機(jī)制砂鋼纖噴射混凝土在鐵路鐵路隧道中的應(yīng)用

1、機(jī)制砂鋼纖噴射混凝土在鐵路鐵路隧道中的應(yīng)用黃緒泉1，胡嗣斌2，成立1，王小萍1(1荊楚理工學(xué)院化工研究所，湖北荊門 448000：2中鐵十一局集團(tuán)第二工程有限公司，湖北十堰 442013) 摘要：通過對噴射工藝以及機(jī)制砂和鋼纖維噴射混凝土特點的分析，直接采用增加水泥用量和保持機(jī)制砂中石粉含量和合理的噴射工藝，設(shè)計機(jī)制砂鋼纖維噴射混凝土，在施工中能取得好的效果。 關(guān)鍵詞：機(jī)制砂：鋼纖維噴射混凝土；鐵路隧道；施工工藝 中圖分類號：TU52853 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-702X(2008)01-0008-030 前 言 某承建工程中有3座隧道，即廟灣隧道、帽盒山隧道和三圣寺隧道。其中廟

2、灣隧道全長1074m，為-082單面下坡；帽盒山隧道全長1454m，坡度分別為-162、-154的單面下坡：三圣寺隧道全長1505m，坡度分別為-154、-139、-029的單面下坡。隧道設(shè)計均為單線，圍巖級別均為、V級，隧道開挖采用光面爆破控制措施，初期支護(hù)設(shè)計為C25鋼纖維噴射混凝土。 噴射混凝土宜采用級配良好、細(xì)度模數(shù)應(yīng)大于25的中粗砂做細(xì)集料效果最好，而該工程地處重慶市萬州境內(nèi)，受自然環(huán)境條件所限只有特細(xì)砂，特細(xì)砂由于比表面積大、黏稠等不能用于配制噴射混凝土，而外購中粗砂需遠(yuǎn)到岳陽，運距遠(yuǎn)，到達(dá)施工現(xiàn)場價格高達(dá)94元m3，該工程為投標(biāo)價較低的外資標(biāo)，砂價過高會增加工程成本壓力。為降低成

3、本，只有采用當(dāng)?shù)厥郊庸さ臋C(jī)制砂作為細(xì)集料配制機(jī)制砂鋼纖維噴射混凝土。但在隧道施工中，對是否可以使用人工砂作為噴射混凝土的細(xì)骨料，TBl04172003鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)中沒有明確規(guī)定。而且由于機(jī)制砂表面形狀差、顆粒級配不夠理想且波動較大，易造成混凝土的和易性不佳，混凝土的質(zhì)量不易控制。工程上普通鋼纖維噴射混凝土多采用425級普硅水泥，采用機(jī)制砂做鋼纖維噴射混凝土的細(xì)集料多摻加粉煤灰、硅灰和減水劑以改善機(jī)制砂工作性的不足，增加細(xì)粉料和提高機(jī)制砂鋼纖維噴射混凝土和易性，這會導(dǎo)致需水量增大、增加成本和工藝的復(fù)雜性。為此，我們根據(jù)工程實際情況并參考以前普通噴射混凝土施工經(jīng)驗，直接采用325

4、級普硅水泥并增大用量、保持機(jī)制砂一定的石粉含量和合理的噴射工藝設(shè)計C25機(jī)制砂鋼纖維噴射混凝土進(jìn)行施工。1 原材料情況 水泥：采用重慶騰輝水泥股份有限公司生產(chǎn)的P·0325水泥，初凝時間為332h，終凝時間450h，安定性合格(雷氏法)：宜昌華新水泥股份有限公司產(chǎn)P·0325水泥，初凝時間310h，終凝時間420h。水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量均為27。其物理力學(xué)性能見表1。碎石：重慶萬州區(qū)豐華礦石廠提供，石灰?guī)r質(zhì)510mm，符合連續(xù)級配要求，含泥量03，泥塊含量018，壓碎值73，針片狀顆粒含量58，表觀密度266gem，堆積密度151g/m3，吸水率15。機(jī)制砂：重慶萬州區(qū)豐華礦

5、石廠提供的機(jī)制砂，石粉含量40，泥塊含量03，細(xì)度模數(shù)36，壓碎指標(biāo)值23，表觀密度2635gcm3，堆積密度1505Scm3，堿骨料反應(yīng)0026，硫化物含量006，氯化物含量003。砂級配見圖1。從圖1看出，其級配不是很好。 水：施工用水為轉(zhuǎn)嘴河的河水。經(jīng)檢驗可用于各類混凝土拌合用水，檢測不溶物2mgL，可溶物284mgL，硫酸鹽(以計)379mgL，氯化物(以C1-計)263mgL，pH值826，硫化物(以S2計)55mgL。 速凝劑：鄭州南川市雙利建材廠提供R-型速凝劑，摻量為水泥用量的4時，初凝時間3min，終凝時間1183min。 鋼纖維：武漢漢森鋼纖維有限公司產(chǎn)普通碳素鋼纖維，檢測

