聚丙烯纤维喷射混凝土在隧洞支护中的应用与探讨.pdf
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1、 工 程 | 聚丙烯 纤维喷 射混凝 土在 隧洞支护 中的 应 用与探 讨 黪宋荣礼 ( 中国水电老挝南欧江流域发电有限公司) 【 摘要】 结合工程实践,介绍了掺入聚丙烯纤维喷射混凝土施工方法,阐述了聚丙烯纤维在喷射混凝土混凝 土中的作用机理及使用效果。实际应用表明:掺入聚丙烯纤维能显著改善喷射混凝土回弹损失率高、抗渗性能 差、抗裂性能低等不足,并具有较显著的经济效益,更适合于隧洞喷射混凝土工程。 【 关键词】 喷射混凝土 聚丙烯纤维 隧洞支护 1 概述 九龙 河 一 期 电 站 工 程 沙 坪 电 站 引 水 隧 洞 全 长 4 7 0 6 3 9 6 m,偏 桥电站引水隧洞全长 7 4 0
2、 2 m,一 道桥 电站 引水隧 洞 全 长 9 9 6 8 m。设 计 衬 砌 为 :对 类 围岩 ,边 、 顶拱喷 l O c m厚混凝土支护,底板素混凝土厚 2 0 c m;对 类 围岩 ,边 、顶拱喷 1 5 c m厚混凝 土 ,挂 网+系统锚杆 支护,底板素混凝土厚 2 0 c m;对类围岩,挂双层钢筋 网+系统锚杆支护 ,边顶拱 喷 2 5 c m 厚混凝土 支护 ;对 V 类围岩,6 0 c m厚双层钢筋混凝土衬砌 ;V类围岩顶拱进 行回填灌浆,并对周边进行固结灌浆处理。 由于普通喷射混凝土存在喷射回弹损失率高、抗渗 性能差、抗裂性能低等不足,采用掺加钢纤维材料来改 变喷射混凝土
3、的性能存在成本高,对喷射机具要求高, 喷射施工过程中拌和困难、易堵管、施工机具磨损严重、 工效 降低 等缺 陷。用 聚丙 烯纤 维作 为喷 射混 凝 土的微 加 强筋 系统 ,可克服 钢纤 维材 料 的诸多 缺 陷 。聚丙 烯纤 维 喷射混凝土方案经过在沙坪 电站引水隧洞试验论证后 , 在九龙河 一期 电站 工 程 三 个 电 站 引水 隧洞 得 到 较 好 的 应 用。 2 聚 丙烯纤维的作用机理和理化标 准 2 1 作 用 机理 聚丙烯纤维同水泥石结合力很强。当纤维以 0 9 k g r n加入混凝土后,纤维丝随着搅拌,受到水泥、砂石的 冲击后散开,1 0 0 0多万根短纤维均匀分布在混凝
4、土中, 南于纤维与混凝土问握裹力很强,可有效地控制混凝土 晶体间的位移,因而可提高混凝土的断裂韧性和抗拉强 度。均匀分布在混凝土中的大量纤维起分流和筛滤的作 用,降低了混凝土表面析水,阻碍集料的离析,使其微 小的孔隙含量大大降低,提高了混凝土的抗渗能力。 在水泥 固化早期 ,聚丙纤 维混 凝 土 比普 通混 凝 土可 保持更多水分 ,水泥水化反应更彻底,骨料离析减少 , 级配更加稳定,表面强度较普通混凝土更高。当聚丙烯 纤维混凝土受到拉 伸和冲击力作用时,均匀分布且数 量巨大的聚丙烯纤维起到吸收能量和分散托力的加 强 筋作用。冈此 聚丙烯 纤维 混凝 土具有 耐 冲击 及抗 震 作用 。 聚丙
5、烯纤维是大分子结构,温度4 0 0 时,具有收 缩性 ,当温度 一4 O 时 ,玻 璃态 和结 晶 态大分 子具 有 抗收缩性,这种性能正好补偿混凝土的热胀冷缩性。 聚丙烯纤维改善混凝土 的综合 特性 主要是物 理作用 , 不改变混凝土 中材料 的化 学性 能构 成 ,因此 不会 影 响其 耐久 性。同样 混凝土 对其 包裹 的 聚丙烯 纤维 也不 会改 变 其化学特性,冈此也不会影响纤维的耐久性。故聚丙烯 纤维 混凝 土有较强的耐久性 。 2 2 聚丙烯纤维的理化标准 堆积密度 9 0 0 1 0 0 0 k g m3 ;熔点 1 5 5 1 6 5 ;燃 点5 5 0 ;导热系数0 5 w
