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1、1贯入法检测隧道喷射混凝土早期强度专用曲线建立及 检测技术规程制项目研究报告一、用途铁路隧道工程施工质量验收标、 客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准规定， “喷射混凝土的早期（1d）强度必须符合设计要求” ，“采用 贯入法或拔出法检测 ”。铁建设200788 号文发布的铁路隧道设计施工有关标准补充规定规定， “隧道支护喷射混凝土的强度等级不应低于 C25，24 小时强度不应低于10MPa”。国家铁路建设重点工程之一湘桂铁路扩改工程，XG-4、XG-5 标段，隧道 14 座/13955 延长米，均为双线隧道。喷射混凝土初期支护是保证围岩稳定，保证施工安全的重要措施之一。为了加强隧道初期支护
2、喷射混凝土 1d 强度控制、落实验标要求，课题组开展了“ 贯入法检测道喷 射混凝土早期强度” 的研究。二、国内检测技术现状拔出法检测，铁道部已有混凝土强度后装拔出法试验方法TB/T2298.21991。经应用，由于隧道初支喷射混凝土表面不平整、粗糙，早期强度低等特点，现场表面打磨困难、钻孔及孔内切槽难以达到测试条件，拉拔杆安装与基座难以垂直，造成测试数据过于偏离实际。拔出法操作较复杂，部件多，须多人操作。实践证明拔出法不适用于隧道喷射混凝土早期测强。建设部有贯入法检测砌筑2砂浆抗压强度技术规程JGJ/T136-2001。由于测针小，冲击功能低，不能满足喷射混凝土早期测强要求。调查发现国内有 H
3、QG-1000 型混凝土强度检测仪（贯入检测仪，仿欧技术）生产，但尚未形成标准。国内无国家或行业标准试验方法或规程，更无适用于喷射混凝土现场检测强度换算曲线可依靠。采用 HQG-1000 型混凝土强度检测仪，开发隧道喷射混凝土早期强度检测技术，成为课题组的主攻目标。三、关健技术研究及成果1.喷射混凝土早期测强曲线的建立1.1HQG-1000 型混凝土强度检测仪主要技术性能参数：1）仪器贯入力：1000N 2）工作冲程：20mm 3）测钉直径：3.5mm 4）测钉长度：30.5mm 5）钉尖锥角：451.2HQG-1000 型混凝土强度检测仪工作原理混凝土拌合物中水泥颗粒随着时间发展，产生凝胶、
4、结晶，强度逐断得到增长，敌御外物侵入阻力增强。HQG-1000 型混凝土强度检测仪采用压缩弹簧加载，把钢制测钉贯入混凝土中。因贯入深度与混凝土强度相关，即可根据测钉贯入深度来推定混凝土强度。31.3 贯入深度强度关系曲线建立条件选择1）检测手段为 HQG-1000 型检测仪。2）比对试验对象为同喷射混凝土结构相当的能直接进行抗压强度试验的 150150150mm 立方体 试件或 100100100mm立方体试件及喷射混凝土大板切割试件。3）比对试验试件制作：使用原材料：选用施工用兴安海螺牌 P.O42.5 水泥、中级河砂（细度模数 2.9）、510mm 级石灰岩碎石、分别使用山西凯迪KD-5
5、型速凝 剂、KDSP-1 早强减水剂、北京建科 ANS 速凝剂、AN4000 减水剂。配合比（/m 3）：水泥 413;砂 865;碎石 937;减水剂 3.3（掺量 0.8%）;速凝剂20.6（掺量 5%）;水 165。胶骨比：1：4.36；水灰（胶）比 0.40；砂率 0.48；初坍落度130mm；初凝时间 4min40s；终凝时间 9min10s。室内立方体试件制作：试验混凝土搅拌为搅拌机机械搅拌。加料顺序：砂+ 碎石 水泥 水 减水剂 速凝剂 出机混凝土出机后，立即快速装模，振实、抹平。从拌合物加入速拌均20s拌均 拌均 拌均拌均20s20s 20s20s4凝剂起到试件表面抹平，必须在
