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隧道噴射混凝土施工質量控制措施-北重機械

2018年05月29日

隨著科學技術的發展,大量的新材料、新工藝、新設備、新技術不斷應用于工程中,同時,隧道施工技術也在超長、大跨度、防水、穿過不良地層等方面取得了長足的進步,涌現出了大量的科技成果。錨噴構筑法在技術上有采用速度較快,支護及時、支護質量較好、強度高、密實度好、防水性能較好;省工、操作較簡單,支護工作量減少;施工靈活性很大,可以根據需要分次噴射混凝土追加厚度,滿足工作設計與要求等優點。

      在國內,一些國際招標的大型水利工程中,如二灘水電站,黃河小浪底工程,三峽工程等,均是采用濕式混凝土噴射作業。國內目前使用的各種濕式混凝土噴射機多是從國外引進的設備。近幾年來,國內一些單位也開發研制出幾種濕式混凝土噴射機,但生產規模尚有待擴大。濕式混凝土噴射機主要優點有四個。

      (1)濕法:作業大大降低了機旁和噴嘴外的粉塵濃度,消除了對工人健康的危害。

      (2)生產率高。干式混凝土噴射機工作效率一般不超過5擴/h.而使用濕式混凝土噴射機人工作業時可達10m'/h,采用機械手作業時,則可達20擴/h,

      (3)回彈度低。千噴時,混凝土回彈度可達15%~50%.采用濕噴技術回彈率可降低到10%以下。

      (4)濕噴時,由于水灰比易于控制,混凝土水化程度高,故可大大改善噴射混凝土的品質,提高混凝土的勻質性,而干噴時,混凝土的水灰比是由噴射手根據經驗及肉眼觀查來進行調節的,混凝土的品質在很大程度上取決于機手操作正確與否。

      1、施工工藝與原材料的控制

      1.1施工工藝

      噴射前,應將巖面沖洗千凈,并將表面軟弱破碎巖石清掃干凈。噴射作業應分區段進行,長度一般不超過6二,噴射順序應自下而上。后一次噴射應在前一次混凝土終凝后進行,若終凝后1h以上再次噴射,應用風水清洗混凝土表面。邊墻一次噴射厚度4~6cm,拱部則為2-4em,噴射2一4h后應灑水養護,一般養護7一14d,混凝土噴射后至下一循環放炮時間,應通過試驗確定,一般不小于4h,放炮后應對混凝土進行檢查,如出現裂紋,應調整放炮間隔時間或爆破參數。

      1.2原材料控制

      (1)拌和用水:工程中多以飲用水作為拌和用水,而pH值小于4的酸性水和含硫酸鹽量(SO4,一)超過水量1%的水,含有影響水泥正常凝結與硬化的有害物質的水均不得使用。

      (2)水泥:為保證噴射混凝土的凝固時間及與速凝劑的相溶性,所用水泥應具有強度高、抗滲性和耐久性好,應優先選用4S5,以上的普通硅酸鹽水泥,其次選用礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質硅酸鹽水泥。在地質條件復雜的隧道中應采用早強水泥,使用前應做強度鑒定實驗,水泥存放時嚴禁受潮和結塊,也不得把不同規格、不同廠家的水泥混合使用。

      (3)骨料:混凝土的強度除了取決于骨料的強度外,還取決于水泥漿與骨料的粘結強度,同時骨料的表面越粗糙界面粘結強度越高,因此用碎石比用卵石好。實驗表明在一定范圍內骨料粒徑越小,分布越均勻混凝土強度越高,骨料最大粒徑地減少不僅增加了骨料與水泥漿的粘結面積,而且骨料周圍有害氣體減少,水膜減薄,容易拌和均勻,從而提高了混凝土的強度。

      (4)活性:摻和料:水泥水化是一個逐步發展的過程,在28d的齡期中,水泥的實際利用率僅占60%一70%,而另外的未水化的水泥中的Ca0后期遇水后生成Ca(OH)2,產生體積膨脹,給后期強度帶來不利影響,利用活性摻和料代替部分未水化的水泥,不僅可以降低成本,最主要的是可以利用活性材料中的活性成分(主要是Si02與A403)與水泥水化產物Ca(OH):進行二次反應,生成含水硅酸鈣與含水鋁酸鈣,新生成的水化產物不僅提高了噴射混凝土的強度和致密性,而且提高了其抗凍、抗滲、抗腐蝕等性能,這一類活性摻和料主要是粉煤灰和沸石粉,摻量約為水泥重量的10%-20%.

