聚丙稀微纤维喷射砼在隧道施工中的应用

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1、1聚丙稀微聚丙稀微纤维喷纤维喷射射砼砼在隧道施工中的在隧道施工中的应应用用任赛星，佘玉华 （中铁二局渝怀铁路工程指挥部 重庆 408601）摘摘 要要 在喷射砼中掺加一种新型材料聚丙稀微纤维,是改善喷射砼性能的一种有效方法。本文主要介绍了微纤维的性能及微纤维喷射砼在隧道施工中的应用情况。说明了微纤维喷射砼施工技术在降低成本等方面有着显著的效果，值得加以广泛推广和使用。关关键词键词 微纤维 喷射砼 隧道施工 应用1 前言前言近年来，喷射砼作为隧道施工支护、路基高边坡支护的建筑材料运用越来越广泛，但由于普通喷射砼存在着喷射回弹损失率高、抗渗性能差、抗裂性能低等缺陷，在很大程度制约着此项技术的进一步

2、推广应用。为此，一些工程曾采用掺加钢纤维来改善砼的性能，但钢纤维存在着成本高、易腐蚀，对喷射机具要求高；而且在施工过程中存在着难于均匀拌合，对机具设备损伤严重等缺点。在喷射砼中掺加另一种新型材料聚丙稀微纤维，则既能改善普通混凝土的缺陷，又能克服因掺加钢纤维带来的缺点。2 聚丙聚丙烯烯微微纤纤性能及特点性能及特点。2.1 聚丙聚丙烯烯微微纤纤主要物理化学性能主要物理化学性能聚丙烯纤维是切割后短而细的分散性纤维，是由多种高性能掺合物构成的一种新型建筑材料。其主要物理化学性能见表 1。表表 1 聚丙聚丙烯烯微微纤纤主要物理化学性能主要物理化学性能性 能指 标 比 重0.9Kg/m3 抗 拉 强 度5

3、00Mpa 熔 点155165C 弹 性 模 量3500Mpa 燃 点550C 断裂伸拉率1020% 导 热 系 数0.5/Km 吸 水 性无 体积电阻系数610.cm 酸 碱 阻 抗高 规 格19mm22.2 聚丙聚丙烯烯微微纤维纤维的特点的特点由其物理化学性能可以看出,它具有高抗拉强度,高变形能力,不受水泥水化物的侵蚀,三维均匀分布各向同性改善砼性能,表面的憎水性保证与水泥基料拌合时不会成团、无毒，使用方便等优点。同时还具有以下特点：（1）改善混凝土承受动载的特性(疲劳、冲击等)；（2）能阻止混凝土因收缩而产生龟裂现象，提高抗渗性能、抗冻融性能；（3）增大一次喷射的厚度，能形成更厚的喷射混

4、凝土层；（4）具有更高的粘稠性，能大幅度降低混凝土回弹，降低成本；（5）在火灾情况下可以因熔化面缓解混凝土的热应力，泵送容易，不会损伤设备。正因为其上述优特点，才被越来越广泛地应用于建筑、交通、水工、军事、土木及各种构筑物的加固补强和保护。3 聚丙聚丙烯喷烯喷射射砼砼的原材料及其配比的原材料及其配比3.1 微微纤维纤维用于喷射砼的微纤维选用的是四川华神化学建材有限责任公司生产的“好亦特”聚丙烯微纤维。其长度为 19mm，外表为白色毛发状，手感柔软。3.2 水泥水泥采用 325 号普通硅酸盐水泥。3.3 砂砂微纤维喷射砼宜选择中粗砂，细度模数大于 2.5，砂子颗粒级配应满足要求，砂子过细，会使干

5、缩增大，砂子过粗，则会增加回弹。细骨料级配限度如表二。表二表二 细细骨料的骨料的级级配限度配限度筛孔尺寸（mm）通过百分数（以重量计）筛孔尺寸（mm）通过百分数（以重量计） 101000.62560 5951000.31030 2.5801000.15210 1.25085注：可根据施工现场具体情况作调整。33.4 石子石子卵石或碎石均可，但以卵石为好。为减少回弹，骨料的最大粒径不宜大于 15mm，粗骨料的级配应符合表三的限度，骨料级配对喷射砼拌合料的可泵性，通过管道的流动性，在喷射处的水化，对受喷面的粒附以及最终产品的表观密度和经济性都有重要作用。为取得最大的表观密度，应避免使用间断级配的骨

