喷射聚丙烯微纤维混凝土施工技术

喷射1概述xx水电站是xx梯级开发中的骨干工程，坝址位于xxxx县境内；工程以发电为主，兼有防洪、航运等综合效益。工程枢纽由碾压混凝土重力坝、泄洪建筑物、左岸地下引水发电系统、右岸通航建筑物等几大部分构成；左岸地下引水发电系统由引水系统、厂房系统及尾水系统三大系统组成。引水发电系统的喷护形式主要有三种：喷射素混凝土、喷射钢纤维混凝土、喷射聚丙烯微纤维混凝土。喷射混凝土工程量共5.29万m3,其中喷射聚丙烯微纤维混凝土工程量为2.2万m3,占总量的42％，巨型或较大巨型洞室（如引水隧洞、主厂房、主变室、尾水调压井、尾水洞等）以喷射聚丙烯微纤维混凝土为主。本文章以施工工艺、施工方法、及与其它支护形式的对比分析等方面简述了喷射聚丙烯微纤维混凝土的施工技术，该施工技术的应用可推广到其它类似巨型或较大巨型洞室。2原材料喷射聚丙烯微纤维混凝土的原材料由水泥、砂石骨料、外加剂、聚丙烯微纤维和水组成。2.1水泥采用xx柳州水泥厂生产的“鱼峰”牌P.O42.5普通硅酸盐水泥。2.2砂石骨料砂石采用质地坚硬耐久的中、粗砂料、细度模数大于2.5，粒径为0～5㎜；再掺瓜米石，粒径为5～10㎜.2.3外加剂（1）减水剂。采用江苏博特新材料有限公司的JM-B高效减水剂。(2)速凝剂。采用河南巩义特种建材厂生产的8604型液态速凝剂，密度为1.43g／cm32.4聚丙烯微纤维采用四川华神化学建材有限责任公司生产的“好亦特”聚合物微纤维。2.5水采用xx左岸生活用水。3施工设备（1）混凝土拌制设备：固定式拌和楼。（2）混凝土运输设备：混凝土搅拌车。（3）混凝土喷射设备：根据施工环境、施工部位的不同喷射设备可采用大型喷车、小型湿喷机或干喷机，巨型或较大型洞室喷射设备一般采用大型喷车。喷车采用目前世界最先进的瑞士MBT∕MEYCO设备公司生产的新一代MEYCOPotenza4600，它由混凝土受料仓、喷射主机、喷管、喷头、供风设施、供水设施、速凝剂添加设施等组成成套设备，其主要性能如下：①、重量13.5T，底盘（长×宽×高）6630×2340×2880㎜，最大爬坡35％，爬坡速度2km/h,正常时速25km/h，最大喷射高度14m，宽度22m，生产率30m3②、由电脑控制喷射机械手，全液压驱动（包括喷射臂，旋转盘）。③、喷射机械手油泵180Mpa，混凝土泵送油泵245Mpa，S形管阀及搅拌器油泵190Mpa，操作控制盘内置显示器，通过PIC控制系统连接显示器实现人机对话。④、PIC系统控制MEYCORDOSATDC速凝剂剂量泵，便携式带15米电缆遥控器，12m3空压机，风压9Mpa，喷嘴5Mpa，喷吹速度50－4施工工艺及施工技术4.1生产性实验在正式喷射聚丙烯微纤维混凝土前，应根据聚丙烯微纤维喷射混凝土室内配合比设计、试验及成果进行聚丙烯微纤维喷射混凝土现场生产性试验，优化室内配合比设计、确定施工配合比，并结合工程建设情况和特点，提供优质且符合实际生产施工原材料，同时，优化施工工艺及施工技术。4.2拌制工艺所有经检验合格的水泥、砂石、微纤维和减水剂均统一放置在拌和楼材料库（仓）内，原材料堆放点应设标识牌，明确原材料名称、批号、数量、状态，以免发生原材料混淆。喷射聚丙烯微纤维混凝土熟料在HL120－2S1500L型2×1.5m3拌和楼进行拌制，拌和前调试好拌和楼的称量器及运转设备，为了方便称量也可采用特制的量具，按实验室提供的混凝土配合比进行称量，称量允许偏差应符合《技术规范》要求，拌和时微纤维在混凝土中分布均匀，不得成团。