      (5)外加劑:為了降低用水量、降低回彈率和粉塵率,使噴射混凝土早凝早強,必須使用外加劑。應采用符合質量要求并對人體危害性很小的速凝劑,摻加速凝劑之前,應做速凝劑與水的相溶性實驗及水泥凈漿速凝效果實驗,注意速凝劑效果實驗,初凝時間不應大于5min,終凝時間不應大于10min,保持速凝劑干燥勿受潮變質,在噴射混凝土中添加速凝劑的目的是使噴射混凝土滿足設計要求,促進早強。一般速凝劑最佳摻量約為水泥重量的2%一4%,實際使用時拱部可利用2%-4%,邊墻可用2%,過多的摻量對噴射混凝土反而不利,這是因為速凝劑雖然加速了噴射混凝土的凝結速度,但也阻止了水在水泥中的均勻擴散,使部分水包裹在凝結的水泥中,硬化后形成氣孔,另一部分水泥因而得不到充足的水分進行水化反應而干縮,從而產生裂紋。另外速凝劑摻人應均勻。

      2、噴射混凝土配合比的設計與控制要點

      噴射混凝土的配合比不同于普通混凝土的配合比,需要根據其施工工藝來選擇,主要講述C,噴射混凝土潮噴法的配合比的設計方法。為了減少回彈量需要較高的砂率,砂率增加意味著集料的總面積增加,這就要求用更多的水泥來包裹集料表面,以滿足噴射混凝土的強度要求,水泥用量越大,噴射混凝土就越容易干縮、開裂,同時成本也增加。因此首先確定水泥用量,根據經驗水泥用量宜為375一450kg/m;,其次確定砂率,宜選用粗砂或中砂,砂率宜為45%一55%,砂率過高或過低易造成堵管,再次確定水灰比,水灰比宜為0.4—0.5,水灰比過小會產生粉塵,回彈量大,粘結力低,噴層會產生干斑,砂窩等現象,水灰比過大會造成強度低、速凝效果差,噴層流淌、滑移、坍落等現象,另外要注意根據施工環境的溫度,周圍巖壁類別、施工隊伍的施工水平做相應的調整。

      研究超塑化劑、硅灰、速凝劑和摻人火山灰或礦渣硅酸鹽水泥的復合作用,用濕噴法生產高性能噴射混凝土(HPS)具有下列優點:(1)堿腐蝕性低;(2)工作性高和坍落度損失低;(3)回彈率低;(4)早期強度和后期強度高;(5)耐久性強。

      2.1材料和配合比

      2.1.1水泥

      高強硅酸鹽水泥由于水化速度較快,用于做噴射混凝土性能一般優于混合水泥。火山灰和礦渣硅酸鹽水泥具有耐久性高,水化熱低,對裂縫自收縮和干縮有較好性能。火山灰水泥中可用35%粉煤灰替代硅酸鹽水泥;礦渣水泥中可用50%礦渣取代硅酸鹽水泥。

      2.1.2硅灰

      使用加密硅灰以改善對基材的粘結力和減少集料回彈。

      2.1.3超塑化劑

      使用市售的質量濃度為30%的液體淡基丙烯酸醋(CAE)為超塑化劑,生產水灰比為0.42一0.44,坍落度為210一220mm流動性混凝土。也可采用聚磺酸鹽系高效減水劑。

      2.1.4速凝劑

      用兩種不同的市售速凝劑,一種常用速凝劑是硅酸鈉(30%),另一種無堿速凝劑是以從(SO4),為主要成分的水溶液(60%),當使用后者時,由于無堿降低了在施工過程中堿性腐蝕的危險。