6、料，在聚丙烯微纤维喷混凝土施工时，发现骨料最大粒径不超过 4.75mm 为佳。表三表三 喷喷射射砼砼石子石子级级配限度配限度通过每个筛孔的百分比筛孔尺寸（mm）级配 1级配 2 15.010090100 10.0851004070 5.01030015 2.501005 1.205-注：可根据现场具体施工情况作调整。3.5 速凝速凝剂剂速凝剂采用 HY 液体速凝剂，产地为成都，掺量每立方米为水泥用量的 2.5%。3.5 配合比配合比配合比根据喷射砼强度及喷射工艺要求，通过试验确定，微纤维对混凝土性能的改善是通过机械作用，而不是化学作用，它的加入不需要增加用水量和改变原有的混凝土配合比，因此喷射

7、混凝土配合比我们选取为 1：2.02:1.35:0.5:0.025 (水泥：细骨料：粗骨料：水：速凝剂)，加入 0.9Kg/m3微纤维，其中有 5%起润滑作用，将减少输送管壁与骨料间的摩擦阻力；采用湿喷技术，水灰比易于控制，只需要在拌合时将水灰比控制在配合比范围内，坍落度 8cm 为宜。4 应应用用实实例例根据工程实际情况，在渝怀铁路十标段白涛隧道中首先进行应用。4.1 工程概况及工程概况及设计设计情况情况渝怀线白涛隧道位于重庆涪陵白涛镇，全长 823 米，属于低山丘陵剥蚀性地貌，上覆坡残积、碎石土夹块石，下伏页岩夹泥质灰岩、灰岩，风化颇重，节理发育，呈角砾碎4石状，拱部无支护时可产生大坍塌，

8、侧壁有时失去稳定。为 IV 级与 V 级围岩，地下水不发育，对混凝土无侵蚀。整座隧道坡度为 3下坡；隧道进口 135.62 米为直线，其余处于缓和曲线及 R=1000m 的圆曲线上。设计支护及施工方法为：台阶法开挖，锚喷支护，墙拱一次衬砌成型；V 级围岩段拱墙设格栅钢架及 WTD25 超前中空注浆锚杆加强支护，喷射混凝土中掺加聚丙稀维纤维以改混凝土性能。4 2 微微纤维喷纤维喷射射砼砼施工工施工工艺艺4.2.1 施工机具施工机具由于微纤维对混凝土性能的改善是通过 表四表四 机械机械设备设备表表机械作用,而不是化学作用，所以微纤维喷射砼对施工机具无特殊要求，可直接使用现有的喷射混凝土机械。机械设

9、备见表四4.2.2 微微纤维喷纤维喷射射砼砼施工工施工工艺艺为了保证锚喷混凝土施工质量,改善作业环境,采用湿喷技术，其施工工艺流程如图：凝凝凝凝凝凝凝凝凝凝凝凝凝凝凝 凝凝凝凝凝凝凝凝凝凝凝凝 凝凝凝凝凝凝凝凝凝凝凝凝凝（1）喷射作业施工准备工作喷射前应对水泥、砂、石、速凝剂、水等的质量进行检验，砂石均应过筛，并事先冲冼干净，喷射机、管路均应处于良好状态下，对开挖断面进行检查，处理好欠挖，找顶清设备名称型号数量(台) 强制式砼搅拌机J5001 湿喷机TK-9611 机动车PC-115除浮石，并用高压水冲洗岩面，附着岩面的泥污应冲冼干净，并埋设测量喷射砼厚度的标志。该隧道采用了锚杆尾部外露部分作

