喷射混凝土施工控制

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所属分类:减隔震百科
 1、喷射混凝土应优先选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,也可选用矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥,必要时,采用特种水泥。水泥强度等级不应低于32.5MPa。优先选用普通硅酸盐水泥,是因为它含有较多的C3A和C3S,凝结时间较快,特别是与速凝剂有良好的相容性。目前PO 32.5水泥已经停产,为降低成本本工程选用PC 32.5水泥,并过大量试验确定与之匹配的速凝剂品种。
  2、应采用坚硬耐久的中砂或粗砂,细度模数宜大于2.5。干法喷射时,砂的含水率宜控制在5%~7%;当采用防粘料喷射机时,砂含水率可为7%~10%。采用中粗砂及细度模数大于2.5的规定,不仅是为了保证混凝土强度,也是为了减少粉尘和混凝土硬化后的收缩。砂子的含水率控制在5%~7%,主要是为了在干法喷射时减少材料搅拌时水泥的飞扬损失,降低粉尘,也有利于水泥的充分水化及混合料在喷头处遇水后易于混合均匀,减小回弹率和提高混凝土强度。
  3、应采用坚硬耐久的碎石,粒径不宜大于15mm;当使用碱性速凝剂时,不得使用含有活性二氧化硅的石材。目前国内的喷射机可使用最大粒径为25mm 的粗骨料,但为了减小回弹率和混合料在管路内的堵塞,故最大骨料粒径不宜大于15mm。本工程采用石灰岩加工的5~16mm的瓜米石作为喷射混凝土用碎石,其堆积密度1459 kg/m3,容重为2603 kg/m3,压碎值10.4%,含泥量0.6%。
  4、喷射混凝土用骨料级配宜控制在表1所给的范围内。骨料级配对混合料在管路内输送、混凝土的密实性及喷射中的回弹率都有重要影响。因此保证良好的级配尤为重要。
  5、应采用符合质量要求的外加剂,掺外加剂后的喷射混凝土性能必须满足设计要求。在使用速凝剂前,应做与水泥的相容性试验及水泥净浆凝结效果试验,初凝不应大于5min,终凝不应大于10min;在采用其他类型的外加剂或几种外加剂复合使用时,也应做相应的性能试验和使用效果试验。为了加速喷射混凝土的凝结、硬化,提高其早期强度,减少喷射混凝土施工时的回弹率和因重力而引起的混凝土脱落,增大一次喷射厚度和缩短分层喷射的间隔时间,一般在喷射混凝土中加入速凝剂。速凝剂对于不同品种的水泥,其作用效果也不相同。因此,在使用前应做速凝剂与水泥的相容性试验。试验的主要项目为:水泥掺入速凝剂后的初、终凝时间,早期强度和后期(28天)强度的保有率。根据工程实际,我合同段优先选用XX集团生产的SH-1型速凝剂。该速凝剂最佳掺量为4%,初凝时间3分15秒,终凝时间8分钟,满足喷射混凝土速凝剂要求且价格相对便宜。
  6、当工程需要采用外掺料时,掺量应通过试验确定,加外掺料后的喷射混凝土性能必须满足设计要求。
  7、混合水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质,不得使用污水及PH值小于4的酸性和含硫酸盐量按硫酸根离子计算超过混合用水重量1%的水。干法喷射用的混合水应有足够的压力,以保证压力水穿透料流,使水和水泥均匀混合。压力水一般由高位水池、水泵或加压水箱供给。本工程混凝土拌和用水指标如表2。
  二、施工机具 
  1、干法喷射混凝土机的性能应符合下列要求:
  ⑴密封性能良好,输料连续均匀;
  ⑵生产能力为3~5m3/h;允许输送的骨料最大粒径为25mm;
  ⑶输送距离,水平不小于100m,垂直不小于30m。
  2、湿法喷射混凝土机的性能应符合下列要求:
  ⑴密封性能良好,输料连续均匀;
  ⑵生产率大于5m3/h,允许骨料最大粒径为15mm;
  ⑶混凝土输料距离,水平不小于30m,垂直不小于20m;
  ⑷机旁粉尘小于10mg/m3。
  3、选用的空压机应满足喷射机工作风压和耗风量的要求;当工程需要选用单台空压机工作时,其排风量不应小于9 m3/min;压风进入喷射机前,必须进行油水分离。
  4、混合料的搅拌宜采用强制式搅拌机。
  5、输料管应能承受0.8 MPa以上的压力,并应有良好的耐磨性能。
