喷射混凝土施工性能的室内试验研究.pdf

水 力 发 电 第 3 7 卷第 1 2期 2 0 1 1 年 1 2月 J L 址 喷射混凝土施工性能的室内试验研究 址 止 L 址 址 驰 址 址 L S L 址 L S l L L S l L S 止 址 S 止 址 址 址 石 妍 ，李 家正 ，龙 娈珍 。 ，闰小虎 1 ,2 ( 1 长 江水 利委 员会长江科 学院 ，湖北武汉4 3 0 0 1 0 ； 2 水利部水 工程安全 与病害 防治工程 技术研 究中心 ，湖北武 汉 4 3 0 0 1 0 ； 3 华 中科技大 学武 昌分校 ，湖北武汉 4 3 0 0 6 4 ) 摘要 ：采用 自设计 的粘结 围岩和模拟拱顶的喷射试验方法 ，开展湿喷混凝土施工性 能的室内研究 。试验结果表 明， 单掺 无机纳米外加剂和 复掺无机 纳米外加剂与粗纤维 的喷射混凝 土 ，与围岩的轴拉粘 结强度均在 1 O MP a以上 ，且 复掺的强度较高 。两组配合 比的喷射混凝土 回弹率分别 为 2 3 和 2 0 ，一次喷层 厚度为 2 2 a m 和 2 5 c m，复掺 可增 加混凝 土的粘聚性 ，降低 回弹率 。本 次试 验采用的方法可在室 内比较 不同配合 比的喷射混凝土 的施工性 能。但由于 场地 及试 验机械设备的限制 ，室 内模 拟喷射试 验的混凝土 回弹率较现 场高。本文的试验方法及测试结果 可为喷射混 凝土的室内研 究提供参考 。 关键词 ：喷射 混凝 土 ；施工性能 ；与 围岩粘结强度 ；回弹率 ；一次喷层厚度 I n d o o r Ex p e r i m e n t a l S t u d y o n t h e Co n s t r u c t i o n P e r f o r ma n c e o f S ho t c r e t e S h i Ya n 一 ， L i J i a z h e n g ， L o n g L u a n z h e n 。 ， Ya n Xi a o h u ， ( 1 C h a n g j i a n g R i v e r S c i e n t i f i c R e s e a r c h I n s t i t u t e ， Wu h a n 4 3 0 0 1 0 ， H u b e i ， C h i n a ； 2 R e s e a r c h C e n t e r o f Wa t e r E n g i n e e r i n g S a f e t y a n d Di s e a s e P r e v e n t i o n o f Mi n i s t r y o f Wa t e r Re s o u r c e s ， W u h a n 4 3 0 0 1 0 ，Hu b e i ， C h i n a ； 2 Hu a z h o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y Wu c h a n g B r a n c h ， Wu h a n 4 3 0 0 6 4 ， Hu b e i ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e c o n s t r u c t i o n p e r f o r ma n c e o f s h o t c r e t e i s t e s t e d i n d o o r b y u s i n g s e l f - d e s i g n e d me t h o d w h i c h i n c l u d i n g b o n d i n g a d j a c e n t r o c k a n d s i m u l a t i n g r o c k v a u l t T h e r e s u l t s s h o w t h a t ： f o r t w o g r o u p s o f s h o t c r e t e w i t h s i n g l e d o p e d n a n o ma t e r i a l s a n d c o mb i n e d d o p e d n a n o ma t e r i a l s a n d c rud e fi b e r r e s p e