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      2. 建筑師知識噴射混凝土技術(shù)

        時間:2024-10-11 00:48:31 建筑師 我要投稿
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        建筑師知識噴射混凝土技術(shù)

          導語:建筑師是從事建筑設(shè)計的人。建筑師接受工程投資方(即通常所說的甲方)的委托,對建筑進行建筑專業(yè)的圖紙設(shè)計,并協(xié)調(diào)整合結(jié)構(gòu)、機電、工藝等各專業(yè)的圖紙,形成可供施工的圖紙?zhí)峁┙o投資方。

        建筑師知識噴射混凝土技術(shù)

          1. 鋼纖維的作用機理

          混凝土的抗拉強度較低,一旦開裂后會發(fā)生脆性破壞。利用鋼纖維進行增強處理后,鋼纖維能夠控制裂縫的開展,并且傳遞拉應(yīng)力,產(chǎn)生應(yīng)力重分布,從而提高混凝土的裂后強度,使混凝土具有相當?shù)膹澢g度。和素混凝土相比,鋼纖維混凝土在發(fā)生變形后仍能承擔荷載。

          2. 鋼纖維混凝土的性能

          鋼纖維混凝土的極限抗彎拉強度和加入鋼纖維之前基本相同,但是鋼纖維混凝土的彎曲韌度有大幅度提高。

          鋼纖維有各種不同的原材料,形狀和抗拉強度,彎曲韌度各不相同。鋼纖維根據(jù)生產(chǎn)工藝分為剪切型,銑削型,和冷拉型。前兩種纖維本身的抗拉強度在400-700MPa之間,長徑比在40-50,摻量較高,一般在80-120kg/m3;[3]冷拉型纖維通過對母材(盤條)的高速拉絲,大幅提高了抗拉強度,通常在1000MPa以上,長徑比在60以上,摻量一般在35-65 kg/m3.

          對不同的鋼纖維應(yīng)進行實驗,得到達到保證鋼纖維混凝土彎曲韌度的鋼纖維纖摻量。鋼纖維混凝土的韌度可以用“位移控制的梁的三分加載實驗”進行。

          (圖見附件)

          圖1.1 鋼纖維混凝土梁三分加載彎拉韌度實驗 荷載-位移曲線

          根據(jù)荷載-位移曲線,通過下式計算鋼纖維混凝土的彎曲韌度:

          (計算公式見附件)

          3. 鋼纖維噴射混凝土的性能

          混凝土中加入鋼纖維后可提高混凝土的彎拉韌度,能量吸收能力,抗沖擊能力和對裂縫的控制。均勻分布的鋼纖維使噴射混凝土任意截面都能夠承受拉應(yīng)力,同時和圍巖有極佳的粘結(jié)力,因此可以通過應(yīng)力重分布,充分發(fā)揮圍巖的自承能力,是理想的支護材料。

          《歐洲噴射混凝土規(guī)范》用大板實驗比較鋼纖維噴射混凝土和掛網(wǎng)噴射混凝土的性能,實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)鋼纖維噴射混凝土有更高的承載能力和吸收變形能力。

          鋼纖維混凝土既能作為初期支護、也可作為永久襯砌;和掛網(wǎng)相比有技術(shù)和經(jīng)濟上的優(yōu)勢:

          鋼筋掛網(wǎng)施工工藝復雜;在凹凸不平的巖面難以沿巖石表面布置在拉應(yīng)力區(qū);在噴射混凝土時回彈大;混凝土容易集結(jié)在掛網(wǎng)的表面,在掛網(wǎng)的背后形成空洞;當圍巖條件較差時,不能形成及時支護。

          鋼纖維噴射混凝土可以順著圍巖表面形成快速有效的支護,和巖石有更好的粘結(jié),而且提高施工安全性簡化施工工序,加快了施工進度。

          從經(jīng)濟角度出發(fā),鋼纖維混凝土襯砌厚度比掛網(wǎng)混凝土節(jié)約30%,回彈量減少30%,工期節(jié)約20-30%.