6、 ( K m) ;单位体积电阻 系数 6 1 0 2 1 2c r n ;抗 酸碱 腐 蚀能 力 高 ;抗 拉强 度 5 0 0 MP a ;弹性模 量 3 5 0 0 MP a ;断 裂伸 拉率 1 O 2 O ;分散性好 ,均匀不成 团 ;不 吸水 ,无毒性 。 4 3 j i 甏 囊 誊 ; 。 i | 7 K 水 电沲5 2 2 0 1 4 、 强 、 强 3 回弹 、抗渗性 能及力学性能对 比试验 3 1 对 比试 验 条件 在沙坪电站引水 隧洞 2号支洞上游隧洞进行厚度 l 5 c m ( 钢筋 网间距 2 0 c rux 2 0 c m)的挂网喷护 ,现场施工 采州湿喷法。进行
7、不掺纤维混凝土 与存原配比 加入 0 9 k g m 。的聚丙 烯纤 维 ,并刚大 板对 两 种混 凝 士成 型 , 同时对 同弹损失率进行柃测 。 试验组喷射面符合喷射混凝土作业面要求。喷射时 作面具有 本相 同的表面平整度和岩体状态,将塑料 布铺在受喷面F方收集 回弹物。喷射完毕后收集回弹物 斤称重。 3 2 施 工方 法 ( 1 )施T顺序 :将砂 、石 、纤维 、水泥一起十拌 ,然 后 冉加水湿拌 。 ( 2 )拌制时 问:普通混凝 土拌 制时 间为 2 3 mi n ,聚 丙烯纤 维混凝土 的拌制 强度 比普通 混 凝土 的略 大 ,拌制 时问 4 5 mi n 。延长混凝土的拌制时
8、间不会影响纤维的 分布和混凝土的强度 。做到拌和均匀 ,随拌随用 。 ( 3 )岩 面处碑 :厢高压水将基岩表 面松 动岩块 、彳 T 粉 冲洗干净 。喷射前 ,1L f j 喷射 机在 工作 面 上消 适量 水 ,保 持一 一 定湿度 ,提高 岩面 黏 附力 。有 渗水 处预 先采取 打孔 使 水源集中措施处理 。 ( 4 )喷射作业 :先边墙后顶拱,先喷低 凹处,再找 平。喷嘴至【作 面的距离一般为 0 8 1 _ 0 17 l ;喷射角度 控制在 8 O 。 9 () 。 左 右 ;喷嘴 处 的风 压 一般 控 制在 0 3 0 5 MP a ;喷嘴按螺旋形轨迹移动 。 停机顺序 为:先
9、关 主 电动机 、振 动 电动机 一 关速 凝 剂计量泵一火 主风 阀,速 凝剂辅 助 风阀 暂 关闭一 清 洗 速凝剂管路一清洗主机。 ( 5 )喷射作 业过程 中,上 料速 度尽 町能 均匀 连续 适 中,始终保持进料斗 I l 有一定 的 存 量 。一旦 发生堵 管 , 要立 即停 _丰电动机和振动器 ,然后关风 。 ( 6 ) 弹量调 整 :开 始 时 同弹量 较 大 ,形 成 塑性 层 后 。粗骨料嵌入 ,回弹 量减 少 ,一 次性 喷 射 混凝 土 厚度 小小于 6 c m,拱 顶为 6 8 c m,边墙 为 7 l O c m。 ( 7 )养护 :臆在混凝 土终凝 2 h后 ,喷