6、 3 分钟之内完成。试件制作数量：分批分次进行，每次不少于 18 块。试件拆模时间：2 小时，拆模后覆盖潮湿养护，待检。大板试件，是在隧道喷射混凝土作业区，喷制大板，大板尺寸约 30cm45cm15cm。喷制大板时，混凝土喷满后立即抹平表面。大板试块 5 小时左右移入试验室，待检。1.4 比对试验1.4.1 室内试件试验步骤1）将一批同时成型待检试块，随机分组，每三块一组。成型后 1012 小时开始试验，每隔 3 小时检测一次，每次 3 块。2）将一个试块两侧面受压，予压在压力机上。对另两个侧面进行贯入试验。一个侧面布置测点 3 个，另一个侧面布置测点 4个共 7 个测点。测点距试块边缘距离不
7、小于 3cm，每测点间距离不小于 3cm。3）对每个测点进行贯入试验，用专用测深仪对测点贯入坑进行贯入深度量测，精度到 0.01mm。4）对试块 7 个贯入试验点贯入深度值中舍去一个最大值，舍去一个最小值，取剩余 5 点贯入深度平均值作为该试件贯入深度的代表值。5）贯入试验后，立即试压，得出该试件抗压强度。6）一个试件的贯入深度代表值与抗压强度为一组比对数据。7）每一次检测时间，分别测得三个试件的比对数据。58）按上（2）（6）步骤分别测得各次检测时间的三组比对数据。由于试块抗压强度随时间的增长，即可测得不同抗压强度与相应贯入深度比对数据。1.4.2 室外喷射混凝土大板试件试验步骤1）将大板试
8、件等分三段，分为三个测区、编号。2）喷射成型 15 小时左右，在三个测区分别用 100mm 钻头钻孔取芯，切割成 100100 圆柱试块，共 3 块，与大板一起覆盖养护至 24 小时。3）大板成型 24 小时，对大板三个测区分别进行贯入试验，每区 7 个测点，用专用测深计量测贯入坑贯入深度。舍去每个测区 7 个测点贯入深度值中的最大值与最小值，取剩余 5 个测点贯入深度的平均值作为测区的贯入深度代表值。4）对应测区的三个圆柱型试块进行抗压强度试验，得出三组贯入深度抗压强度比对数据。四、检测技术规程的制定为了方便实施，课题组编写制定了贯入法检测喷射混凝土早期强度技术规程，于 2009 年 10
9、月正式实施。 贯入法检测喷射混凝土早期强度技术规程详见附件。 6附件：贯入法检测隧道喷射混凝土（ 1d）强度技术规程（实施细则）1.总则1.1铁路隧道工程施工质量验收标准（TB10417-2003)及客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准（铁建设2005160号) 规定，对 隧道初期支护喷射混凝土 1d 强度进行贯入法检测。1.2 由于国家及行业目前尚无贯入法检测喷射混凝土强度技术标准，特制定本细则。1.3 本规定用于隧道喷射混凝土的 1d 强度现场检测。1.4 参考规范：贯入法检测砌筑砂浆抗压强度技术规程(JGJ/T136-2001)；普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T50081-2
10、002)等。2.测试原理贯入法属于无损检测方法（检测后仅表层不超过 10范围产生一小坑），适用于现场测定喷射混凝土的早期强度。其工作原理是依据美国 ASTM C803 标准的贯入阻力原理，采用压缩弹簧加载，把一钢制测钉贯入混凝土中，因其贯入深度与混凝土的强度成反比，即可根据测钉的贯入深度来推定喷射混凝土的强度。通过在试验室对大量混凝土试件进行实测，取得大量数据，并以7此数据来建立喷射混凝土早期强度与贯入深度的关系曲线。3.检测设备3.1 贯入式混凝土测强仪：采用 HQG-1000 型测强仪，该设备主要由测试仪、测钉和测深表三部分组成。也可采用其他厂家的同类、同功效的产品。3.2 HQG-100
11、0 型测强仪的主要技术性能指标如下：1) 仪器的贯入力：1000N2) 工作冲程：203) 测钉直径：3.54) 测钉长度：30.55) 钉尖锥角：453.3 测钉系由高强度特殊钢材特制而成，每个测钉的使用次数应满足以下规定：当测钉的长度减小到能通过专用量快的长槽时，即应更换新的测钉。3.4 测深表系一特制百分表，通过初始测量值与贯入后测量值之差，计算出测点的贯入深度值。4.设备操作方法及安全事项4.1 设备操作方法4.1.1 取出测钉，插入冲击杆的孔中；4.1.2 用加力扳手旋紧铜螺母，直到挂上挂钩为止（在将要挂上钩时必须把启动器向上扳动，否则挂钩不能钩连上冲击杆）。4.1.3 将测强仪垂直
