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。湿式混凝土喷射机主要优点有四个。

      (1)湿法:作业大大降低了机旁和喷嘴外的粉尘浓度,消除了对工人健康的危害。

      (2)生产率高。干式混凝土喷射机工作效率一般不超过5扩/h.而使用湿式混凝土喷射机人工作业时可达10m'/h,采用机械手作业时,则可达20扩/h,

      (3)回弹度低。千喷时,混凝土回弹度可达15%~50%.采用湿喷技术回弹率可降低到10%以下。

      (4)湿喷时,由于水灰比易于控制,混凝土水化程度高,故可大大改善喷射混凝土的品质,提高混凝土的匀质性,而干喷时,混凝土的水灰比是由喷射手根据经验及肉眼观查来进行调节的,混凝土的品质在很大程度上取决于机手操作正确与否。

      1、施工工艺与原材料的控制

      1.1施工工艺

      喷射前,应将岩面冲洗千净,并将表面软弱破碎岩石清扫干净。喷射作业应分区段进行,长度一般不超过6二,喷射顺序应自下而上。后一次喷射应在前一次混凝土终凝后进行,若终凝后1h以上再次喷射,应用风水清洗混凝土表面。边墙一次喷射厚度4~6cm,拱部则为2-4em,喷射2一4h后应洒水养护,一般养护7一14d,混凝土喷射后至下一循环放炮时间,应通过试验确定,一般不小于4h,放炮后应对混凝土进行检查,如出现裂纹,应调整放炮间隔时间或爆破参数。

      1.2原材料控制

      (1)拌和用水:工程中多以饮用水作为拌和用水,而pH值小于4的酸性水和含硫酸盐量(SO4,一)超过水量1%的水,含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质的水均不得使用。

      (2)水泥:为保证喷射混凝土的凝固时间及与速凝剂的相溶性,所用水泥应具有强度高、抗渗性和耐久性好,应优先选用4S5,以上的普通硅酸盐水泥,其次选用矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥。在地质条件复杂的隧道中应采用早强水泥,使用前应做强度鉴定实验,水泥存放时严禁受潮和结块,也不得把不同规格、不同厂家的水泥混合使用。

      (3)骨料:混凝土的强度除了取决于骨料的强度外,还取决于水泥浆与骨料的粘结强度,同时骨料的表面越粗糙界面粘结强度越高,因此用碎石比用卵石好。实验表明在一定范围内骨料粒径越小,分布越均匀混凝土强度越高,骨料最大粒径地减少不仅增加了骨料与水泥浆的粘结面积,而且骨料周围有害气体减少,水膜减薄,容易拌和均匀,从而提高了混凝土的强度。

      (4)活性:掺和料:水泥水化是一个逐步发展的过程,在28d的龄期中,水泥的实际利用率仅占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,产生体积膨胀,给后期强度带来不利影响,利用活性掺和料代替部分未水化的水泥,不仅可以降低成本,最主要的是可以利用活性材料中的活性成分(主要是Si02与A403)与水泥水化产物Ca(OH):进行二次反应,生成含水硅酸钙与含水铝酸钙,新生成的水化产物不仅提高了喷射混凝土的强度和致密性,而且提高了其抗冻、抗渗、抗腐蚀等性能,这一类活性掺和料主要是粉煤灰和沸石粉,掺量约为水泥重量的10%-20%.

      (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,注意速凝剂效果实验,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结速度,但也阻止了水在水泥中的均匀扩散,使部分水包裹在凝结的水泥中,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。另外速凝剂掺人应均匀。

      2、喷射混凝土配合比的设计与控制要点

      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,主要讲述C,喷射混凝土潮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,喷射混凝土就越容易干缩、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,另外要注意根据施工环境的温度,周围岩壁类别、施工队伍的施工水平做相应的调整。

      研究超塑化剂、硅灰、速凝剂和掺人火山灰或矿渣硅酸盐水泥的复合作用,用湿喷法生产高性能喷射混凝土(HPS)具有下列优点:(1)碱腐蚀性低;(2)工作性高和坍落度损失低;(3)回弹率低;(4)早期强度和后期强度高;(5)耐久性强。

      2.1材料和配合比

      2.1.1水泥

      高强硅酸盐水泥由于水化速度较快,用于做喷射混凝土性能一般优于混合水泥。火山灰和矿渣硅酸盐水泥具有耐久性高,水化热低,对裂缝自收缩和干缩有较好性能。火山灰水泥中可用35%粉煤灰替代硅酸盐水泥;矿渣水泥中可用50%矿渣取代硅酸盐水泥。