拌和工艺为：准备工作→称量→减水剂和水加入→砂、小石（或瓜米石）、水泥和微纤维（分散）加入→拌和4min→卸入自卸车→塌落度检测合格→4.3运输工艺搅拌运输车在运输混凝土过程中，应尽量缩短运送时间，以避免混凝土发生分离和塌落度缺失过大，在混凝土出机口及工作面下料口均应检测混凝土的塌落度，合理进行调整，使仓面的混凝土塌落度满足要求。4.4喷射工艺聚丙烯微纤维混凝土的喷射工艺有两种：湿喷法与干喷法。⑴湿喷法是指混凝土在进入喷机的料斗前，已由拌和站或其它拌制设备按设计配合比拌成了熟料，喷射时只需在喷头处压入速凝剂即可。湿喷法又分为两类：采用压缩空气输送混凝土的稀流输送式与采用活塞或蜗杆泵送混凝土的稠流输送式。由于稀流输送式有喷射量不均匀，不利于拌合速凝剂，喷嘴处易形成高负压及耗气量大等诸多因素，因此一般不采用稀流输送式。⑵干喷法是指混凝土拌合物在进入喷机的料斗前，先由拌合站或其它拌制设备按设计配合比（采用粉末状减水剂）拌成生料，喷射时在喷嘴处（或附近）才压入拌合水及液态速凝剂。为了减少施工中粉尘量，拌混凝土时适量加些水，控制含水量在3－6％。湿喷与干喷各有优缺点：干喷法机动灵活，设备便宜，干喷料运输距离远，储存时间较长，但水灰比难以控制，且干喷法回弹量大，用水量控制较严，易产生粉尘；湿喷法生产效率高，回弹量小，粉尘少，技术要求低，用气量小（仅为干喷的1／3），但设备昂贵，湿拌料得及时使用，水灰比大，喷完后设备清洗时间较长。基于上述的比较，当喷混凝土施工具有即时性、周期性和间歇性时，只能采用干喷法；当工作面不需及时支护，且面积较大（至少10㎡），为节省因回弹造成的原料消耗及能量消耗，建议选用湿喷法。由于干喷混凝土粉尘大，因此地下工程不宜采用干喷法喷射混凝土。本工程巨型或较大型洞室喷射工艺均采用湿喷法进行施工。4.5喷射工艺流程及喷射技术湿喷法喷射工艺流程为：准备工作→喷射→养护→检查与验收。其喷射工艺流程及喷射技术详细如下：4.5.1准备工作准备工作主要包括以下内容：⑴、对要喷混凝土部位的高程与桩号用红油漆做好标记。⑵、作业面处理。主要是拆除作业面障碍物，对喷车的工作平台进行平整，同时对喷车周围的安全隐患进行排查、处理或避让，确保喷车处于安全、方便、易于操作的工作环境。⑶、基岩面处理。对基岩面的浮石、危石进行清撬。使用高压风水联合冲洗基岩面，对于遇水易潮解、泥化的岩层，应压风清扫岩面。清理后立即封闭，封闭范围两侧各延50㎝.清洗顺序应从下而上，应当注意喷射时，基底表面应保持适当湿度，如果表面过分干燥，将会部分吸收新喷混凝土中的水份，另一方面，基岩面也不能有水流动，防止喷射时混凝土流失和水压力对后期成型混凝土的破坏，如果表面有渗水，应先将对其接排水管或采用100×20㎜盲沟进行引排。喷射混凝土仓面停留时间超过4小时需重新清洗。对于长大的光滑结构面，应视实际情况对结构面进行凿毛处理。同时，保护好受喷面上的观测电缆线和锚孔。⑷、埋设混凝土厚度标志。岩面清洗完毕后，打孔埋设钢筋或利用锚杆按约3.0×3.0m的间距作好喷混凝土厚度标志，标志杆长度根据混凝土厚度要求确定。4.5.2喷射⑴、用水灰比为1：2的净水泥浆润滑喷车的料斗及输料管路。⑵、喷混凝土前先启动风机，打开水阀，对喷车送风和水，并检查和调整风与水的压力。风力不足，混凝土喷不到工作面，喷混凝土不密实；风力太猛，则骨料回弹多，粉尘严重。一般控制为：风压0.8Mpa，水压0.4Mpa.风水压力调好后打开主机下料。⑶、混凝土进入喷车料斗后，在启动主机同时，调整喷车的喷射速度，喷射速度宜控制在10～15m3／H。速凝剂添加量根据混凝土设计配合比掺量要求，对照喷射速度与速凝剂添加量关系曲线参数，选择速凝剂添加量档位以控制速凝剂添加量。实际施工中，当设备自动添加不满意时，有经验的操作员可进行手动微调。