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文檔簡介
人工砂噴射混凝土支護(hù)施工技術(shù)研究
大多數(shù)隧道工程的地理位置位于河流豐富的山區(qū)。然而,在施工過程中,必須使用大量的天然砂。這些砂漿材料必須運(yùn)至數(shù)十公里以上,這直接導(dǎo)致砂漿材料的成本線性增加。部分隧道工程為了能夠降低成本,便使用強(qiáng)度較高的巖石來進(jìn)行碾碎,以此來代替天然砂。但是在隧道施工規(guī)范中,并沒有明確指出使用人工砂來進(jìn)行施工是否符合規(guī)定。而在對人工砂自身的物理特性進(jìn)行全面詳細(xì)的分析后,并且和某案例工程使用人工砂噴射混凝土支護(hù)的實(shí)際效果相結(jié)合,深入的探討了該施工方案所具有的可行性。1噴射混凝土用砂噴射混凝土的設(shè)計強(qiáng)度一般為C15和C20。隧道支護(hù)對噴射混凝土有抗?jié)B性、抗腐蝕性、抗碳化性、抗干縮性以及長期強(qiáng)度的要求。作為一種特殊的混凝土施工工藝,隧道支護(hù)噴射混凝土對用砂還有特定的工藝要求。試驗(yàn)證明,噴射混凝土用砂最好選用中粗砂,細(xì)度模數(shù)大于2.5,含泥量小于5%,含水量按質(zhì)量計以5%~7%為宜。砂子過細(xì),會使干縮增大;砂子過粗,則會增大噴射過程中的回彈。一般粒徑小于0.2mm的顆粒不超過20%,否則,由于骨料周圍粘有灰塵,會降低水泥的水化作用,影響混凝土的強(qiáng)度。2人工砂法的技術(shù)可行性分析2.1人工砂層和自然砂層的物理力學(xué)特性2.1.1人工砂細(xì)度人工砂是通過人工采集未風(fēng)化高強(qiáng)度的巖石軋碎而成的,天然砂是巖石在自然條件下經(jīng)風(fēng)化、流水沖刷、搬運(yùn)、沉積后形成。兩者相比,天然砂風(fēng)化較嚴(yán)重、強(qiáng)度較低、穩(wěn)定性較差。人工砂的表觀密度r一般為2650~2720kg/m3,而天然砂的表觀密度r一般則為2600~2650kg/m3。焦晉高速公路案例隧道工程所用人工砂細(xì)度模數(shù)為3.0~3.6,屬中粗砂。其顆粒級配為0.08~2.5mm,篩余量較大。2.1.3砂料的顆粒及針片顆粒的制備案例隧道在進(jìn)行噴射混凝土支護(hù)的過程中,所使用的人工砂基本是使用的灰?guī)r來進(jìn)行軋制,而這其中所涉及到的主要成分便是CaCO3,該材料應(yīng)用在水泥之中后,其水泥中所存在的各種活性材料基本沒有和非活性材料CaCO3發(fā)生任何化學(xué)上的反應(yīng),此外,CaCO3所表現(xiàn)出來的粘接性比水泥還要優(yōu)秀,能夠切實(shí)有效的對混凝土強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度進(jìn)行提高。而對于混凝土強(qiáng)度帶來直接影響的一個關(guān)鍵因素就在于其中所存在的0.08mm直徑以下的顆粒以及針片狀顆粒,所以,這對于整個制砂流程中所涉及到的工藝提出了更為嚴(yán)格的要求,并且務(wù)必要保證篩洗干凈。天然砂中所具有的主要化學(xué)成分便是SIO2,而在絕大多數(shù)情況之下,天然砂所呈現(xiàn)出來的狀態(tài)都是非活性,但是也必須要避免具有活性氧化硅存在的安山巖、流紋巖、凝灰?guī)r等多種不同材質(zhì)的天然砂存在,因?yàn)樵谶@類砂存在的時候,水泥之中所存在的Na2O以及K2O會直接和水發(fā)生分解,并且與砂料中所存在的氧化硅進(jìn)行化學(xué)作用產(chǎn)生大量的堿-硅酸凝膠,這類凝膠會直接在砂料的表面形成,其凝膠在遇水之后,會發(fā)生膨脹現(xiàn)象,直接致使水泥的內(nèi)部界面出現(xiàn)裂縫,這對于整個工程來說,都是一個極大的安全隱患。