6、抗拉強(qiáng)度809MPa，符合TBl04172003要求。2 施工工藝 鋼纖維噴射混凝土攪拌噴射工藝歸納起來有3種，即干拌于噴工藝、濕拌濕噴工藝和先干后濕拌濕噴工藝。21 干拌干噴工藝 干拌關(guān)鍵在于投料順序，通常先將細(xì)集料、粗集料、水泥、鋼纖維和速凝劑進(jìn)行干拌后，從噴射機(jī)的一噴嘴噴射出與同時從另一噴嘴噴射出的水在噴嘴口處混合成混凝土后，進(jìn)一步噴射到施工面(見圖2)。22 濕拌濕噴工藝 先將鋼纖維、細(xì)集料、粗集料和水泥一起投入攪拌機(jī)干拌，使鋼纖維均勻分散到混合料中，然后再加水濕拌后從噴射機(jī)一噴嘴噴射出，與同時從另一噴嘴噴射的速凝劑在噴嘴口處混合成混凝土噴射到施工面(見圖3)，該工藝可使鋼纖維在混凝土

7、中均勻分散，避免鋼纖維尚未分散即被水泥砂漿或水泥凈漿包裹成鋼纖維球的現(xiàn)象。23 先干拌后濕拌濕噴工藝 先將細(xì)集料、粗集料、水泥進(jìn)行干拌，再加水和用纖維分散機(jī)分散的鋼纖維均勻投料濕拌后從噴射機(jī)一噴嘴噴射出，與同時從另一噴嘴噴射的速凝劑在噴嘴口處混合成混凝土噴射到施工面。采用該工藝要采用機(jī)械分散纖維的設(shè)備，才能有好的施工效果。 以上3種施工工藝中，干拌干噴工藝施工簡單，鋼纖維易成團(tuán)，回彈率大、粉塵大、品質(zhì)不穩(wěn)定；先干后濕拌濕噴工藝操作復(fù)雜，不利于工人熟練掌握；濕拌濕噴工藝具有工藝簡單、施工中粉塵少、回彈量少和混凝土質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，根據(jù)工地實際情況主要采用濕拌濕噴工藝進(jìn)行施工，3 配合比設(shè)計 隧道地

8、下水經(jīng)檢驗，碳酸氫根(以HCO3-計)133 mgL，鎂鹽(以Mg2+計)186mgL，硫酸鹽(以SO42-計)580 mgL，氯化物(以CI-計)164mgL，侵蝕性C02氣體389 mgL，對混凝土工程無腐蝕。加之在噴射混凝土層外還有二次混凝土襯砌保護(hù)，故噴射混凝土可不采取防腐措施。 參照J(rèn)GJ 552000普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程和TB104172003<<鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，考慮因速凝劑對混凝土后期實際強(qiáng)度的影響，理論設(shè)計時配制強(qiáng)度按標(biāo)準(zhǔn)差50MPa進(jìn)行，即配制強(qiáng)度為332MPa。機(jī)制砂混凝土流動性小，摻入鋼纖維后導(dǎo)致混凝土坍落度的降低，混凝土坍落度大小對

9、噴射速度影響大。坍落度大，噴射速度快，回彈也大，故設(shè)計機(jī)制砂鋼纖維噴射混凝土?xí)r坍落度設(shè)計為(100_+20)mm左右。 根據(jù)施工工藝安排原材料添加順序和檢測指標(biāo)，按順序依次將書1制砂、水泥、碎石和鋼纖維投入強(qiáng)制式攪拌機(jī)干拌30s，加水?dāng)嚢?rain卸出，待混合料攪拌均勻后測試坍落度和表觀密度等指標(biāo)，然后加入速凝劑人工快速翻拌30s后入150mm×l50mm×l50mm試模，在混凝土振動臺上振動60s成型，試拌結(jié)果見表2。 從表2可知，2號配比符合要求。后經(jīng)采用同配比換用重慶騰輝水泥股份有限公司P·0325水泥進(jìn)行試拌，測試結(jié)果同樣符合要求。從運距和成本考慮，最后采