      2.1.5集料

      使用細砂(0一4mm),粗砂(4一6mm),石子(6一8mm)三者的體積比為65%,30%,5%。

      2.1.6混凝土配比

      配制兩種未摻速凝劑的基準對比拌合物,它們的主要區別在于水泥品種(42.5火山灰水泥和42.5礦渣水泥)每種混凝土拌合30min,在噴嘴處加人不同的速凝劑(水玻璃或無堿速凝劑)的摻量分別為水泥量的8%一12%或6%一7%,

      2.2試驗結果

      由于使用超塑化劑,50min之內的坍落度損失可以忽略不計,這意味著在噴嘴處加人速凝劑之前坍落度損失可忽略不計,以可靠方式供給噴射設備的泵送混凝土的工作性能好,噴射混凝土產量可達20m;/ho在規定超塑化劑摻量為1%一2%時,盡管礦渣水泥混凝土的W/C稍低于火山灰水泥混凝土,其初始坍落度(220mm)還是稍高于火山灰水泥混凝土坍落度(210mm)在無筋隧道內施工,由于復合有超塑化劑、硅灰和速凝劑,拌合物粘結性好,研究的所有噴射混凝土的回彈率僅僅為2%一3%.

      3、噴射混凝土養護措施

      養護是噴射混凝土施工中的一個重要環節,在正常養護條件下,混凝土強度隨齡期延長而增大,其原因是由于膠凝材料的水斷水化。而水化速度與環境溫度和濕度有關,由于經常放炮和通風不良導致隧道內的溫度較高,噴射混凝土周圍的空氣相對來說比較干燥,加上水化熱引起的混凝土內部溫度較高,將使其表面水分很快就蒸發掉,進而引起水石“毛細管”中水分繼續蒸發。噴射混凝土中水泥與水接觸的時間短且范圍有限,與普通混凝土相比水泥水化的程度更低。噴射混凝土的凝結過程也是水泥進一步水化的過程,水泥的水化反應必須在有水的條件下才能發生,水泥水化因為水泥石缺少水分不能繼續進行,還因毛細管引力作用在混凝土中引起收縮,此時的噴射混凝土強度還很低,收縮引起的拉應力將使混凝土開裂,破壞了混凝土結構,影響混凝土強度的繼續增長,而且停止水化使水化物不能進一步向水泥石的毛細孔填充,還將影響混凝土的抗滲性。

      4、結束語

      噴射混凝土在隧道施工中應用已經非常廣泛,噴射混凝土的質量直接影響著結構受力、防護、耐久性等情況,所以對噴射混凝土施工,必須按質量控制系統的要求,通過各種措施強化質量意識,加強質量管理,制定操作規程,使噴射混凝土在隧道防護中發揮越來越重要的作用。

5、濕式混凝土噴射機的類型及優點
干噴機是主要的噴射作業設備。但是隨著人們環保意識的增強以及對噴射混凝土質量 要求的提高,已有越來越多的濕式混凝土噴射機進入使用。在一些國際招標的大型水利工程中,如二灘水電站,黃河小浪底工程,三峽工程等,均是采用濕式混凝土噴射朵作業。國內目前使用的各種濕式混凝土噴身機多是從國外引進的設備。近幾年來。國內一些單位也開始開發研制出幾種濕式混凝土噴射機,但生產規模尚有待于擴大。概括起來,濕式混凝土噴射機主要優點是:
  (1)大大降低了機旁和噴嘴外的粉塵濃度,消除了對工人健康的危害。
  (2)生產率高。干式混凝土噴射機一般不超過5m3/h。而使用濕式混凝土噴射機,人工作業時可達10m3/h;采用機械手作業時,則可達20m3/h。
  (3)回彈度低。干噴時,混凝土回彈度可達15%-50%。采用濕噴技術。回彈率可降低到10%以下。
  (4)濕噴時,由于水灰比易于控制,混凝土不化程度高,故可大大改善噴射混凝土的口質,提高混凝土 的勻質性,而干噴時,混凝土的水灰比是由噴射手根據經驗及肉眼觀查來進行調節的,混凝土的品質在很大程度上取決于機手操作正確與否。