c t i v e l y ， t h e a x i a l b o n d s t r e n g t h s wi t h r o c k a r e mo r e t h a n 1 0 MP a a n d t h e l a t t e r i s mo r e h i g h e r ，a n d t h e r e s i l i e n c e r a t e i s 2 3 a n d 2 0 r e s p e c t i v e l y for t wo g r o u p s wi t h a s i n g l e s h o t c r e t i n g t h i c k n e s s o f 2 2 c m a n d 2 5 a m r e s p e c t i v e l y a n d t h e l a t t e r c a n i n c r e a s e t h e c o h e s i v e n e s s a n d l o w e r r e s i l i e n c e r a t e o f c o n c r e t e D u e t o t h e l i mi t s o f s p a c e a n d t e s t e q u i p me n t s ， t h e r e s i l i e n c e r a t e s i n i n d o o r t e s t a r e h i g h e r t h a n t h a t i n o n s i t e t e s t T h e t e s t me t h o d s a n d r e s u l t s c a n p r o v i d e r e f e r e n c e for t h e i n d o o r s t u d y o f s h o t c r e t e Ke y W o r d s ：s h o t c r e t e ；c o n s t r u c t i o n p e r f o r m a n c e ；b o n d s t r e n gth w i t h a d j a c e n t r o c k ；r e s i l i e n c e r a t e ；s i n g l e s h o t c r e t i n g t hi c kn e s s 中图分类号 ： T V 5 4 4 9 2 3 ；T U 5 0 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 1 ) 1 2 - 0 0 9 0 - 0 3 喷 锚 支 护是 在 矿 山井 巷 、水 利 水 电 、铁 路 隧道 等 工 程 建 设 中 广 为 应 用 的 一 种 支 护 方 式 而 喷 锚 支 护 最 常 采 用 的 方 法 是 湿 法 喷 射 混 凝 土 。 一 直 以 来 ， 喷射 混 凝 土 的施 工 性 能 备 受 工程 界 的关 注 ，因其 关 系 到 工 程 质 量 、施 工 效 率 及 工 程 造 价 等 。 目前 对 喷 射 混 凝 土施 工性 能 的检 测 均是 在 现 场 进 行 的 。关 于 其 试 验方 法及 技术 要 求 国 内外 也颁 布 了相 应 的规 范 W c Po r Vo L 3 7 No 1 2 如 GB T 5 0 0 8 6 -2 0 0 1 锚杆 喷 射 混 凝 土 支 护技 术 规 收 稿 13期 ：2 0 1 1 - 0 3 2 9 基金项 目：水利部公 益性行业科研专项 资金项 目 ( 2 0 0 9 0 1 0 6 6 ) ； 国家 自然科学基金重点项 目 ( 5 l 1 3 9 0 0 1 ) 作者简介 ：石妍 ( 1 9 7 9 一 ) ，女 ，河南新 乡人 ，高级 工程 师 ，博 士 ，主要 从事水 工建筑材料研 究 1 2 3 ， 哥： u 贝 习 , , g t s J 上 删上 l 1 日巴口归三 吼 1 丌 范 、DL T 5 1 8 1 2 【 ) ( 】 3 水 电水 利 工 程 喷锚 支 护施 工 规 范 及 欧洲 喷 射 混凝 土 规 范 等 ，但 如何 在 室 内开 展 喷射 混 凝 土 施工 性 能 的试 验研 究 ，国内外 尚 未 见 有 相 关 报 道 。 