          4. 鋼纖維噴射混凝土的應(yīng)用

          鋼纖維噴射混凝土從70年代起在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用,在“挪威地質(zhì)學院”提出的“Q系統(tǒng)”中,全面采用鋼纖維噴射混凝土取代掛網(wǎng)作為隧道永久支護。

          我國很早就開始研究鋼纖維混凝土的應(yīng)用,但是由于當時鋼纖維本身抗拉強度低,攪拌時易結(jié)團變形,噴射時易堵管,在施工上很難保證質(zhì)量,使該項技術(shù)沒有得到有效的推廣。90年代起,國內(nèi)引進了歐洲粘結(jié)成排的冷拉型鋼纖維生產(chǎn)技術(shù),冷拉型纖維摻量在35-65 kg/m3,用快速水溶性膠水粘結(jié)成排后,鋼纖維在隨骨料一起攪拌的過程中,膠水遇水自動溶解,成排的鋼纖維會分散成單根,在混凝土中均勻地分布,從而解決了鋼纖維結(jié)團堵管的問題。鋼纖維噴射混凝土在克服了施工中的弱點后,已經(jīng)逐步在國內(nèi)的一些工程中得到應(yīng)用。

          5. 鋼纖維混凝土的韌度設(shè)計

          彎曲韌度是鋼纖維噴射混凝土最為主要的性能,在設(shè)計中必須有明確的規(guī)定目前國內(nèi)隧道設(shè)計規(guī)范中對鋼纖維噴射混凝土的韌度暫無規(guī)定,日本,韓國,及歐洲的纖維噴射混凝土規(guī)范中,對用于地下工程中的鋼纖維噴射混凝土的“彎曲韌度系數(shù)(Re,3)”值大多規(guī)定在68% 以上。我國目前在隧道工程中的鋼纖維噴射混凝土設(shè)計中應(yīng)用的“彎曲韌度系數(shù)”值多在此范圍。

          為了能夠方便地確定鋼纖維噴射混凝土的韌度是否達到設(shè)計要求,有些規(guī)范中采用了“模板”法,在確定鋼纖維混凝土的試件尺寸后,規(guī)定了韌度實驗曲線,實際實驗曲線若能夠包絡(luò)上述曲線,便認為鋼纖維混凝土的韌度達到設(shè)計要求。

          以下是日本高速公路局(JHC)>中對鋼纖維噴射混凝土采用的韌度“模板”曲線:

          (圖見附件)

          圖5.1 鋼纖維噴射混凝土梁三分加載實驗彎拉韌度要求

          將該“模板曲線”換算成彎曲韌度,Re,3=80%.

          由于彎曲韌度實驗對實驗設(shè)備要求較高,根據(jù)設(shè)計規(guī)定的彎曲韌度通過實驗確定鋼纖維的型號和摻量后,在施工中只要檢驗鋼纖維噴射混凝土的厚度和鋼纖維的型號,摻量就能達到質(zhì)量控制的目的。

          目前采用韌度設(shè)計的鋼纖維噴射混凝土在國內(nèi)的鐵路和公路隧道及水電站地下工程中都已經(jīng)有所應(yīng)用,[7]并且逐步成為一種趨勢,鐵路隧道中,圍巖條件較好的工程中鋼纖維噴射混凝土作為永久支護已經(jīng)積累了相當經(jīng)驗(秦嶺鐵路),并且逐步推廣到圍巖條件較差的項目中去。其實,由于鋼纖維噴射混凝土的韌度,使襯砌具有“吸收”圍巖變形的能力。因此,在變形顯著的軟弱圍巖中,鋼纖維噴射混凝土更是一種理想的支護材料。在公路隧道中鋼纖維噴射混凝土已經(jīng)用于軟弱圍巖的初期支護(大保公路),而在水電站項目中,鋼纖維噴射混凝土已有在巖爆條件的地下硐室永久支護的成功經(jīng)驗(二灘電站)。

