(全)改性水玻璃浆液喷射混凝土施工工法

改性水玻璃浆液喷射混凝土施工工法1.前言喷射混凝土是利用压缩空气等为动力，将适于喷射的混凝土拌合料借助喷射机械，通过高压输料管和喷嘴直接喷射到受喷面上凝结硬化而成。广泛应用于隧道涵洞、围护结构、矿井坑道、市政开挖、工业及民用建筑的支护工程中。它具有施工便捷、快速凝结硬化、适应性强，隔水效果好的一种支护工程技术。但是在支护工程中，特别是在土层、砂层、岩层破碎带及岩层裂隙等透水性较强的边坡中施工，经常遇到坡面渗水导致喷射混凝土未凝固就掉落的问题。经我公司在吸收学习国内外先进工艺与工程经验的基础上，进行多次研发并经实验操作，证明水玻璃浆液喷射混凝土施工工法能有效解决支护工程中遇到坡面渗水导致喷射混凝土未凝固就脱落的问题，取得了令人满意的支护效果。为给以后相关施工提供借鉴，在公司领导组织下，结合工程的实践运用，总结、编写了本工法。2.工法特点2.1质量效果可靠：在喷射混凝土施工中适量掺入水玻璃浆液作为外加剂，将水玻璃浆液均匀分散于混凝土拌合物中，可以避免混凝土快速硬化时的质量波动，且对混凝土强度影响不大。2.2经济效益佳：水玻璃浆液是采用料源广、价格低、无污染的普通水玻璃和硫酸为主要原料，掺入少量外加剂配制成。2.3施工效率高：浆液粘度较低，可操作性较好，在水泥和水中可以迅速凝固，凝胶时间可在几秒到几十分钟内准确控制，结石率可高达98%以上，硬化强度较高，从而提高工作效率。2.4适用范围广：适用于渗透性较强的土层、砂层、岩层破碎带及岩层裂隙的边坡等。3.适用范围水玻璃浆液喷射混凝土施工工法可在土层、砂层、岩层破碎带及岩层裂隙等透水性较强的边坡中将喷射混凝土与水在水玻璃浆液中迅速凝固，凝胶时间可在几秒到几十分钟内准确控制，凝固率可高达98%以上，硬化强度较高，从而提高工作效率。4.工艺原理4.1是以水玻璃浆液作为外加剂，将砂石料、水泥等材料搅拌而形成的混凝土拌合料，借助混凝土喷射机械使拌合料在压缩空气的作用下，通过高压输料管输送到喷嘴处。在喷嘴处加入水和水玻璃浆液混合并形成料束，直接喷射到受喷面上凝结硬化形成喷射混凝土层。硬化时水玻璃浆液与混凝土拌合物中的钙盐发生发应生成硅胶，与土粒胶结，共同形成一个快速凝固，质量稳定性良好的止水帷幕，可防止或减少喷射混凝土未凝固就脱落或坡面渗水等现象。4.2混凝土拌合物与水玻璃浆液的凝结固化反应包括混凝土拌合物中的水泥水化反应、水泥水化反应产物Ca（OH）2与水玻璃的反应，即水泥与水拌和成水泥浆液后，由于水解和水化作用，产生活性很强的Ca（OH）2其反应如下：3CaO·SiO2+nH2O→2CaO·SiO2·（n－1）H2O+Ca（OH）2水玻璃与Ca（OH）2起作用，生成具有一定强度的凝胶体—水化硅酸钙，其反应如下：Ca（OH）2+Na2O·nSiO2+mH2O→CaO·nSiO2·mH2O+2NaOH。混凝土拌合物与水玻璃浆液的反应，比混凝土拌合物本身的水解化学反应要快得多，克服了混凝土拌合物的凝结时间长且不易控制、结石率低等缺点。5.施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程5.2操作要点5.2.1坡面检查应对待喷坡面尺寸进行检查是否符合设计要求，清理待喷坡面的浮土、浮石、残积物等。宜用高压水或压缩空气冲洗待喷面，有渗水的地方要做好泄排水措施。5.2.2铺设钢筋网钢筋网采用的钢筋型号规格应符合设计要求，钢筋间距和搭接长度应符合规范要求。先立2～4根纵向筋，并划好横筋分档标志，然后于下部及齐胸处绑两根定位水平筋，并在横筋上划好分档标志，然后绑其余纵向筋，最后绑其余横筋。钢筋绑扎完后，把垫块或垫圈固定好确保钢筋保护层的厚度，纵向钢筋的最小保护层厚度，并在横筋上划好分档标志。泄水管的型号规格布置和安装间距应符合设计要求。铺设钢筋网应符合《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB50086）中6.4.17钢筋网喷射混凝土中的施工应符合下列规定：1、钢筋使用前应清除污锈；2、钢筋网宜在受喷面喷射一层混凝土后铺设，钢筋与壁面的间隙宜为30mm；3、采用双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋网被混凝土覆盖后铺设。