骨料级配宜控制在图3.1所给的范围内。图 3.1 喷射混凝土粗骨料筛分曲线图(3)细骨料 为保证喷射混凝土的强度和减少工作时的粉尘,以及减少混凝土硬化时的收缩裂纹,细骨料应选用坚硬耐久的河砂,严禁使用海沙,细度模数在2.5-3.0的中砂为宜,含水量宜在5%-7%。排角山隧道使用细骨料为惠东华侨城中砂,细度模数均在2.5-3.0之间。(4)水为保证喷射混凝土正常凝结和硬化,以及确保混
10、凝土的强度和稳定性,水质应符合工程用水的有关标准,不得使用污水及PH值小于4的酸性水和含硫酸盐量超过1%的水,也不得使用含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质的水。排角山隧道拌合用水采用经实验室检验合格的PH值为4.5的地下水。(5)外加剂为了降低用水量、降低回弹率和粉尘率,使喷射混凝土早凝早强,必须使用外加剂。应采用符合质量要求并对人体危害性很小的速凝剂,掺加速凝剂之前,应做速凝剂与水的相溶性实验及水泥净浆速凝效果实验,注重速凝剂效果实验,初凝时间不应大于5min,终凝时间不应大于10min,保持速凝剂干燥勿受潮变质,在喷射混凝土中添加速凝剂的目的是使喷射混凝土满足设计要求,促进早强。一般速凝
11、剂最佳掺量约为水泥重量的2%一4%,实际使用时拱部可利用2%-4%,边墙可用2%,过多的掺量对喷射混凝土反而不利,这是因为速凝剂虽然加速了喷射混凝土的凝聚速度,但也阻止了水在水泥中的均匀扩散,使部分水包裹在凝聚的水泥中,硬化后形成气孔,另一部分水泥因而得不到充足的水分进行水化反应而干缩,从而产生裂纹。喷射混凝土宜采用液体速凝剂,其掺量不宜大于水泥用量的5%。排角山隧道喷射混凝土速凝剂使用深圳迈地ZB-6型液体速凝剂,减水剂使用深圳迈地PCA高效减水剂。(6)钢纤维钢纤维宜用普通碳素钢制成。钢纤维断面直径(或等效直径)应为0.30.5mm。钢纤维长度应为2035mm,等效直径0.30.8mm;并
12、不得大于输料软管以及喷嘴内径的0.7倍;长径比为3060,长度偏差不应超过长度公称值的5%。钢纤维内不得有明显的锈蚀、油脂及其它妨碍钢纤维与水泥粘结的杂质,其中因加工不良造成的粘连片、铁屑及杂质不应超过钢纤维重量的1。(7)合成纤维合成纤维加强混凝土是机械作用而不是化学作用,加入时不需要附加水和改变原来的混凝土配合比。喷射混凝土中的合成纤维宜采用取聚丙烯纤维。喷射混凝土中所使用纤维长度宜为19。合成纤维择入量应通过试验确定,或以1.2 kg/m3作为参考。排角山隧道喷射混凝土使用的合成纤维为改性聚酯纤维,单丝长7-18mm,抗拉强度900Mpa,直径为20-30mm,弹性模量4GPa,抗碱试验
13、强度保持率95%。3.2喷射混凝土配合比的确定3.2.1喷射混凝土配合比的设计(1)喷射混凝土配合比设计要求a.满足强度及其他物理性能的设计要求。b.与基材、钢筋等有良好的粘聚性,混凝土密实性高。c.4-8小时后应具有能控制一定地层变形的能力。d.必须能向上喷射到指定的厚度,且回弹损失小。e.有良好的耐久性。f.扬尘少。g.施工顺利,不发生管堵塞或喷射面流淌塌落。(2)喷射混凝土配合比设计方法喷射混凝土的配合比不同于普通混凝土的配合比,需要根据其施工工艺来选择,本节主要讲述喷射混凝土湿喷法的配合比的设计方法。为了减少回弹量需要较高的砂率,砂率增加意味着集料的总面积增加,这就要求用更多的水泥来包
14、裹集料表面,以满足喷射混凝土的强度要求,水泥用量越大,喷射混凝土就越轻易干缩、开裂,同时成本也增加。因此首先确定水泥用量,根据经验水泥用量宜为375一450kg/m;其次确定砂率,宜选用粗砂或中砂,砂率宜为45%一55%,砂率过高或过低易造成堵管,再次确定水灰比,水灰比宜为0.4-0.5,水灰比过小会产生粉尘,回弹量大,粘结力低,喷层会产生干斑,砂窝等现象,水灰比过大会造成强度低、速凝效果差,喷层流淌、滑移、坍落等现象,另外要注重根据施工环境的温度,四周岩壁类别、施工队伍的施工水平做相应的调整。3.2.2喷射混凝土配合比设计(1)胶骨比喷射混凝土的胶骨比常为1:41:4.5,水泥过少回弹量大,
15、初期强度增长慢;水泥过多,不仅粉尘量增多且收缩量增大。当水泥用量超过400kg/m时,喷射混凝土强度并不随水泥用量而提高,见表3.1: 表3.1 水泥用量对混凝土抗压强度的影响单位体积混凝土的材料用量混凝土抗压强度(MPa)表观密度(kg/m)水泥砂石设计实例设计实例设计实例38052695088395081031.42.4554268981269881273022.62.3769270869271669264419.02.36(2)砂率砂率对混凝土施工性能及力学性能的影响见表3.2,综合表3.2,拌合料的砂率以45%-55%为宜。表 3.2 砂率对喷射混凝土性能的影响性能砂率45%55%45
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