10、水 养护 ,养 护 时问不低 于 1 4 d 。 喷射施 T _ 12 岂流程见冈 1 。 图 l 喷射施 工工 艺流程 图 3 3 原材 料 ( 1 )聚丙烯纤维采用 四川 I 华神化学建材有限公州 产 的 “ 好 亦特”聚丙烯纤维 ,纤维 长度 1 9 mm。 ( 2 )水泥 :为 四川 都江 堰托 法 基水 泥厂 牛 的 I ( ) 3 2 5普通硅酸盐水泥 。2 8 d 文测强度 1 2 6 MP a ( 3 )细骨料 :几龙河 一期 电站 当地 人然河砂 ,绌度模 数 2 7 3 ,属中砂 。筛分骨料 表 1 。 表 1 砂 颗 粒 级配 筛孔尺寸 ( mm) 5 0 2 5 1 2
11、 5 () 6 3 O l 5 O 1 6 () 1 F 分级筛余率 ( ) 5 3 4 l 3 5 2 1 4 4 6 2 5 6 6 1 6 1 : 2 2 7 2 1 8 5 累计筛余率 ( ) 5 : 4 l 8 8 6 3 3 3 2 5 8 9 8 7 5 1 1 9 8 1 : l ( )( ) ( 4 )粗 骨 科 :为 人 碎 ,连 续 级 配 ,最 大 粒 1 ,5 F II I I 1 。筛分骨料 表 2 。 表 2 骨料颗粒级配 筛 L 尺寸( F l lq 1 ) 】 5 1 0 2 5 分级筛余率 ( ) 8 2 5 3 9 1 4 9 6 8 5 9 累计筛余率
12、( ) 8 2 5 4 7 4 9 1 4 ( ) l ( ) () ( 5 ) 外 加剂 :HY 速凝 剂 ( 液 体 ) , : 地 为 四川 。掺 量为水泥用量 的 2 4 。 3 4 喷射混凝土回弹率对比试验 : 沙坪 电站 2号支洞 游 引 2 +1 O O | j l 2 +l 6 ( ) 边 墙投 顶拱锚喷 ,钢筋 网 2 0 c m2 0 c m 问距 布置 ,按 表 3 、丧 4 配合 比配料进 行喷射 混凝 施 工。边墙 对 比试聆 结 果 比 较 见表 3 。 表 3 边墙 喷射 混凝土配合 比试验表 混凝土试验配合比 喷射 同弹 叫弹 试验次数 水泥 砂 由 水 水灰比
13、 速凝剂 聚阿烯纤维 料重 料 率 ( k g m 0 ) ( k g m 0 ) ( k g m0 ) ( k g m: ) ( k g m0 ) ( k g r n 0 ) ( k g m一 ) ( k g m ) ( ) 1 ) ( ) 1 7 5 1 6 4 4 5 0 4 5 2 4 O 4 8 6 4 9 8 2 2 ( ) 2 2 l 【) ( ) l 7 5 1 6 4 4 5 0 4 5 2 0 1 8 6 4 I 】 7 2 2 2 4 1 3 l O 0 l 7 5 1 6 4 4 5 ( ) 4 5 2 4 O 4 8 6 4 1 2 ( 1 6 7 2 4 8 l 4
14、 1 O 0 1 7 5 1 6 4 4 5 O 4 5 2 4 0 1 9 4 8 6 5 9 0 7 6 8 9 8 5 1 O 0 l 7 5 l 6 4 4 5 0 4 5 2 4 ( ) 1 【 4 8 6 5 9 1 5 2 5 【j _ 3 6 1 O 0 1 7 5 1 6 4 4 5 【 ) 4 5 2 4 0 1 9 d 8 6 5 9 5 9 8 5 l 2 4 4 未掺 聚丙烯纤 维平 均 回弹率为 2 3 ,掺 聚丙 烯纤 维 平均 回弹率为 1 0 5 。 成本分析 :未掺 聚丙烯 纤维喷射混凝 土成本 5 0 4 元 m。 ,掺聚丙烯 纤维 后成 本为 5 4 1
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