5.2.3配合比试配、试喷、调整和确定1、喷射混凝土配合比：喷射混凝土强度等级应符合设计要求，配合比应由试验室进行试验确定。现场试配应按照试验室提供的试验配合比采用强制式批拌机进行搅拌，通过试拌、试喷，如满足施工及使用要求，则施工配合比完成。如不满足要求，则需要调整各组分用量，再经试拌、试喷，直至满足要求。搅拌方法宜与施工采用的方法相同，混合料所采用的材料应拌和均匀，搅拌时间不得少于120s。2、水玻璃浆液制备：水泥浆液与水玻璃浆液的配比应该在施工前进行试验确定，水玻璃浆液性能主要表现为凝胶时间、强度等。试验对其中较为重要的凝胶时间、强度等2个性能进行试验。因此，在施工前应在现场做水灰比与水玻璃浆液浓度的初始凝胶时间的影响，以选择合适的水玻璃浓度配比。在保证浆液可喷性和有效扩散距离前提下，应根据渗漏水情况合理选用浆液配比，并在实际施工中适时加以调整。为防止浆液在坡面渗水中流失，并满足现场喷射混凝土凝固的时间要求，凝固时间宜控制为60s～90s。3、根据现场工程实例情况，采用固定混凝土拌合物配合比，只改变水玻璃浆液浓度及水泥浆液与水玻璃比例的方法，进行水玻璃浆液制备的试验数据统计，经过多次调整，在不同水泥浆液与水玻璃浆液的配比，水玻璃初始凝胶时间如下表：表5.2-1水玻璃初始凝胶时间表体积比时间水玻璃浓度水泥浆﹕水玻璃1:11:0.751:0.535°Bé55423740°Bé72655045°Bé867062注：1、°Bé又称波美度，化学工业中表示溶液浓度的一种单位；2、W/C表示水灰比；3、时间单位为秒（S）；4、现场实验温度24～28℃，根据设计图纸要求水泥标号为P.O42.5，混凝土强度等级C20，水泥浆液的水灰比0.5。根据表5.1-1中的数据做出不同配合比与水玻璃浆液的凝胶时间曲线图，从曲线图中可以看出：①、水玻璃浆液浓度不变，随水灰比增大，水玻璃浆液初凝时间而变小；②、水灰比不变，随水玻璃浆液浓度增大，水玻璃浆液初凝时间而变小；③、水玻璃浆液浓度不变，随水灰比增大，水玻璃浆液初凝时间变化曲线的曲率也不一样。因此，在施工前应在满足质量、进度、成本、安全的情况下，在现场做水灰比与水玻璃浆液浓度的初始凝胶时间的试验，以选择最佳的水玻璃浓度配比参数。图5.2-1水玻璃体积比与凝胶时间关系折线图5.2.4制备水玻璃浆液在作业区应准备一个不小于200L的搅拌桶或水箱，并将施工用水注入搅拌桶中指定容量高度位置。再将按照施工前进行试验确定的水玻璃浆液浓度，所需水玻璃浆液用量倒进搅拌桶中，直接进行搅拌均匀。喷射作业前，将输料管上的供水管一端连接在小型潜水电泵上，并将小型潜水电泵投放到搅拌桶中。施工时，接通电源即可进行施工作业。5.2.5喷射混凝土喷射混凝土开始时，应先开水调整水量，水压一般比压风大0.1MPa。后开风，保持风压不得低于是0.4Mpa。再上料，在喷射过程中，根据上料情况再次调整风水量，保证喷面无干斑，无流淌，粘着力强，回弹料少。当输送距离变化时，工作风压可参考下列数值：喷枪操作手要按照设计要求严格控制水灰比（一般宜为0.4～0.5），当水灰比适宜时，混凝土表面平整，潮润光泽，粘性、密实性好，无干斑或滑移流淌现象。水平输送距离增加不宜大于100m，且工作风压应提高0.08～0.10MPa。垂直或倾斜向上每增加10m，工作风压应提高0.02～0.03MPa。喷枪口到喷射面距离宜为0.8～1.0m，喷枪口与喷射面的垂线应尽量保持15°～25°夹角为最佳，喷枪应按螺旋轨迹运动，一圈压一圈均匀缓慢运动，螺丝旋圈直径约300mm为宜，使束料以一圈压半圈作横向运动，确保混凝土拌合料与水玻璃浆液的均匀性。如低凹处时，应先喷填，然后再进行正常喷射作业。图5.2-2喷射口的运动轨迹平面图图5.2-3喷射口的角度范围剖面图结束时应先停止上料，等待干式喷浆机中的料用完再停机、停风、停水。 