Ocelové vlákno v tunelovém stříkaném betonu: Odskok, absorpce energie a vzdálenost trysek

Článek

15. června 2014

Stříkaný beton je navržen pro absorpci energie, nikoli pro pevnost v tlaku. Tento jediný rozdíl vysvětluje, proč tunelová práce používá krátká vlákna, vysoké dávkování a lepené svazky.

To, co stříkaný beton potřebuje, je absorpce energie, nikoli síla

Primární tunelová podpora má odlišnou logiku než povrchové konstrukce. Když se půda deformuje, nastříkaná vrstva se musí deformovat s ní, spíše než náhle prasknout, takže návrhovým parametrem je, kolik energie vrstva absorbuje při daném průhybu. Evropská praxe specifikuje zbytkovou pevnost nebo absorpci energie se zkoušením podle EN 14488-3; Severoamerická praxe obvykle pracuje s houževnatostí v ohybu. Zde si ocelové vlákno zasluhuje své místo: prostý stříkaný beton ztrácí kapacitu v okamžiku, kdy praskne, zatímco vrstva vyztužená vlákny si po prasknutí zachovává podstatnou část své kapacity, což vyžaduje čas na evakuaci a přidání podpory.

Odskok: Delší vlákno se více odrazí

Odskok je skrytým nákladovým střediskem stříkaného betonu. Materiál, který se nelepí, padá zpět a obyčejný stříkaný beton se obvykle odrazí o 15 % až 25 %; vlákno ji mírně zvyšuje, protože vlákna odskakují na trysce. Délka je nejcitlivější proměnnou: 30 mm vlákno se odrazí znatelně více než 20 mm. To je důvod, proč tunelové práce téměř nikdy nepoužívají vlákna 50 nebo 60 mm, i když delší vlákna se teoreticky lépe ukotvují. Praktický kompromis je 20 až 30 mm s průměrem blízkým 0,55 mm, takže vlákno sleduje proud vzduchu do povrchu.

20-30 mm je pracovní délka pro mokrou směs

Mokrá směs omezuje délku vlákna více než suchá směs. Mokrý materiál je čerpán potrubím, takže dlouhá vlákna přemosťují a blokují v ohybech; na trysce musí být rozptýlen stlačeným vzduchem. 20 až 30 mm vyhovuje většině robotů s mokrou směsí, s průměrem 0,5 až 0,75 mm, což poskytuje poměr stran 40 až 55. Pokud je specifikovaná absorpce energie vysoká, správnou reakcí je větší dávka, nikoli delší vlákno: zvýšení o 30 až 45 kg/m3 zvedne absorpci energie o více než 40 %, zatímco odraz se zvýší pouze o dva nebo tři procentní body.

25-45 kg/m3 a konstrukční třídy

Dávkování tunelového stříkaného betonu se obvykle pohybuje mezi 25 a 45 kg/m3. Rozsah 25 až 30 pokrývá vyrovnávací vrstvy za dobrou horninou; 35 až 45 pokrývá zlomové zóny, mělký pokryv a velké deformační úseky. Nad 45 kg/m3 zpracovatelnost viditelně klesá a obsluha instinktivně přidává vodu, což přímo snižuje pevnost. To je skutečný důvod, proč mnoho stránek uvádí dostatečné dávkování, ale nízkou sílu. Vysoké dávkování musí být spárováno s přísadami snižujícími vodu a modifikujícími viskozitu a před nástřikem je třeba zkontrolovat sednutí a soudržnost.

Balling: The Failure Mode Shotcrete se bojí nejvíc

Vláknitá koule ve vrstvě je horší než zbytečná: vytváří prázdnotu a slabou rovinu, která se při pohybu země stává spouštěčem trhlin. Balling má tři příčiny: podávání vlákniny po hrsti do mixéru, nedostatečná doba míchání a nadměrný poměr stran. Vlákno by mělo být sypáno nebo přiváděno speciálním dávkovačem a míchání prodlouženo o 30 až 60 sekund na prostém betonu. Svazky lepených vláken výrazně snižují riziko: řada je podávána jako celek, ve vodě rozpustné lepidlo se rozpouští a každé vlákno se odděluje jednotlivě, což zlepšuje rovnoměrnost o více než 40 % oproti volnému vláknu. Proto roboty pro mokré míchání preferují lepené svazky.

Práce se sítí a ocelovými oblouky

Ocelové vlákno nenahrazuje ocelové oblouky. V broušených třídách IV a V oblouk dodává celkovou tuhost, zatímco vlákno dodává tuhost samotné vrstvě; dělají různé práce. Vlákno však může nahradit síťovinu uvnitř vrstvy, odstranit visící, vázací a polohovací práci a eliminovat dutiny za síťovinou. Běžnou kombinací na stavbě je ocelový oblouk a vlákny vyztužený stříkaný beton bez sítě. Nejvíce se to vyplatí při změně profilu, kde síť nemůže sledovat nepravidelnou skalní stěnu, ale vláknobeton ano.

Suchá směs a mokrá směs: Kde se tvoří vláknité kuličky

Odskok je nejpřímější ukazatel nákladů v tunelovém stříkaném betonu a jeho první proměnnou není vlákno, ale proces. V mokré směsi je materiál již plně dispergován při čerpání a urychlovač se přidává na trysce, takže většina hrudek jsou falešné kuličky držené pohromadě pastou, která se rozpadá za letu. Suchá směs je obrácená: voda se přidává do trysky, hydratace je nerovnoměrná a vlákno se hromadí do skutečných kuliček na stěně hadice a v ohybech a jedna z těch, která se dostane do koruny, zanechá prázdnotu. Vyberte proces ze sekce a tloušťky. Pro trvalé obložení 20 až 30 mm na jeden průchod poskytuje mokrá směs viditelně lepší rovnoměrnost tloušťky; pro dočasnou podporu, nouzové opravy a náhlé změny sekce se suchá směs lépe přizpůsobuje a přijímá vyšší odraz. Mokrá směs nese tři detaily. Délka vlákna nesmí přesáhnout jednu třetinu otvoru hadice, takže 50 mm vlákna v 65 mm hadici se zablokují. Dávkování urychlovače následuje prosakování na skalní stěně, příliš mnoho vytváří křehkou vrstvu a příliš málo ji prohýbá a vlákno přestane fungovat. Udržujte trysku 1 až 1,5 m od povrchu a stříkejte kolmo; úhlový sprej vyrovnává vlákna s proudem vzduchu a vytváří anizotropní slabou rovinu. Absorpce energie se měří panelovým testem v EN 14488-3 a přijatelností je plocha pod křivkou zatížení-průhyb spíše než jedna špičková hodnota, kterou by měla smlouva výslovně uvést.

Tři akceptační kontroly na místě

Přijetí vláken ze stříkaného betonu se zaměřuje na tři věci: dávkování, rovnoměrnost distribuce a tuhost v ohybu. Dávkování se kontroluje promytím vzorku na místě a zvážením v rozmezí plus minus 10 %; stejnoměrnost vyjádřením a kontrolou řezané plochy, která by měla vykazovat rovnoměrné rozprostření vláken bez skvrn bez vláken; houževnatost zkouškou nosníku uvedenou v návrhu. Pro model, průměr, délku a doporučené dávkování jsou v části tunelu a těžby na stránce produktu z ocelových vláken uvedeny odpovídající třídy a dávkování, které lze připojit přímo jako technickou přílohu.