12、压在被测混凝土表面，牢牢握住仪器手把，扳动启动器，将测钉贯入混凝土中。84.1.4 用橡胶吹风器将孔内吹干净，用测深表测量贯入深度。4.2 安全注意事项4.2.1 当挂钩挂上后，不得随意扳动启动器，不得将贯入仪的前端对着人。4.2.2 不得对除喷射混凝土以外的任何其它物体进行贯入，以免损伤测钉。4.2.3 试验完毕应立即将仪器及所有配件清理干净，装入箱内。5.检测方法与步骤5.1 准备工作5.1.1 喷射混凝土施工完毕后，立即选择测区，并将测区范围内喷射混凝土的表面进行磨平处理，以利于次日进行贯入测试。测区宜选择在较平整处，且避开钢筋、气孔及外露石子等各种干扰。5.1.2 每一喷射循环应随机选
13、取 3 个测区，每一测区的面积约 900 2。5.1.3 测区均匀分布，相邻两测区的间距不宜小于 0.5m。5.2 测试及计算5.2.1 按 24 小时全期（或限定时间全期）对喷射循环喷射混凝土进行贯入试验。5.2.2 每个测区选取 7 个测点，测点应在测区范围内均布，相邻测点之间的最小间距为 5。选好测点后进行标识和编号； 5.2.3 使用专用测深表对每一测点进行初读数测量并记录；9测量值精度到 0.01。5.2.4 使用测强仪对每一测点进行贯入检测；5.2.5 使用专用测深表对每一测点进行贯入后的读数测量并记录。测量值精度到 0.01。测量前必须用橡胶吹风器将孔内吹干净，否则会影响测量深度
14、。5.2.6 初读数减去贯入后的读数即为测点的贯入深度值。每个测区 7 个测点中，废除一个最大值和一个最小值，将剩下的五个测点的贯入深度值进行平均值计算，作为该测区的贯入深度值。6.测强曲线的建立6.1 用 100100100或 150150150试模成型足够数量的喷射混凝土试件（使用材料应与施工过程完全一致），待混凝土强度约达到 3MPa 左右 时即可开始进行率定，先对试件进行贯入试验（宜在混凝土试件的两个侧面上共选取 7 个测点），按 5.2 条测得贯入深度平均值，然后再对该试件进行抗压强度试验，测得抗压强度值，这样即可得到一组对应数据。6.2 如此反复进行对应数据的测定，对应数据不得少于
15、 30 个对比组，然后对所得数据进行一元线性回归分析或乘幂拟合分析（一般型式为 f=a+b*H 或 f=a*Hb，参考 JGJ/T136-2001），求得测强公式。当回归或拟合关系式的相关系数小于 70%时，表明率定试验的准确度以及相关性欠佳，应重新率定。 6.3 测强公式fccu = 74.665H-1.4228 (r=91.3%) fccu -强度(MPa) H-10-贯 入深度代表值(mm)6.4 查强度换算表（附页）7强度结果计算与评定7.1 由测得的贯入深度平均值，按建立的强度公式换算出测区的喷射混凝土抗压强度值，精确至 0.1MPa。7.2 以 3 个测区抗压强度的算术平均值作为该
16、循环喷射混凝土 1d 强度代表值。11附页：测强曲线的建立喷射混凝土采用的原材料如下：兴安海螺 P.O42.5 水泥，大丰东 5-10mm 碎石，榕江河砂（中砂），山西凯迪建材的 KD-5 速凝剂和 KDSP-1 早强 减水剂或北京 ANS 速凝剂和 AN4000 高效减水剂，地下水。2 个厂家的 4 个外加刘，分别成型 2 种喷射混凝土，每种均是采用同盘制作，统一制作试件，待混凝土强度达到 3MPa 左右便拆模，选择 3-5 组按照 6.1 条进行率定，然后再过 23 小时再次率定，如此循环，这样收集的试验数据包含从3MPa20MPa，基本涵盖了 喷射混凝土 1d 强度范围。一个试块先做贯入试验，测得 7 个测点的贯入深度，按照5