          表5.1佳密克絲鋼纖維噴射混凝土工程部分應(yīng)用實例

        工程  用途  型號  用量(噸)  進展 
        水電 
        二灘水電站  地下廠房永久支護  ZP305  2000  完成 
        萬家寨水電站  交通洞永久支護  ZP305  120  完成 
        LPG汕頭  地下儲氣室永久支護  RC-65/35-BN  120  完成 
        鐵路 
        西-康線
        秦嶺超長隧道 
        隧洞永久支護  ZP305  160  完成 
        公路 
        元-墨公路  隧洞初期支護  RC-65/35-BN  1700  在建 
        大保公路I II  隧洞初期支護  RC-65/35-BN  1500  在建 

          6. 鋼纖維噴射混凝土的施工

          從原則上而言,鋼纖維噴射混凝土不需要改變?nèi)魏喂に嚕瑖娚浠炷了褂玫某R?guī)設(shè)備都適用于鋼纖維噴射混凝土。

          鋼纖維噴射混凝土既適用于干噴,也適用于濕噴,但是由于干噴的回彈大,對鋼纖維噴射混凝土而言,很不經(jīng)濟,一般推薦采用濕噴工藝。

          目前, 國內(nèi)已經(jīng)有自主生產(chǎn)的濕噴機,液態(tài)速凝劑和硅粉也得到了更多的使用,這些都有助于鋼纖維濕噴工藝的推廣。

          7. 結(jié)語

          鋼纖維噴射混凝土作為一種新型的支護材料,施工簡單,速經(jīng)濟,有相當?shù)膬?yōu)勢,目前在國內(nèi)的地下工程中已經(jīng)有成功的經(jīng)驗,相信隨著工程人員的努力,鋼纖維噴射混凝土技術(shù)會在我國的地下工程中得到更廣泛的使用。

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            建筑師知識噴射混凝土技術(shù)

              導語:建筑師是從事建筑設(shè)計的人。建筑師接受工程投資方(即通常所說的甲方)的委托,對建筑進行建筑專業(yè)的圖紙設(shè)計,并協(xié)調(diào)整合結(jié)構(gòu)、機電、工藝等各專業(yè)的圖紙,形成可供施工的圖紙?zhí)峁┙o投資方。

            建筑師知識噴射混凝土技術(shù)

              1. 鋼纖維的作用機理

              混凝土的抗拉強度較低,一旦開裂后會發(fā)生脆性破壞。利用鋼纖維進行增強處理后,鋼纖維能夠控制裂縫的開展,并且傳遞拉應(yīng)力,產(chǎn)生應(yīng)力重分布,從而提高混凝土的裂后強度,使混凝土具有相當?shù)膹澢g度。和素混凝土相比,鋼纖維混凝土在發(fā)生變形后仍能承擔荷載。

              2. 鋼纖維混凝土的性能

              鋼纖維混凝土的極限抗彎拉強度和加入鋼纖維之前基本相同,但是鋼纖維混凝土的彎曲韌度有大幅度提高。

              鋼纖維有各種不同的原材料,形狀和抗拉強度,彎曲韌度各不相同。鋼纖維根據(jù)生產(chǎn)工藝分為剪切型,銑削型,和冷拉型。前兩種纖維本身的抗拉強度在400-700MPa之間,長徑比在40-50,摻量較高,一般在80-120kg/m3;[3]冷拉型纖維通過對母材(盤條)的高速拉絲,大幅提高了抗拉強度,通常在1000MPa以上,長徑比在60以上,摻量一般在35-65 kg/m3.

