不同岩壁温度对围岩——喷射混凝土粘结强度的影响分析.pdf
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1、水利水电技术第 4 6卷2 0 1 5年第 9期 不同岩壁温度对 围岩一喷射混凝土 粘结强度的影响分析 马秋娟 ,段 宇,宿 辉 ,唐 阳,汪 健 ,李向辉 ,马超 豪 ( 河北工程大学 水电学院,河北 邯郸0 5 6 0 0 1 ) 摘要 :本 文以齐热哈塔 尔水 电站 工程 为依托 ,设计研 制 了高地温 隧洞模拟试 验装置 ,并试验 分 析 了高地温热害洞段不 同岩壁 温度 对 围岩一喷射 混凝 土粘 结强度 的影响 ,同时进行 了机理 分析 。 试验结果表明 :在空气相 对湿度为 9 0 的工况下 ,岩壁温度在 5 0 9 0之 间时,岩壁温度越 高, 粘结面混凝土微 细观结构越 为疏
2、松 多孔 ,粘结强度越低 ,并且 9 0 的高温岩壁喷射混凝 土 2 8 d龄 期 粘结强度要低 于 7 d龄期 粘结强度。 因此 ,建议在 高温洞段采取铺 设 隔热层、喷射耐热混凝 土、 高湿养护等措施 。 关键词 :高地温;粘结强度 ;围岩支护 ;C T扫描 ;扫描 电镜 ;X射线衍射 d o i :1 0 1 3 9 2 8 j c n k i w r a h e 2 0 1 5 0 9 0 1 5 中图分 类号 :T V 6 7 2 1 文献标识码 :A 文章编号 :1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 5 ) 0 9 0 0 6 2 0 4 An al ys i s o n
3、 i m pa c t s o f d i ffe r e nt r oc k wa l l t e m p e r a t ur e s o n bo nd i ng s t r e ng t h b e t we e n s u r r o und i ng r o c k a nd s ho t c r e t e MA Q i u j u a n ,D U A N Y u ,S U H u i ,T A N G Y a n g ,WA N G J i a n ,L I X i a n g h u i ,M A C h a o h a o ( C o l l e g e o f Wa t
4、 e r R e s o u r c e s a n d H y d r o p o w e r ,H e b e i U n i v e r s i t y o f E n g i n e e r i n g ,Ha n d a n 0 5 6 0 0 1 ,H e b e i ,C h i n a ) Ab s t r a c t :B a s e d o n Q i r e h a t a e r Hy d r o p o w e r P r o j e c t ,a s i m u l a t i o n t e s t i n g d e v i c e f o r t h e t
5、u n n e l w i t h h i g h g r o u n d t e m p e r a t u r e i s s e lf - d e s i g n e d a n d s e l f - d e v e l o p e d h e r e i n, a n d t h e n t h e i mp a c t s o f d i f f e r e n t r o c k wa l l t e mp e r a t u r e s o n t h e b o n d i n g s t r e n g t h b e t w e e n s u r r o u n d i
6、 n g r o c k a n d s h o t c r e t e i n t h e t u n n e l s e c t i o n s wi t h t h e t h e r mal h a r m f r o m h i g h g r o u n d t e mp e r a t u r e a g e d e s i g n e d a n d e x p e r i me n t all y s t u d i e d,wh i l e t h e r e l e v a n t me c h a n i c al a n a l y s i s i s c a r r
7、 i e d o u t a s we U T h e e x p e r i me n t s h o w s t h a t u n d e r t h e c o n d i t i o n o f t h e a i r r e l a t i v e h u mi d i t y o f 9 0 , t h e h i g h e r t h e r o c k wa ll t e mp e r a t u r e , t h e mo r e p o r o u s t h e mi c r o s t r u c t u r e o f t h e c o n c r e t e
8、 o n t h e b o n d i n g s u r f a c e i s t o b e a n d t h e l o we r t h e b o n d i n g s t r e n gth i s t o b e , wh e n t h e t e mp e r a t u r e o f t h e r o c k w a l l i s b e t w e e n 5 0 9 0 F u r t h e rm o r et h e 2 8 d a g e b o n d i n g s t r e n gth o f t h e s h o t c r e t e