10、为量测喷射砼厚度的标志。（2）混合顺序经过多次实验及应用结果表明，微纤维加入拌合机内，可以在其它混合料加入之前加入，也可以在其它混合料加入之后加入，也可以同时加入，加入时按配合比整包投入即可。（3）搅拌时间普通喷射砼的搅拌时间一般为 23min，微纤维喷射砼的搅拌强度要比普通喷射砼略大，故搅拌时间应适当延长，经试验，搅拌时间为 45min。当然，适当延长搅拌时间也不会影响微纤维的分布和强度，先干搅 1min 左右，再加水搅拌。（4）喷射作业风压风压与输送高程、管的布置形式及喷射原材料有关.为了保证喷射砼质量,降低回弹率,喷射作业时,要求风压稳定,压力大小调整适当，应满足喷头处的压力在 0.1M

11、pa 左右。水灰比由于采用湿喷技术，水灰比容易控制，而且操作起来比干喷也方便得多，在拌合砼时加入适当的水量，将水灰比控制在配合比设计值。喷射角度与喷射距离喷射时，一般应垂直于岩面，但在喷边墙时，宜将喷嘴略向下俯 10左右，使砼束喷射在较厚的砼顶端。这样砼束喷射在呈粘塑性状态的砼上，可避免料束的粗骨料直接与岩面碰撞、减少回弹量。喷射距离：微纤维喷射砼喷射以 1.5m 左右为宜。喷射顺序6喷射作业分段分片，先下而上顺序进行，如岩面凹凸不平时，先喷凹处找平，然后向上喷射、喷射时喷嘴料束应呈旋转轨迹运动，一圈压半圈，纵向按蛇形进行。喷射旋转速度及一次喷射厚度：以 23s 转动一圈为宜，一次喷射厚度以不

12、堕落时的临界状态或所需厚度确定。一般喷射微纤维混凝土一次厚度不小于 50mm，由于在外加剂的作用下，待其初凝后可回头再次喷射直至达到要求厚度。高压风控制：湿喷机风压控制在 0.40.5Mpa。喷射结束时先停料，后关风。5 微微纤维喷纤维喷射射砼砼效果及效果及质质量量检验检验5 1 回回弹弹率率测测定定微纤维砼在喷射过程中，对其回弹率进行了测定，并与未掺微纤维喷射砼的回弹率进行比较，其数据如表五：表五表五 回回弹弹率率测测定数据分析表定数据分析表配合比（kg） 序号 水泥砂石水速凝剂微纤维水灰比喷射料重(kg)回弹重量(kg)回弹率/m3480970648240120.90.5110020213

13、5502.500.5489.5107.69222100202135502.500.5489.597.9203100202135502.50.190.5489.6958.76124100202135502.50.190.5489.6954.8511.25100202135502.50.190.5489.6946.529.56100202135502.50.190.5489.6945.059.2从表中数据可以看出，掺加微纤维喷射砼回弹率明显降低，基本控制在 911%范围内。在微纤维混凝土应用过程中，对喷射的微纤维砼裂纹进行了检验，发现微纤维砼裂纹明显减少，说明微纤维砼可以有效地阻止裂纹的产生和发展

14、，至于聚合物微纤维砼的抗压强度早期较高而后期无明显增高，抗拉、抗弯等强度性能几乎没有提高。因而聚丙7烯微纤维不适合作砼的增强材料。6 技技术经济术经济比比较较通过对微纤维喷射砼与普通喷射砼回弹率比较，进行经济分析，未掺微纤维喷射砼约 800 元/m3，掺 0.9kg/m3微纤维后为 862 元/m3，成本增加元 62 元。但是，未掺微纤维回弹损失为 176 元/m3，掺加微纤维喷射砼回弹损失为 82 元/m3，节约成本 32 元/m3，由此表明，掺加微纤维可以大大降低喷射砼的回弹量，从而降低了喷射砼的成本，经济效益显著。7 结结束束语语喷射聚丙烯纤维混凝土是一种新型复合材料，由于其不仅不增加施工难度，而既能降低施工成本，又以其优良的力学性能和可靠的质量，将会越来越赢得广大工程建设者们的青睐，其推广应用前景十分广阔。作者简介任赛星：（1964） 男 1988 年毕业于长沙铁道学院铁道工程专业，工学学士，中铁二局渝怀铁路工程指挥部副指挥长、总工程师、高级工程师。联系电话：13983303869。佘玉华：（1974） 男，1997 年毕业于中南工业大学采矿及地下工程专业，工学学士，中铁二局渝怀铁路工程指挥部一项目部工程部部长，工程师。