10、用4號騰輝水泥的配比，而華新水泥的配合比備用。4 施工控制41 機(jī)制砂質(zhì)量控制 機(jī)制砂中石粉的細(xì)度小、比表面大，一定的石粉含量可以補(bǔ)充混凝土中缺少的細(xì)顆粒，和水泥漿一起形成柔軟的漿體改善混凝土的和易性：由于沒有活性，石粉中的微細(xì)顆粒進(jìn)入水泥水化產(chǎn)物的晶體中起微集料填充作用，能夠增加混凝土的密實度。但石粉含量過大會造成混凝土需水量增大，增大噴射混凝土黏稠度造成噴射困難。因此，要經(jīng)常測試石粉含量，確保石粉含量控制在2-6為宜。42 混凝土攪拌和運輸 混凝土拌合站直接設(shè)在洞口，隧道的施工用水通過在線路左側(cè)的轉(zhuǎn)嘴河邊設(shè)置泵站，分級抽水至高位水池內(nèi)，再由隧道洞頂高位水池通過供水管道供水至拌合站和隧道洞內(nèi)

11、。采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌4min，坍落度檢測合格后，由保持低速攪拌的混凝土攪拌車運輸至現(xiàn)場，快速攪拌2min左右后放出，以防運輸過程中混凝土離析。43 混凝土噴射 為提高噴射混凝土的效果，減少回彈量和粉塵對人體的危害，采用鐵道部科學(xué)研究院西南分院研制的TK-961型濕式噴射機(jī)噴射混凝土。噴射作業(yè)由有經(jīng)驗、技術(shù)熟練的噴射手操作，可以根據(jù)速凝劑開關(guān)的大小和對應(yīng)噴射混凝土方量大小來控制速凝劑實際摻量，保證實際施工噴射混凝土配合比和設(shè)計配合比相符。 在噴射混凝土之前，用水或風(fēng)槍將受噴面粉塵和雜物清除干凈。施工時采用工作風(fēng)壓大于05MPa，水壓比風(fēng)壓大01MPa，以噴射手目測噴射混凝土表面濕潤、有光澤、易

12、粘著、回彈量小宋掌握風(fēng)壓，噴頭與受噴面的距離為1520m，且垂直于巖面，噴嘴緩慢呈螺旋形均勻移動，一圈壓半圈，不僅可減少鋼纖維回彈，還可使鋼纖維分布均勻。行與行之間搭接23cm，初噴厚度35cm，復(fù)噴每次58cm，直至設(shè)計厚度，2次噴射間隔時間為1530min。 對于設(shè)有鋼架和鋼筋網(wǎng)的地段，除垂直于巖面施噴外，可以適當(dāng)斜噴以消除鋼架、鋼筋與巖面之間的空隙。對于超挖形成的凹洼部位，也用同級噴混凝土填實找平。 漏水地段應(yīng)根據(jù)實際情況調(diào)整混凝土配合比，增加水泥用量；先噴干混合料，待其與水隔離后，逐漸加水噴射，噴射時由遠(yuǎn)而近，逐漸向涌水點逼近，然后在涌水點處安設(shè)導(dǎo)管，將股水引出，再在導(dǎo)管附近噴射；當(dāng)涌

13、水地點不多時，采用開縫摩擦錨桿進(jìn)行導(dǎo)水處理后再噴射混凝土；涌水嚴(yán)重時，可設(shè)置泄水孔，邊排水邊噴射。44 混凝土質(zhì)量檢測 制作500mm×500mm×l50mm大板試模，為有底開口試模，內(nèi)部刨光，板厚20mm，四角有加固，可拆卸。用TK-961型濕式噴射機(jī)對木盒進(jìn)行噴射，直至噴滿為止；標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7d后拆掉木盒即成大板，再用DQ-14型自動巖石鋸石機(jī)切割成150mm×l50 mm×l50mm混凝土試塊，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行質(zhì)量檢測。5 結(jié) 語 (1)選擇規(guī)模生產(chǎn)廠家，能生產(chǎn)出比較穩(wěn)定的級配和符合石粉含量要求的水洗機(jī)制砂。 (2)機(jī)制砂鋼纖維混凝土雖然沒有天然中粗砂配制混凝土的和易性好，但采取適當(dāng)增加水泥量和合理的噴射工藝，經(jīng)水洗后的機(jī)制砂能夠滿足輸送要求，在噴射過程中不會出現(xiàn)堵管和輸送困難等現(xiàn)象，而且由于機(jī)制砂顆粒粗糙且棱角多，與受噴巖面易咬合。 (3)嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量和噴射混凝土施工配合比，設(shè)計機(jī)制砂鋼纖維噴射混凝土?xí)r3個基準(zhǔn)水灰比不宜拉大，水灰比太小，混凝