  6、干法喷射混凝土施工供水设施保证喷头处的水压为0.15~0.20 MPa。
  三、混合料的配合比与拌制 
  (一)配合比设计(C20喷射混凝土)
  1、设计强度:fcu,o> fcu,o+1.645δ=20+1.645×4=26.6 MPa
  2、确定水泥用量:本项目采用PC 32.5水泥为喷射混凝土用水泥。假设每立方水泥用量为400kg,并以400kg/m3为基准开始计算。
  3、确定骨胶比:根据《GB50086-2001》要求,选用骨胶比为4,则每立方混凝土中骨料总重量为:400×4=1600 kg/m3
  4、确定砂率:根据《GB50086-2001》要求并结合工程实际,选用砂率为55%。则Ms=880 kg/m3 Mg=720 kg/m3
  5、选定水灰比:根据《GB50086-2001》要求及经验选取W/C=0.45,则:Mc=400×0.45=180 kg/m3
  6、基准配合比:(速凝剂最佳掺量为总胶凝材料用量的4%)
  7、配合比调整:
  8、确定施工配合比:
  根据规范要求,现场进行试喷取样并检验回弹量是否满足规范要求并进一步优化施工配合比,使该配合比在满足设计强度及规范要求的前提下达到最佳经济指标。
  (二)混合料的拌制
  1、混合料配合比应遵守下列规定:   ⑴干法喷射水泥与砂、石之重量比宜为1.0:4.0~1.0:4.5;水灰比宜为0.40~0.45;湿法喷射水泥与砂、石之重量比宜为1.0:3.5~1.0:4.0;水灰比宜为0.42~0.50,砂率宜为50%~60%。
  喷射混凝土砂率宜为50%~60%,是综合考虑喷射混凝土的施工性能和力学性能后提出的。实践证明,当砂率小于50%,管路容易堵塞,回弹率高;若砂率高于60%,则不仅会降低喷射混凝土强度,也会增大收缩。当水泥用量增加时,喷射混凝土的回弹率减少,强度提高。但是,水泥用量太高时,不仅不经济,也会增加混凝土收缩。我试验室经过几个项目的试验总结,当水泥用量在400kg/m3时,强度可以保证,回弹率较小。经我试验室室内试验并结合现场实际施工情况,推荐胶骨比为1:4,水灰比为0.45,砂率优先选用50%。若砂率50%时回弹率过大,则可适当调整至55%。工地施工配合比可按照4包水泥即200kg水泥为基准进行配料。施工配合比可参照下列数据:
  水泥:200kg 砂: 440kg 碎石:360kg
  ⑵速凝剂或其他外加剂的掺量应通过试验确定。该品牌速凝剂的推荐掺量为水泥用量的4%。当速凝剂掺量小于要求时,混凝土凝结时间过慢易造成喷射混凝土自然坍落;当速凝剂掺量大于要求时,喷射混凝土凝结时间过快易造成堵管等现象。
  2、原材料按重量计,称量的允许偏差应符合下列规定:
  ⑴水泥和速凝剂均为+2%;
  ⑵砂、石均为+3%。
  3、混合料搅拌机时间应遵守下列规定:
  ⑴采用容量小于400L的强制式搅拌机时,搅拌时间不得少于60S;
  ⑵采用自落式或滚筒式搅拌机时,搅拌时间不得少于120S;
  ⑶采用人工搅拌时,搅拌次数不得少于3次;
  ⑷混合料掺有外加剂或外掺料时,搅拌时间应适当延长。
  4、混合料在运输、存放过程中,应严防雨淋、滴水及大块石等杂物混入,装入喷射机前应过筛。
  5、干混合料宜随拌随用。无速凝剂掺入的混合料,存放时间不应超过2h,干混合料掺速凝剂后,存放时间不应超过20min。
  6、用于湿法喷射的混合料拌制后,应进行坍落度测定,其坍落度宜为8~12cm。
  四、喷射前的准备工作
  1、喷射作业现场,应做好下列准备工作:
  ⑴拆除作业面障碍物、清楚开挖面的浮石和墙角的岩渣、堆积物;
  ⑵用高压风水冲洗受喷面;对遇水易潮解、泥化的岩层,则应用压风清扫岩面;
  ⑶埋设控制喷射混凝土厚度的标志;
  ⑷喷射机司与喷射手不能直接联系时,应配备联络装置;
  ⑸作业区应有良好的通风和足够的照明装置。
  2、喷射作业前,应对机械设备、风、水管路,输料管路和电缆线路等进行全面检查及试运转。
  3、受喷面有滴水、淋水时,喷射前应按下列方法做好治水工作:
  ⑴有明显出水点时,可埋设导管排水;
  ⑵导水效果不好的含水岩层,可埋设盲沟排水;
  ⑶竖井淋帮水,可设截水圈排水。
  4、采用湿法喷射时,宜备有液态速凝剂,并应检查速凝剂的泵送及计量装置性能。