              對不同的鋼纖維應(yīng)進行實驗,得到達到保證鋼纖維混凝土彎曲韌度的鋼纖維纖摻量。鋼纖維混凝土的韌度可以用“位移控制的梁的三分加載實驗”進行。

              (圖見附件)

              圖1.1 鋼纖維混凝土梁三分加載彎拉韌度實驗 荷載-位移曲線

              根據(jù)荷載-位移曲線,通過下式計算鋼纖維混凝土的彎曲韌度:

              (計算公式見附件)

              3. 鋼纖維噴射混凝土的性能

              混凝土中加入鋼纖維后可提高混凝土的彎拉韌度,能量吸收能力,抗沖擊能力和對裂縫的控制。均勻分布的鋼纖維使噴射混凝土任意截面都能夠承受拉應(yīng)力,同時和圍巖有極佳的粘結(jié)力,因此可以通過應(yīng)力重分布,充分發(fā)揮圍巖的自承能力,是理想的支護材料。

              《歐洲噴射混凝土規(guī)范》用大板實驗比較鋼纖維噴射混凝土和掛網(wǎng)噴射混凝土的性能,實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)鋼纖維噴射混凝土有更高的承載能力和吸收變形能力。

              鋼纖維混凝土既能作為初期支護、也可作為永久襯砌;和掛網(wǎng)相比有技術(shù)和經(jīng)濟上的優(yōu)勢:

              鋼筋掛網(wǎng)施工工藝復雜;在凹凸不平的巖面難以沿巖石表面布置在拉應(yīng)力區(qū);在噴射混凝土時回彈大;混凝土容易集結(jié)在掛網(wǎng)的表面,在掛網(wǎng)的背后形成空洞;當圍巖條件較差時,不能形成及時支護。

              鋼纖維噴射混凝土可以順著圍巖表面形成快速有效的支護,和巖石有更好的粘結(jié),而且提高施工安全性簡化施工工序,加快了施工進度。

              從經(jīng)濟角度出發(fā),鋼纖維混凝土襯砌厚度比掛網(wǎng)混凝土節(jié)約30%,回彈量減少30%,工期節(jié)約20-30%.

              4. 鋼纖維噴射混凝土的應(yīng)用

              鋼纖維噴射混凝土從70年代起在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用,在“挪威地質(zhì)學院”提出的“Q系統(tǒng)”中,全面采用鋼纖維噴射混凝土取代掛網(wǎng)作為隧道永久支護。

              我國很早就開始研究鋼纖維混凝土的應(yīng)用,但是由于當時鋼纖維本身抗拉強度低,攪拌時易結(jié)團變形,噴射時易堵管,在施工上很難保證質(zhì)量,使該項技術(shù)沒有得到有效的推廣。90年代起,國內(nèi)引進了歐洲粘結(jié)成排的冷拉型鋼纖維生產(chǎn)技術(shù),冷拉型纖維摻量在35-65 kg/m3,用快速水溶性膠水粘結(jié)成排后,鋼纖維在隨骨料一起攪拌的過程中,膠水遇水自動溶解,成排的鋼纖維會分散成單根,在混凝土中均勻地分布,從而解決了鋼纖維結(jié)團堵管的問題。鋼纖維噴射混凝土在克服了施工中的弱點后,已經(jīng)逐步在國內(nèi)的一些工程中得到應(yīng)用。

              5. 鋼纖維混凝土的韌度設(shè)計

              彎曲韌度是鋼纖維噴射混凝土最為主要的性能,在設(shè)計中必須有明確的規(guī)定目前國內(nèi)隧道設(shè)計規(guī)范中對鋼纖維噴射混凝土的韌度暫無規(guī)定,日本,韓國,及歐洲的纖維噴射混凝土規(guī)范中,對用于地下工程中的鋼纖維噴射混凝土的“彎曲韌度系數(shù)(Re,3)”值大多規(guī)定在68% 以上。我國目前在隧道工程中的鋼纖維噴射混凝土設(shè)計中應(yīng)用的“彎曲韌度系數(shù)”值多在此范圍。