喷射结束后，及时清洗喷射机及附属机具，防止粘附的料块堵管。5.2.6养护喷射混凝土终凝2h后，喷水养护，时间不得少于5d。喷水次数以能保持混凝土具有足够的湿润状态为度。当支护坡面湿度较大的条件不允许使用喷水养护,以采用喷雾养护为宜,防止喷水过多软化下部土层。5.4劳动力组织表5.4-1劳动力组织表序号工种劳动力计划备注备注1测量员2负责喷锚测量工作2钢筋工4喷锚网钢筋制作安装3喷锚工4喷锚支护施工4电工2施工临设用电5电焊工1钢筋焊接6机操工3负责机械操作7普工4辅助施工及文明施工等杂项事务6.材料与设备6.1材料6.1.1砂：宜采用中、粗砂，细度模数宜为2.5～3.2砂的粒径较大时得到同样稠度的水灰比较小；且水对粗砂渗透性好，能在喷嘴处与水很好混合，可减少粉尘和回弹；另外，粗砂所喷的混凝土强度高，收缩小，而细砂易造成堵管，当粒径小丁0.075mm的颗粒超过20%时，将影响水泥与集料的良好黏结。砂的含水率般以3%～8%为宜，最好为5%～8%。含水率较低时，喷射时粉尘太大，但含水率过高，易使喷射机粘料，可能造成堵管。砂的容重宜大，其容重以大于1550kg/m3为宜。砂的容重太小在喷射时易产生截留回弹。石：采用卵石或砾石均可，以卵石为优。因为卵石粒径好，表明光滑，有利于管道内输送，可减少堵管，而且卵石混凝土拌合物的流动性较好，达到同样流动性时需要水量少，可提高混凝土的强度。石子粒径宜为8～12mm。粒径过大容易造成堵管，且回弹率也大；粒径过小则强度不高，且水泥用量也要相应增大。石子的含水率以2%～3%为宜，对减少粉尘、提高强度均有好处。6.1.2水泥：应根据设计图纸要求选用水泥，建议优先选用普通硅酸盐水泥，它凝结硬化快，保水性好，早期强度增长快。水泥强度等级一般不低于32.5，水泥用量宜控制在350～400Kg/m3。过期、受潮结块或混合的水泥不能使用，水泥质量应符合现行水泥标准。6.1.3拌合水：拌合水要求与普通混凝土的要求相同。不得使用污水、PH值＜4的酸性水、含硫酸盐（按SO4计算）超过水重1%的水及海水。6.1.4水玻璃浆液：选用的水玻璃不建议使用元明粉生产的，因稳定性差，不利于施工。需采用纯碱为原料制成的硅酸钠，其性能更为稳定。一般选择模数为2.4～3.0，浓度为35°Bé～45°Bé。水玻璃和水泥浆的配比：水玻璃添加量应为水泥浆重量的10%-100%（亦或水泥重量的30%-50%），添加量越大凝固时间越短。表6.1-1水玻璃选择表型号ZF32-35BZF28-40BZF32-40B波美度35～36°Bé39～41°Bé39～41°Bé模数3.1～3.32.6～2.83.1～3.36.2机械设备表6.2-1机械设备表序号设备名称型号规格功率单位数量备注1空压机LGCY-1075KW台12混凝土喷射机PZ-5B型5.5KW台13小型潜水电泵QDX10-12-0.550.55KW台14水箱/搅拌桶≥200L个17.质量控制7.1工法依据规范7.1.1《建筑地基工程施工质量验收标准》（GB50202）7.1.2《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB50086）；7.1.3《喷射混凝土应用技术规程》（JGJ/T372）；7.1.4《建筑工程水泥-水玻璃双液注浆技术规程》（JGJ/T211）。7.2质量要求7.2.1原材料：水泥宜采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，水泥质量应符合现行国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥))GB175的有关规定。有特殊要求时，可采用特种水泥。粗骨料应选用坚硬耐久的卵石或碎石，粒径不宜大于12mm；当使用碱性速凝剂时，不得使用含有活性二氧化硅的石料。细骨料应选用坚硬耐久的中砂或粗布步，细度模数宜大于2.5；干拌法喷射时，骨料的含水率应保持恒定并不大于6%。拌和水水质应符合现行行业标准《混凝土拌和用水标准))JGJ63的有关规定。