而使用在水泥混凝土中的材料含有大量的輕物質(zhì)、云母、硫化物、硫酸鹽等對結(jié)構(gòu)性能帶來極大影響的物質(zhì),這類型的有害物質(zhì)同樣會直接附著在骨料的表面,同時對骨料粘性帶來直接影響,最終促使骨料的耐性、抗?jié)B性、抗凍性等多個方面下降;除此之外,硫酸鹽、有機(jī)物等還會對混凝土造成極大的腐蝕,極大的降低工程的壽命,并且還遺漏下了極大的安全隱患,既有可能造成安全事故。2.2人工砂試驗(yàn)和天然砂試驗(yàn)2.2.1上的缺陷。在補(bǔ)通常情況下,人工砂所具有的顆粒級配性極差,特別是顆粒大小的浮動性,無法加以良好的掌控。這種缺陷直接導(dǎo)致混凝土的和易性變差,并容易造成混凝土外觀質(zhì)量上的缺陷;人工砂混凝土的用水量大于天然砂配制的混凝土,在混凝土中,單純用人工砂配制不可避免地造成水泥用量偏高。另外,人工砂的級配受母材材質(zhì)的影響很大,隨著母材的變化,人工砂質(zhì)量狀況有很大的差異,給施工質(zhì)量的控制帶來了較大的難度。目前,全國多數(shù)使用單位對人工砂還是陌生的。從其外觀上看,人工砂與天然砂有明顯的不同:天然砂外觀呈黃色,含泥量高也不易看出;而人工砂多數(shù)呈灰白色或黑色,顆粒尖銳,看上去石粉很多。這是人工砂與天然砂最明顯的區(qū)別之一。2.2.2隧道使用人工砂的可行性首先,對水洗后的機(jī)制砂樣進(jìn)行篩分試驗(yàn),計算砂樣的分級篩余,累計篩余和通過百分率可見,該機(jī)制砂屬于粗砂,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制出篩分曲線。由篩分曲線可知,該以下是工地現(xiàn)場試驗(yàn)室對天然砂和經(jīng)水洗后的機(jī)制人工砂配制混凝土標(biāo)準(zhǔn)件7和28d強(qiáng)度對比試驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)文隧道初期支護(hù)的配合比中,灰骨比為1∶4~1∶5,骨料含砂率為45%~60%,水灰比為0.4~0.5。在案例隧道中,初期支護(hù)使用的配合比為1∶2∶2∶0.45∶0.03,其中,碎石與人工砂之比為1∶1。因?yàn)閲娚浠炷粱貜椔瘦^大,骨料在噴射時回彈骨料的含量損失了一部分,所以其含砂率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一般的混凝土。試驗(yàn)結(jié)果表明,人工砂代替天然砂在隧道中應(yīng)用,混凝土強(qiáng)度不受影響,且抗?jié)B效果較天然砂好,不摻防水劑抗?jié)B指標(biāo)也能達(dá)到S8要求。從技術(shù)可行性分析得出結(jié)論:人工砂代替天然砂在隧道中應(yīng)用,物理力學(xué)性質(zhì)滿足要求,試驗(yàn)結(jié)果可行。綜上所述,通過上述案例情況來看,使用人工砂的方式在隧道應(yīng)用中所具有的可行性極高,完全可以直接使用人工砂來代替天然黃砂在隧道噴射施工中,其施工完成效果和天然砂的效果基本一致。但是必須要注意的情況下,在進(jìn)行人工砂制造的過程中,必須要對人工砂的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管,只有人工砂的質(zhì)量和天然砂之間最大限度的相似,才能夠保證施工質(zhì)量,從而為整個施工工程提供保障。2.1.2噴射混凝土支護(hù)砂的應(yīng)用用來進(jìn)行人工砂制造的巖石單軸所具有的抗壓強(qiáng)度必須要遠(yuǎn)
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