              為了能夠方便地確定鋼纖維噴射混凝土的韌度是否達到設(shè)計要求,有些規(guī)范中采用了“模板”法,在確定鋼纖維混凝土的試件尺寸后,規(guī)定了韌度實驗曲線,實際實驗曲線若能夠包絡(luò)上述曲線,便認為鋼纖維混凝土的韌度達到設(shè)計要求。

              以下是日本高速公路局(JHC)>中對鋼纖維噴射混凝土采用的韌度“模板”曲線:

              (圖見附件)

              圖5.1 鋼纖維噴射混凝土梁三分加載實驗彎拉韌度要求

              將該“模板曲線”換算成彎曲韌度,Re,3=80%.

              由于彎曲韌度實驗對實驗設(shè)備要求較高,根據(jù)設(shè)計規(guī)定的彎曲韌度通過實驗確定鋼纖維的型號和摻量后,在施工中只要檢驗鋼纖維噴射混凝土的厚度和鋼纖維的型號,摻量就能達到質(zhì)量控制的目的。

              目前采用韌度設(shè)計的鋼纖維噴射混凝土在國內(nèi)的鐵路和公路隧道及水電站地下工程中都已經(jīng)有所應(yīng)用,[7]并且逐步成為一種趨勢,鐵路隧道中,圍巖條件較好的工程中鋼纖維噴射混凝土作為永久支護已經(jīng)積累了相當經(jīng)驗(秦嶺鐵路),并且逐步推廣到圍巖條件較差的項目中去。其實,由于鋼纖維噴射混凝土的韌度,使襯砌具有“吸收”圍巖變形的能力。因此,在變形顯著的軟弱圍巖中,鋼纖維噴射混凝土更是一種理想的支護材料。在公路隧道中鋼纖維噴射混凝土已經(jīng)用于軟弱圍巖的初期支護(大保公路),而在水電站項目中,鋼纖維噴射混凝土已有在巖爆條件的地下硐室永久支護的成功經(jīng)驗(二灘電站)。

              表5.1佳密克絲鋼纖維噴射混凝土工程部分應(yīng)用實例

            工程  用途  型號  用量(噸)  進展 
            水電 
            二灘水電站  地下廠房永久支護  ZP305  2000  完成 
            萬家寨水電站  交通洞永久支護  ZP305  120  完成 
            LPG汕頭  地下儲氣室永久支護  RC-65/35-BN  120  完成 
            鐵路 
            西-康線
            秦嶺超長隧道 
            隧洞永久支護  ZP305  160  完成 
            公路 
            元-墨公路  隧洞初期支護  RC-65/35-BN  1700  在建 
            大保公路I II  隧洞初期支護  RC-65/35-BN  1500  在建 

              6. 鋼纖維噴射混凝土的施工

              從原則上而言,鋼纖維噴射混凝土不需要改變?nèi)魏喂に嚕瑖娚浠炷了褂玫某R?guī)設(shè)備都適用于鋼纖維噴射混凝土。

              鋼纖維噴射混凝土既適用于干噴,也適用于濕噴,但是由于干噴的回彈大,對鋼纖維噴射混凝土而言,很不經(jīng)濟,一般推薦采用濕噴工藝。

              目前, 國內(nèi)已經(jīng)有自主生產(chǎn)的濕噴機,液態(tài)速凝劑和硅粉也得到了更多的使用,這些都有助于鋼纖維濕噴工藝的推廣。

              7. 結(jié)語

              鋼纖維噴射混凝土作為一種新型的支護材料,施工簡單,速經(jīng)濟,有相當?shù)膬?yōu)勢,目前在國內(nèi)的地下工程中已經(jīng)有成功的經(jīng)驗,相信隨著工程人員的努力,鋼纖維噴射混凝土技術(shù)會在我國的地下工程中得到更廣泛的使用。