      2.1.2硅灰

      使用加密硅灰以改善对基材的粘结力和减少集料回弹。

      2.1.3超塑化剂

      使用市售的质量浓度为30%的液体淡基丙烯酸醋(CAE)为超塑化剂,生产水灰比为0.42一0.44,坍落度为210一220mm流动性混凝土。也可采用聚磺酸盐系高效减水剂。

      2.1.4速凝剂

      用两种不同的市售速凝剂,一种常用速凝剂是硅酸钠(30%),另一种无碱速凝剂是以从(SO4),为主要成分的水溶液(60%),当使用后者时,由于无碱降低了在施工过程中碱性腐蚀的危险。

      2.1.5集料

      使用细砂(0一4mm),粗砂(4一6mm),石子(6一8mm)三者的体积比为65%,30%,5%。

      2.1.6混凝土配比

      配制两种未掺速凝剂的基准对比拌合物,它们的主要区别在于水泥品种(42.5火山灰水泥和42.5矿渣水泥)每种混凝土拌合30min,在喷嘴处加人不同的速凝剂(水玻璃或无碱速凝剂)的掺量分别为水泥量的8%一12%或6%一7%,

      2.2试验结果

      由于使用超塑化剂,50min之内的坍落度损失可以忽略不计,这意味着在喷嘴处加人速凝剂之前坍落度损失可忽略不计,以可靠方式供给喷射设备的泵送混凝土的工作性能好,喷射混凝土产量可达20m;/ho在规定超塑化剂掺量为1%一2%时,尽管矿渣水泥混凝土的W/C稍低于火山灰水泥混凝土,其初始坍落度(220mm)还是稍高于火山灰水泥混凝土坍落度(210mm)在无筋隧道内施工,由于复合有超塑化剂、硅灰和速凝剂,拌合物粘结性好,研究的所有喷射混凝土的回弹率仅仅为2%一3%.

      3、喷射混凝土养护措施

      养护是喷射混凝土施工中的一个重要环节,在正常养护条件下,混凝土强度随龄期延长而增大,其原因是由于胶凝材料的水断水化。而水化速度与环境温度和湿度有关,由于经常放炮和通风不良导致隧道内的温度较高,喷射混凝土周围的空气相对来说比较干燥,加上水化热引起的混凝土内部温度较高,将使其表面水分很快就蒸发掉,进而引起水石“毛细管”中水分继续蒸发。喷射混凝土中水泥与水接触的时间短且范围有限,与普通混凝土相比水泥水化的程度更低。喷射混凝土的凝结过程也是水泥进一步水化的过程,水泥的水化反应必须在有水的条件下才能发生,水泥水化因为水泥石缺少水分不能继续进行,还因毛细管引力作用在混凝土中引起收缩,此时的喷射混凝土强度还很低,收缩引起的拉应力将使混凝土开裂,破坏了混凝土结构,影响混凝土强度的继续增长,而且停止水化使水化物不能进一步向水泥石的毛细孔填充,还将影响混凝土的抗渗性。

      4、结束语

      喷射混凝土在隧道施工中应用已经非常广泛,喷射混凝土的质量直接影响着结构受力、防护、耐久性等情况,所以对喷射混凝土施工,必须按质量控制系统的要求,通过各种措施强化质量意识,加强质量管理,制定操作规程,使喷射混凝土在隧道防护中发挥越来越重要的作用。

5、湿式混凝土喷射机的类型及优点
干喷机是主要的喷射作业设备。但是随着人们环保意识的增强以及对喷射混凝土质量 要求的提高,已有越来越多的湿式混凝土喷射机进入使用。在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朵作业。国内目前使用的各种湿式混凝土喷身机多是从国外引进的设备。近几年来。国内一些单位也开始开发研制出几种湿式混凝土喷射机,但生产规模尚有待于扩大。概括起来,湿式混凝土喷射机主要优点是:
  (1)大大降低了机旁和喷嘴外的粉尘浓度,消除了对工人健康的危害。
  (2)生产率高。干式混凝土喷射机一般不超过5m3/h。而使用湿式混凝土喷射机,人工作业时可达10m3/h;采用机械手作业时,则可达20m3/h。
  (3)回弹度低。干喷时,混凝土回弹度可达15%-50%。采用湿喷技术。回弹率可降低到10%以下。
  (4)湿喷时,由于水灰比易于控制,混凝土不化程度高,故可大大改善喷射混凝土的口质,提高混凝土 的匀质性,而干喷时,混凝土的水灰比是由喷射手根据经验及肉眼观查来进行调节的,混凝土的品质在很大程度上取决于机手操作正确与否。

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