本 文 采 用 自设 计 的 试 验 方 法 ， 开 展 湿 法 喷 射 混 凝 土 施 工 性 能 的 室 内 研 究 ，内 容 包 括 混凝 土 与 围岩 的粘 结 强度 、 回弹 率及 一 次 喷层 厚 度 等 ，该 试验 方 法 及 测试 结 果 可 为 喷射 混 凝 土 的室 内研 究提 供 技术参 考 。 地 面成 4 5 。 角 。且 上 方 布满 8 0 1 5 0 mm 的大 石 ，大 石 紧密 排列 尽 量 减 少空 隙 。在脚 手 架 下 方 的地 面上 铺 设 防 水 布 。以收集 喷射 过 程 中 自拱 顶跌 落 的混凝 土 。在试 验 过 程 中 ，要 保 证 供料 充 足 ，持 续 向拱顶 喷射 ，并 观察 混 凝 土 与拱 顶 的粘 结 与 跌落 情 况 ，当 跌 落 的 混 凝 土 比 例 开 始 明 显 增 多 时 停 止 喷 射 ，测 量 喷 层 厚 度 并 计 算 同 弹 率 ，取 两 次 试 验 的 平 均 值 为 最 终 结 果 1 原材料 、配合比及试验方法 2 试验结果与分析 1 1 原材 料及 配合 比 水 泥采 用乃 托 4 2 5普 通 硅 酸盐 水 泥 ，其 物理 性 能 检 测 结 果 见 表 1 ： 细 骨 料 为 大 理 岩 人 工 砂 ，细 度 模 数 2 3；粗 骨 料 为 5 1 0 mm 人 工 米 石 ； 无 机 纳 米 外 加 剂 的 主 要 化 学 成 分 为 S i O ， 体 积 平 均 粒 径 ， J 4，3 1为 1 5 0 n m，减水 率 3 O 7 ；速 凝 剂 的初 凝 时 间 为 5 mi n，终 凝 时 间为 9 mi n：增 韧 型 聚 丙烯 合 成 粗 纤 维( 简 称“ 粗 纤 维 ” ) 当 量 直 径1 4 6 I,x m，公 称 长 度 3 6 8 6 mm。通 过 前期 试 验研 究 优选 出 的喷射 混 凝 土 配合 比及 拌和 物性 能见 表 2 。 錾 麓 。 翼 表 2喷射混凝土试验配合比及拌和物性能 椭， 1 2试 验方 法 试 验 采 用 湿法 喷 射 混凝 土 。喷 射 方 向与 受 喷 面 垂 直 ，喷 射 距 离 控 制 在 0 8 IT I 左 右 。 在 喷 射 过 程 中 ， 液 态速 凝 剂 由喷枪 出 口处 的导 管 定 量 泵送 。喷 射顺 序 为 从 左 至 右 、 自下 而 上 。 喷 射 混 凝 土 与 同 岩 轴 拉 粘结 强 度 的 试验 方 法是 ：将 现 场 取样 的岩 石 加 工成 1 0 0 mmxl O 0 mmx 5 0 mm 的尺 寸 ，垂 直 横 置 在 翼 型 轴 拉 试 验 试 模 的 正 中 间 ，试 模 规 格 见 S L 3 5 2 - 2 0 0 6 水 工混 凝 土试验 规 程 。喷射 过程 中保 持石 块 固定 ， 喷 射混 凝 土 完全 充 满并 覆盖 试 模后 停止 喷 射 ，然后 平模 、编号 ，在养 护 室 中养护 至 2 4 h拆 模 ，按 照水 工混 凝 土轴 拉强 度 的观测 方法 进行 观测 。 喷 射 混凝 土 的 回弹 率 与一 次 喷 层厚 度 的试 验方 法 是 ：首先 模 拟 现 场 围岩 拱 顶 ，搭 建 高 约 2 5 1T I 的 脚 手 架 ，顶 部 铺 设 1 m1 IT I 的 钢 筋 网 ，钢 筋 网 与 2 1 与围岩轴拉粘结强度 喷射 混 凝 土 施 工 性 能 的试 验 结果 见 表 3 。试 验 结 果 表 明 ，两 组 配 合 比在 拌 和 物 性 能 相 当 的 情 况 下 ，喷 射 混 凝 土 与 围 岩 2 8 d龄 期 轴 拉 粘 结 强 度 均 在 1 0 MP a以 上 ， 达 到 I 类 岩 石 的 技 术 要 求 川。 且 无 机 纳 米外 加 剂 与粗 纤 维复 掺 后 ，粘结 强 度 值有 所 提 高 。 表 3喷射混凝 土施工性 能试验结果 GB T 5 0 0 8 6 -2 0 0 1 锚 杆 喷射 混 凝 土 支 护 技 术 规 范 与 DL T 5 1 8 1 2 0 0 3 水 电水 利 工 程 喷锚 支 护施 工规 范，都在 附 录 中列 出 了喷射 混 凝土 与 围岩 粘结 强 度 的 3种 检 测方 法 ，即预 留试 件 拉 拔法 、现 场钻 芯拉 拔法 、喷 大板 室 内劈拉 法 。 