9、o n t h e r o c k w a l l wi t h t h e h i g h t e mp e r a t u r e o f 9 0 i s l o w e r t h a n t ha t o f t h e 7 d a g e I t i s r e c o mme n de d t ha t the me a s u r e s, s u c h a s p l a c e me n t o f i n s u l a t i o n l a ye r,s h o t i n g h e a t r e s i s t a nt c o n c r e t e,h i
10、g h h u mi d i t y c u r i n g , e t e a r e b e t t e r t o b e t a k e n for t h e t u n n e l s e c t i o n s w i t h h i g h g r o u n d t e mp e r a t u r e Ke y wo r d s :h i g h gro u n d t e mp e r a t u r e; b o n d i n g s t r e n gth;s u r r o u n d i n g r o c k s u p p o rt;C T s c a n
11、n i n g;s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p e ; X r a y d i f f r a c t i o n 1 工程概况 在水利水电工程施工过程中会遇到各种各样的地 质灾害,高地温问题就是深埋长隧洞工程施工过程中 的一种 日益突出的地质灾害问题 。而喷射混凝土 支护是隧洞的主要支护手段之一 ,隧洞围岩一喷射混 凝土之间的粘结状况是支护结构能否很好发挥功能的 关键 。影响围岩一喷射混 凝土粘结 强度 的影响 因 素有很多 引,不同 的岩壁 温度 可能会对 围岩一喷射 收稿 日期 :2 0 1 5 0 4 0 2 作者简介
12、:马秋娟 ( 1 9 8 1 一 ) ,女 ,讲师 ,硕士 。 W a t e r Re s o u r c e s a n dHy d r o p o we r E n g i n e e r in g V o 1 4 6 No 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 混凝土的粘结性能产生很大的影响。正在施工的齐热 哈塔尔水 电站在引水 隧洞的开挖过程 中发现了严重的 高地温问题 。隧洞贯穿后岩壁最高温度仍然 可达 8 O ,空气温度可至 4 0,空气相对湿度却仅有 2 8 。 因此 ,在引水隧洞的高地温环境 中围岩一喷射混凝土 的粘结强度能否满足安全运行要求 ,
13、需要进行相关试 验验证。 2 试验方案设计 2 1 高地温隧洞模拟试验装置制作 本试验主要研究不同岩壁温度对围岩一喷射混凝 土粘结强度 的影 响,在空气相对湿度为 9 0 的情况 下 ,根据高地温隧洞 内部岩壁温度实测数据确定试验 室内的岩板温度 为 5 0 、6 0、7 5 、9 O 四 种工况。 为真实模拟高地温隧洞内部环境 ,在试验室内建 立高地温隧洞模拟试验装置 ,使用表面经过处理的花 岗岩岩板模拟隧洞内部岩壁 ,岩板垂直固定 ,同时四 周用木模板包 围,这样在保证 了喷射混凝土喷射厚度 为 1 5 c m的同时也避免 了不 同岩板 间温度 的相互 干 扰 。养护室 内使用可控 温度
14、的加热板对 岩板进行 加 热 ,安装加湿器调节室内空气湿度 ,岩板与混凝土一 侧设置预留孔安装温度传感器监测温度数据 ,所有装 置统一 由养护室外侧 的温湿度综合控 制智能 系统 控 制 。 2 2 喷射混凝土及粘结强度试验 按照设计配合 比进行骨料的拌和 ,在石板温度达 到设定温度后 ,预先用高压水枪对岩板表面进行冲洗 及降温处理,按 照 文献 6 要 求进 行喷 射混凝 土作 业 ,采用干喷法 自下而上逐层喷射。喷射混凝土作业 结束后 ,立 即清理堆料并封闭养护室 ,开启空气湿度 调节器 ,维持岩板对喷射混凝土恒定加热 。 高地温隧洞模拟试验装置的 1 和 2 养护室 内的 喷射混凝 土分
15、别在养护至 7 d和 2 8 d龄期后进行拆 模 ,根据文献 6 要求 ,试验采用钻芯拉拔法来测试 围岩一喷射混凝土的粘结强度 ,每种工况取三个芯样 为一组进行测试。 2 3 喷射混凝土 C T扫描及 SE M、XR D试验 为进一步研究不同岩壁温度对围岩一喷射混凝土 粘结强度的影响,对养护至规定龄期 的喷射混凝土试 样进行无损检测 以及微 细观结构 扫描、成 分鉴定试 验 。 C T扫描技术 作为一 种先进 的无损 检测技术 , 具有定量 、精确 、无损检测材料内部结构的特点 ,本 水利水电技术第4 6卷2 o l 5年第 9期 马秋娟, 等不同岩壁温度对围岩一喷射混凝土粘结强度的影响分析
16、试验借助 C T扫描技术研究高温岩壁作用过后 的喷射 混凝土芯样 内部细观结构。扫描电子显微镜 ( S E M) 具有很大的景深清晰度 ,可以借助电子显微镜清晰的 观察到水 泥水 化产物的形貌 J ,因此取 不 同温度 工 况下粘结面处 的试样进行 S E M试验 ,可以得出不 同 岩壁温度下粘结面处混凝土表面的微观 图像。同时, 利用 x射线 ( X R D) 可 以准确得到样品完整 晶体成分 且测量精度 高的优点 J ,取不 同温度工 况下粘结 面 处的试样进 行 X R D试 验 ,分析不 同岩壁温度下粘结 面处混凝土的晶体成分。 3 试验结果分析 3 1 围岩一喷射混凝土粘结强度数据分
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