掺加正常用量速凝剂的水泥净浆初凝不应大于3min，终凝不应大于12min；且加速凝剂的喷射混凝土试件，28d强度不应低于不加速凝剂强度的90%。7.2.2施工设备：1、干拌法喷射混凝土用空气压缩机的供风量不应小于9m3/min；泵送型湿拌喷射混凝土用空气压缩机的供风量不应小于4m3/min；风送型腥拌温凝土机的供风量不应小于12m3/min；空气压缩机应具有完善的油水分离系统，压缩空气出口温度不应大于40℃。2、输料管应能承受0.8MPa以上的压力，并应有良好的耐磨性能。3、喷射混凝土施工供水设施应满足喷头处的水压不小于0.15MPa。7.2.3施工工艺：施工工艺流程及各参数应符合设计图纸及相关规范文件要求。7.2.4操作人员：操作人员应经过安全教育及技术交底，熟悉工艺流程及操作要点。7.3施工质量控制要点7.3.1支护土方开挖分层厚度应与设计要求相一致，分段长度软土中不宜大于l5.0m，其他一般性土不宜大于30.0m。基坑面积较大时，上方开挖宜分块分区、对称进行。7.3.2支护开挖应遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖＂的原则。上一层喷锚完成完成后的养护时间应满足设计要求，当设计未提出具体要求时，应至少养护48h后，再进行下层土方开挖。预应力锚杆应在张拉锁定后,再进行下层土方开挖。7.3.3平整后的场地表面坡率应符合设计要求。设计无要求时，沿排水沟方向的坡率不应小于2‰，平整后的场地表面应逐点检查。表面平整度允许偏差±20mm，检查点为每100m²面取1点，且不应少于10点。7.3.4喷射混凝土中钢筋网的铺设应符合设计要求，钢筋网间距允许偏差±30mm，搭接长度应符合《混凝土结构设计规范》GB50010第8章第4节要求。7.3.5坡面泄水管埋设应符合设计要求，对于渗水较大的坡面，宜多增加泄水管的埋设数量，做好引水措施后方可进行喷射作业。7.3.6喷层厚度检查点密度：结构性喷层为每100m2/个，防护性喷层为400m2/个，隧洞拱部喷层为每50～80m2/个；宜采用钻孔法检查的所有点中应有60%的喷层厚度不小于设计厚度，最小值不应小于设计厚度的60%，检查孔处喷层厚度的平均值不应小于设计厚度。8.安全措施8.1进场施工人员必须配戴安全帽。按规定配齐其他安全防护装置。严格按照操作规程和安全规程进行施工，确保施工安全。8.2每日收工时必须清理好现场，施工工具要摆放整齐，施工机械要及时清洗和检修，尽力搞好文明施工。8.3喷射操作人员要配戴防尘口罩、乳胶手套和眼镜，严禁将喷头对准人员。8.4喷浆机操作人员必须经过专门培训，熟悉喷浆机性能结构和工作原理，并能排除一般故障，进行日常维修和养护。8.5对空压机及混凝土喷射机等设备应专人负责经常检查所有电源线路，杜绝漏电触电事故发生，危害他人。8.6喷射过程中，如发生堵管、停风停电等故障时，应立即关闭水门，将喷头向下放置，以防水流入输料管内；处理堵管时采用敲击法输通料管。8.7施工前应检查高压设备和管路系统，其压力和流量需满足设计要求，应检查输送管道的耐久性以及管道连接是否可靠，空压机及喷嘴内不得有任何杂物，各类密封圈必须良好，无漏气现象，否则接头断开、输送管破裂，混凝土拌合物高压飞散、输料管甩出等安全事故。8.8安全阀中的安全销要进行试压检验（试压检验到当地压力容器检验所检验），必须确保在达到规定压力时能断销卸压，绝不能轻易安装未经试压检验的自制安全销。8.9浆液目前一般以水泥浆液为主，但也添加入水玻璃浆液，一般说水玻璃浆液具有一定的腐蚀性，建议作业人员戴防护眼镜，橡胶耐油手套。若液体进到眼睛里时，必须立即进行大量清水清洗，并及时到医院治疗。8.10不得将电缆浸泡在水和泥浆中，防止漏电伤人。9.环保措施9.1全体施工人员认真学习《环境保护法》，切实贯彻环境保护法规，提高全体施工人员的环保意识。项目经理部建立环境监控、掌握环境动态，并认真接受业主和环保部门监督。9.2加强施工现场管理，坚持文明施工。遵守关于控制环境污染的法律和法规，采取必要的措施，防止施工中的水泥、砂石、水玻璃浆液