  五、喷射作业 
  1、喷射作业应遵照下列规定:
  ⑴喷射作业应分段分片依次进行,喷射顺序应自下而上;
  ⑵素喷混凝土一次喷射厚度应遵照表4选用;
  ⑶分层喷射时,后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行,若终凝1h后再进行喷射时,应先用风水清洗喷层表面;
  ⑷喷射作业紧跟开挖工作面时,混凝土终凝到下一循环放炮时间,不应小于3h。
  2、喷射机司机的操作应遵守下列规定:
  ⑴作业开始时,应选送风,后开机,再给料;结束时,应待喷完后,再关风;
  ⑵向喷射机供料应连续均匀;机器正常运转时,料斗内应保持足够的存料;
  ⑶喷射机的工作风压,应满足喷头处的压力在0.1MPa左右。大量的工程实践表明,喷射速度(即喷头出口处的工作风压)是影响喷射混凝土质量和回弹率的重要因素之一。当喷头处风压为0.1MPa左右时,在其他影响因素符合规定的时候,喷射混凝土回弹率较小,强度较高,粉尘浓度较底。当风压过小,即喷射速度太小时,则由于喷射冲击力小,粗骨料不容易嵌入新鲜混凝土中,则掉落较多且混凝土密实度较低,不但回弹率高也影响喷射混凝土强度;当风压过大,即喷射冲击力大时,回弹率也高,也会使粉尘浓度增大;
  ⑷喷射作业完毕或因故中断喷射时,必须将喷射机和输料管内的积料清除干净。以防止喷射混凝土凝结后造成堵管。
  3、喷射手的操作应遵守下列规定:
  ⑴喷射手应经常保持喷头具良好的工作性能。水环出水眼的畅通和喷头各部件之间良好的密封,使之不漏水,从而保证干混合料在喷头处与水得到均匀的混合。
  ⑵喷头与受喷面应垂直,宜保持0.60~1.00m的距离。当喷头与受喷面垂直,喷头与受喷面的距离保持在0.60~1.00m的情况下进行喷射作业时,粗骨料易嵌入塑性砂浆层中。喷射冲击力适宜,表现为一次喷射厚度大,回弹低,粉尘小。
  ⑶干法喷射时,喷射手应控制好水灰比,保持混凝土表年平整,呈湿润光泽,无干斑或滑移流淌现象。干法施工时的水灰比是在喷射作业过程中,由喷射手根据经验控制的,主要是凭目测。若达到了规定中的要求,其水灰比一般在0.40~0.45左右,这样对保证喷射混凝土的强度和密实性是有利的。
  4、喷射混凝土的回弹率,边墙不应大于15%,拱部不应大于25%。
  5、竖井喷射作业应遵守下列规定:
  ⑴喷射机宜设置在地面;喷射机如置于井筒内时,应设置双层吊盘。
  ⑵采用管道下料时,混合料应随用随下。
  ⑶喷射与开挖单行作业时,喷射区段高宜与掘进段高相同,在每一段高内,可分成1.50~2.00m的小段,各小段的喷射作业应由下而上进行。
  6、喷射混凝土养护应遵守下列规定:
  ⑴喷射混凝土终凝2h后,应喷水养护;养护时间,一般工程不得少于7d,重要工程不得少于14d。
  ⑵气温低于+5℃时,不得喷水养护。
  7、冬季施工应遵守下列规定:
  ⑴喷射作业区的气温不应低于+5℃;
  ⑵混合料进入喷射机的温度不应低于+5℃;
  ⑶喷射混凝土强度在下列数值时,不得受冻:
  A、普通硅酸盐水泥配制的喷射混凝土低于设计强度等级30%时;
  B、矿渣水泥配制的喷射混凝土低于设计强度等级40%时。
  六、喷射混凝土抗压强度标准试块制作方法 
  1、标准试块应采用从现场施工的喷射混凝土板件上切割成要求尺寸的方法制作。模具尺寸为450mm*350mm*120mm,其尺寸较小的一个边为敞开状。
  2、标准试块制作应符合下列步骤:
  ⑴在喷射作业面附近,将模具敞开的一侧朝下,以80°(与水平面的夹角)左右置于墙角。
  ⑵先在模具外的边墙上喷射,待操作正常后,将喷头移至模具位置,由下而上,逐层向模具内喷满混凝土。
  ⑶将喷满混凝土的模具移至安全地方,用三角抹刀刮平混凝土表面。
  ⑷在隧道内潮湿环境中养护1d后脱模。将混凝土大板移至试验室,在标准养护条件下养护7d,用切割机去掉周遍和上表面(底面可不切)后,加工成边长100mm的立方体试块。立方体试块的允许偏差,边长+1mm;直角<2°。
  3、加工后的边长为100mm的立方体试块继续在标准条件下养护至28d龄期,进行抗压强度试验。
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