相 比较 而 言 预 留试 件 拉 拔 法存 在操 作 麻 烦 、 挖环 形 槽难 度 大 、埋 拉 杆 难 以保 证 不 偏 心等 问题嘲。 现场 钻 芯 拉拔 法 的芯样 损 伤 较 大 、安 装 拉力 架 与 膨 胀 螺 栓 存 在偏 心 问题 ，且 取 芯成 功 率 低 ，得 到 的轴 拉 粘 结 强 度偏 低 。 而 喷 大板 室 内 劈 拉 法 操 作 容 易 ， 只 要 求 保 证 岩 石 喷 射 面 表 面 平 整 、 加 工 厚 度 均 匀 ， 但 在 劈 拉试 验 时 喷 射混 凝 土 与 岩石 结 合 面不 可 能 做 到完 全 在 同一 垂 直 面上 ，多 少存 在 着 剪 切现 象 ，因 此 ，得 到 的劈拉 粘结 强度 往往 偏高 3 1 。本 试 验设 计 的 喷射混 凝 土与 围岩轴 拉粘 结强 度测 试方 法操 作 简单 、 成 功 率 高 、测 试 值 可信 ，适 合 于室 内湿 喷混 凝 土 的 试 验 条 件 。 2 2 回弹率与一次喷层厚度 在 喷 射拱 顶 的试 验 中 ，落 到地 面 的混 凝 土 质 量 占总 喷射混 凝 土质量 的 比例就 是喷 射混 凝 土 回弹率 。 试 验 结 果 表 明 两 组 配合 比的 喷射 混 凝 土 回弹率 分 别 为 2 3 和 2 0 一 次 喷 层 厚 度 分 别 为 2 2 c m 和 2 5 c i n： 回 弹 率 和 一 次 喷 层 厚 度 是 两 个 对 立 指 标 ，前 者 W et t e r P o w e r I 3 7 N o 1 2 圜 大 则后 者 小 后 者 大则 前 者 小 ：无 机纳 米 外 加 剂 与 粗 纤 维 复 掺 的 混凝 土 回弹 率 低 、一 次 喷 层 厚 度 大 ： 喷 射 过程 中混 凝 土 泵送 顺 畅无 堵 管 及 流浆 现 象 喷 射 效 果好 ，表 明混 凝 土 配合 比设 计 合 理 ，拌 和 物 性 能 良好 。 关 于 喷 射 混 凝 土 回 弹 率 与 一 次 喷 层 厚 度 的 室 内 模 拟 试 验 ， 国 内 外 尚无 相 关 的 技 术 规 范 。 本 试 验 方 法 模拟 现 场作业 环 境 ，施工 方便 快 速 ，喷射 质 量 高 。 通 过 混凝 土 回弹 率 、一 次 喷层 厚 度 及 混凝 土 均 匀 性 等 指 标 ，可 综 合 比较 不 同配 合 比的 喷射 混 凝 土 的施 工 性 能 。但有 资料 显示 ，现 场作 业 的湿 法喷 射混 凝 土 回弹 率 约 为 2 0 ，掺 入 纳米 外 加 剂 后 ，综 合 回弹 率 降 低 至 1 0 以下 ，一 次 喷 射 厚 度 可 达 到 3 0 c m。 因此 ，室 内 的模 拟 喷射 试 验 ，混 凝 土 的 回 弹率 普 遍 较 现 场试 验 高 ，这 是 由于 室 内场 地 及 试验 机 械 设 备 的 限制 所 致 。 在 试 验 条 件 一 定 的 情 况 下 喷 射 混 凝 土 的 回 弹 率 与 混 凝 土 自身 的 粘 聚 性 有 关 。 粘 聚 性 是 运 动 流 体 的 一 种 宏 观 属 性 ，指 液 体 受 外 力 作 用 移 动 时 ， 分 子 间产 生 的 内 摩 擦 力 的量 度 。按 照 牛 顿 粘 性 定 律 分 析 ，新 拌 混 凝 土 的 粘 聚性 越 好 ，则 粘 性 系 数 越 高 。内 摩 擦 力 越 大 ，喷 射 至 拱 顶 后 ，在 其 自身 粘 聚 力 和 速 凝 剂 的共 同 作 用 下 ，能 够 抵 抗 重 力 作 用 而 不 跌 落 ， 回弹 率 就 越 低 ，喷 层 也 越 厚 ，喷 射 效 果 越 好 。无 机 纳 米 外 加 剂 和 粗 纤 维 复 掺 ，可 以 增 加 混 凝 土 的 粘 聚性 和 内 聚 力 ，所 以相 应 配 合 比 的 回弹 率 较 低 。 3 结论 本 文 采 用 自设 计 的 粘 结 围 岩 和 模 拟 拱 顶 的 试 验 方 法 ， 开 展 湿 喷 混 凝 土 施 工 性 能 的 室 内 研 究 ，该 试 验 方 法 及 测 试 结 果 可 为 喷 射 混 凝 土 的 室 内 研 究 提 供 技 术参 考 。试 验结果 表 明 ： ( 1 ) 拌 和 物 性 能 相 当 时 ， 比 较 单 掺 无 机 纳 米 外 J J I 1 t l 和 复掺 无机 纳米 外 加剂 与粗 纤维 的喷 射 混凝 土 与 围岩 的轴 拉 粘结 强度 均 在 1 0 MP a以上 且 复 掺 的 强 度 较 高 。 ( 2)两 组 配 合 比 的 喷 射 混 凝 土 回 弹 率 分 别 为 2 3 和 2 0 ，一 次 喷 层 厚 度 分 别 为 2 2 e m 和 2 5 e m， 无 机 纳 米外 加 剂 和 粗纤 维 复 掺 ，可增 加 混 凝 土 的粘 聚性 和 内聚力 ，降低 回弹率 。 ( 3 ) 自设 计 的 室 内 试 验 方 法 得 当 ， 可 用 于 比较 不 同配 合 比喷 射 混 凝 土 的施 工 性 能 。但 由于 场 地及 试 验 机 械设 备 的限 制 ，室 内 的模 拟 喷射 试 验 ，混 凝 土 的 回弹率 普 遍较 现场 高 。 参考文献 ： 1 DL T 5 1 9 5 -2 0 0 4水工隧洞设计规 范 S 2 黄 国兴 ，刘燕波 ，柳 华英 ，等 对预 留试 件拉拔法 检测粘结 强 度 的改进 建议 J 水力发 电，2 0 0 8 ， 3 4( 2 ) ： 7 8 8 0 3 黄 国兴 ，陈文耀 ，尹俊宏 喷射 混凝土 与围岩粘结 强度合 理指 标 的探 讨 J 水力发 电，2 0 0 7 ， 3 3 ( 2 ) ： 7 8 8 0 4 陈东 纳米混凝 土在不 良地质隧洞支护 中的应用 J 人 民长江 ， 2 0 0 9，4( 1 0) ： 3 2 3 3 ( 责任编辑 常 青) 一、 缔蠕 ： 盘 、 蠕、 ； 蠕、 ； 、 ! ： 嗡嗡 ； 蠕、 蠕、 嗡嗡蠕、 、 蠕 、 蠕 、 ； 啊蠕、 矗 “ ； 瞄 、 、 “ 蜗 ( 上接 第 8 4页) 内存 在 很 多 电力 电力 设 备 和非 线 性 负 荷 它 会 产 生 大量 的谐 波 。双 网并 网 的微 网可 以 通 过 和 大 电 网 的 相 互 作 用 ， 抵 消 掉 部 分 谐 波 ，但 单 网并 网的微 网将 全部 作 用在 负荷 上 。 另 外 由仿 真 结 果 可 以看 出 ，由于 微 网 双 网并 网 方 式下 分 布 式 电源 直 接 与 大 电 网连 接 ， 电气 距 离 短 ，在 发 生 P CC点 短 路 故 障 时 ，微 网 的 母 线 电压 波 动 较 单 网 并 网 时 更 大 。 同 时 基 于 这 个 原 因 ， 当 微 网 的 负荷 功 率 随 机 波 动 时 ，微 网双 网并 网 的母 线 电 压 波 动 较 单 网 并 网 时 更 小 。 6 2微 网并 网方 式选 择 两 种并 网方 式 有 各 自不 同 的特 点 ，需 要 根 据 具 体 的 实 际 情 况 选 择 微 网 的 并 网 运 行 方 式 ： ( 1 )当微 网 中 的分 布 式 电源 的容 量 和 负荷 相 当 时 ，可 以 采 用 单 网 并 网 的 方 式 ( 2) 当 负 荷 小 于 微 网 的 分 布 式 电 源 的 容 量 时 ， 单 网并 网 的微 网会 给大 电 网迂 回供 电 ，降 低 了 电 网 阻Wm e r P e r V ( I t 3 7 2 的经 济性 ，此 时可 以采 用 双 网并 网的方式 。 参考文献 ： 1 李 鹏 ，张玲 盛银波 新能源 及可再 生能源并 网发电规 模化应 用 的有 效途径一 微 网技术 J 华 北 电力 大学学 报 ，2 0 0 9，3 6 ( 1 ) ： 1 0 - 1 1 2 杨 仁花 ，黄 伟 ，关 丽 ，等 微 网结构 和运行控 制 J 电网与清 洁能源 ，2 0 1 0，2 6 ( 1 ) ： 4 9 5 1 3 杨靖 波 ，李正 ，杨 风利 ，等 2 0 0 8年 电网冰灾覆 冰及倒 塔特征 分析 J 电网与水力发 电进展 ，2 0 0 8，2 4 ( 4 ) ： 4 8 4 高研 ，毕锐 ，杨为 ，等 分布 式发 电对配 电网继电保护 的影 响 J 电网与清 洁能源 ，2 0 0 9 ，2 5 ( 4 ) ： 2 0 2 3 5 左 文霞 ，吴夕 科 ，程 军照 ，等 微 电 网技 术及发 展概况 J 中 国电力 ，2 0 0 9，4 0 ( 7 ) ： 2 8 3 0 6 谷峰 ，曹优乐 图 风 电场接人 电力 系统最 佳接入 点选择 J 电 网与清洁能源 ，2 0 1 0，2 6 ( 3 ) ： 7 5 7 6 7 李胜 ，张建华 ，李春叶 ，等 微 网的并 网运行 方式 探讨 J 太 原理工大学学报 ，2 0 0 9，4 O ( 2 ) ： 1 8 5 1 8 6 ( 责任编辑 高 瑜 )