当料送至喷嘴时，打开风阀门，启动速凝剂泵，速凝剂将在喷嘴处经高风压渗入混凝土中，从而达到速凝的效果。喷射混凝土时，先在边墙下脚试喷一块，当来料均匀及速凝剂掺量合适时再往上喷。⑷、喷枪距离及喷射角度要合适，根据施工经验，喷枪到受喷面的距离新喷头宜为1.8～2.0m，旧喷头宜为1.3～1.5m，喷嘴与受喷面的垂线夹角宜控制在10°～15°，这样便可达到“回弹量最低，密实度最好”的最佳喷射效果。⑸、为了使喷射混凝土分布均匀，减少不规范操作影响，还要注意喷射方式与顺序。把喷头调至自动摆喷档位，喷头偏心马达会使喷头以300㎜的螺旋形状喷射，然后吧喷车臂调至自动档，它会在3m范围内水平横向匀速运动，层层叠加，对于超挖的小坑，采用定向喷射填平。喷射顺序总的是自下而上进行。⑹、刚喷的混凝土有一定流动性，一次喷射的厚度须进行控制，一般垂直边墙为4～5㎝，顶拱为3～4㎝，斜面可适当加厚。回弹料不得重复使用。⑺、当喷混凝土厚度超过5㎝需分层喷射时，两次喷射的时间间隔要严格控制。掺加速凝剂时一般边墙为5～10分钟，顶拱10～15分钟以上，即终凝后再喷下一层。为了两次喷射的混凝土能密粘，一般不超过1小时，若超过1小时，喷射前应把浮在表面上的回弹料清理干净，并喷水湿润混凝土表面，确保层间粘结良好。⑻、混凝土喷射完毕或中断时，先停速凝剂输送泵，后停主机，最后关风阀。喷枪和输料管内的集料要及时排除并清洗干净。4.5.3养护⑴、洒水的方法对新喷混凝土进行养护，养护时间7～14天（当空气湿度达80％以上时，7天即可），这样才能充分发挥其内在的强度和耐久性。⑵、在喷射混凝土结束后，混凝土终凝到相邻工作面放炮时间间隔不少于4小时。4.5.4检查与验收⑴、原则上当混凝土喷完7天后即可进行厚度检查，检查方法采用钻孔法直接测量，喷混凝土厚度小于15㎝时采用25㎜钻头进行钻孔，在15～20㎝范围时采用32㎜钻头进行钻孔。各类工程喷层厚度检查断面的数量可按下表确定，但每一个独立工程检查数量不少于一个断面，每一个断面的检查点，应从拱部中线起，每间隔2～3m设一个，但一个断面上，拱部不应少于3个点，总计不应少于5个点。喷射混凝土厚度检查断面间距（m）隧洞跨距间距竖井直径间距备注5～1520～40隧洞跨度或竖井直径小于5m时，一般不考虑喷聚丙烯微纤维混凝土。15～2510～205～810～20＞255～10＞85～10⑵、检查喷射混凝土抗压强度采用现场取样，每喷50～100m3取样一组，每组试块不得少于3个。喷混凝土方量不到50m3⑶、粘结强度检查每喷300～400m3取样一组，取样试验方法有两种：一钟是采用混凝土取芯机（QZ160B）取芯，芯长35㎝，直径Φ150～Φ200，然后到实验室作拉拔试验。另一种是直接在现场切割喷混凝土，并埋设Φ22插筋，用液压千斤顶拉拔量测。5喷射聚丙烯微纤维混凝土支护的特性⑴、适用性强。喷射聚丙烯微纤维混凝土支护适用于巨型或较大型洞室，围岩变形较大的Ⅱ～Ⅳ类围岩，这种支护能充分发挥聚丙烯微纤维混凝土柔性性能，充分利用并调动围岩的自承能力，其力学性能指标、耐久性能指标、抗裂性能指标等比素混凝土高，能满足洞室稳定与工程的安全运行。⑵、成本低、工效高。喷射微纤维混凝土的单价比喷射钢纤维混凝土的单价低约一半，比素混凝土稍高，喷射微纤维混凝土与喷射钢纤维混凝土和喷射素混凝土相比，骨料不易离析，不易堵管，设备损耗小，回弹率低，施工周期短。⑶、喷射聚丙烯微纤维混凝土支护采用湿喷法进行施工，与其它喷射混凝土方式相比，其回弹率为最低，粉尘少，环境污染小，是一种“绿色”支护。⑷、“挂网＋喷射聚丙烯微纤维混凝土”支护，在工程进度及施工