15. Juni 2014
Spritzbeton ist auf Energieabsorption und nicht auf Druckfestigkeit ausgelegt. Dieser einzige Unterschied erklärt, warum bei Tunnelarbeiten kurze Fasern, hohe Dosierungen und geklebte Bündel zum Einsatz kommen.
Die primäre Tunnelunterstützung folgt einer anderen Logik als Oberflächenstrukturen. Wenn sich der Boden verformt, muss sich die aufgesprühte Schicht mitverformen und darf nicht plötzlich abplatzen. Daher ist der Entwurfsparameter, wie viel Energie die Schicht bei einer bestimmten Durchbiegung absorbiert. Die europäische Praxis spezifiziert Restfestigkeit oder Energieabsorption mit Prüfung nach EN 14488-3; In der nordamerikanischen Praxis wird üblicherweise mit der Biegezähigkeit gearbeitet. Hier verdient Stahlfaser ihren Platz: Einfacher Spritzbeton verliert in dem Moment, in dem er Risse bekommt, an Kapazität, während eine faserverstärkte Schicht nach dem Riss einen erheblichen Teil ihrer Kapazität behält, was Zeit für die Evakuierung und das Hinzufügen von Stützen verschafft.
Rebound ist der verborgene Kostenfaktor von Spritzbeton. Material, das nicht haftet, fällt zurück, und normaler Spritzbeton prallt typischerweise um 15 bis 25 % zurück; Faser erhöht ihn leicht, da die Fasern an der Düse abprallen. Die Länge ist die empfindlichste Variable: 30-mm-Fasern prallen spürbar mehr zurück als 20 mm. Aus diesem Grund werden bei Tunnelarbeiten fast nie 50- oder 60-mm-Fasern verwendet, auch wenn längere Fasern theoretisch besser verankert sind. Der praktische Kompromiss liegt bei 20 bis 30 mm mit einem Durchmesser von etwa 0,55 mm, sodass die Faser dem Luftstrom in die Oberfläche folgt.
Nassmischung schränkt die Faserlänge stärker ein als Trockenmischung. Das nasse Material wird durch eine Leitung gepumpt, sodass lange Faserbrücken und Blöcke an Biegungen entstehen; An der Düse muss es durch Druckluft verteilt werden. 20 bis 30 mm eignen sich für die meisten Nassmischroboter mit einem Durchmesser von 0,5 bis 0,75 mm, was einem Streckungsverhältnis von 40 bis 55 entspricht. Wenn die angegebene Energieabsorption hoch ist, ist die richtige Reaktion mehr Dosierung und nicht längere Fasern: Eine Erhöhung von 30 bis 45 kg/m3 erhöht die Energieabsorption um über 40 %, während der Rückprall nur um zwei oder drei Prozentpunkte steigt.
Die Dosierung von Tunnelspritzbeton liegt üblicherweise zwischen 25 und 45 kg/m3. Der Bereich 25 bis 30 deckt Ausgleichsschichten hinter gutem Fels ab; 35 bis 45 deckt Störungszonen, flache Bedeckungen und große Deformationsabschnitte ab. Über 45 kg/m3 sinkt die Verarbeitbarkeit sichtbar und der Bediener fügt instinktiv Wasser hinzu, was direkt zu einer Verringerung der Festigkeit führt. Das ist der wahre Grund, warum viele Websites von einer ausreichenden Dosierung, aber einer geringen Stärke berichten. Eine hohe Dosierung muss mit wasserreduzierenden und viskositätsmodifizierenden Zusatzmitteln sowie einer Setzmaß- und Kohäsionsprüfung vor dem Sprühen kombiniert werden.
Ein Faserball in der Schicht ist mehr als nutzlos: Er erzeugt einen Hohlraum und eine schwache Ebene, die bei Bodenbewegungen zum Rissbildner wird. Das Ballen kann drei Ursachen haben: Handvoll Fasern in den Mischer einspeisen, unzureichende Mischzeit und zu hohes Seitenverhältnis. Die Fasern sollten eingestreut oder mit einer speziellen Dosiermaschine zugeführt werden und das Mischen auf normalem Beton um 30 bis 60 Sekunden verlängert werden. Geklebte Faserbündel reduzieren das Risiko erheblich: Die Reihe wird als Einheit zugeführt, der wasserlösliche Kleber löst sich auf und jede Faser trennt sich einzeln, wodurch die Gleichmäßigkeit gegenüber losen Fasern um mehr als 40 % verbessert wird. Deshalb bevorzugen Nassmischroboter verklebte Bündel.
Stahlfasern ersetzen keine Stahlbögen. In den Bodenklassen IV und V sorgt der Bogen für globale Steifigkeit, während die Faser der Schicht selbst Zähigkeit verleiht; Sie erledigen unterschiedliche Aufgaben. Fasern können jedoch das Netz innerhalb der Schicht ersetzen, wodurch der Arbeitsaufwand beim Aufhängen, Binden und Positionieren entfällt und Hohlräume hinter dem Netz beseitigt werden. Die vor Ort übliche Kombination ist Stahlbogen plus faserverstärkter Spritzbeton ohne Maschen. Am meisten zahlt es sich bei wechselnden Profilen aus, wo das Netz einer unregelmäßigen Felswand nicht folgen kann, Faserbeton jedoch schon.
Der Rückprall ist der direkteste Kostenindikator für Tunnelspritzbeton, und seine erste Variable ist nicht die Faser, sondern der Prozess. Bei einer Nassmischung wird das Material beim Pumpen bereits vollständig dispergiert und der Beschleuniger wird an der Düse hinzugefügt, so dass es sich bei den meisten Klumpen um falsche Kugeln handelt, die durch eine Paste zusammengehalten werden und im Flug zerfallen. Bei der Trockenmischung ist das Gegenteil der Fall: Wasser wird an der Düse hinzugefügt, die Hydratation ist ungleichmäßig und die Fasern sammeln sich zu echten Kugeln an der Schlauchwand und an den Biegungen, und eine davon, die an der Krone ankommt, hinterlässt einen Hohlraum. Wählen Sie das Verfahren aus Abschnitt und Dicke. Bei einer dauerhaften Auskleidung von 20 bis 30 mm pro Arbeitsgang sorgt die Nassmischung für eine sichtbar bessere Gleichmäßigkeit der Dicke; Für vorübergehende Unterstützung, Notfallreparaturen und abrupte Abschnittswechsel passt sich die Trockenmischung besser an und akzeptiert einen höheren Rückprall. Nassmischung trägt drei Details. Die Faserlänge darf ein Drittel der Schlauchbohrung nicht überschreiten, sodass eine 50-mm-Faser in einem 65-mm-Schlauch blockiert. Die Dosierung des Beschleunigers richtet sich nach dem Versickern an der Felswand, zu viel führt zu einer spröden Schicht und zu wenig lässt sie durchhängen, und so oder so hört die Faser auf zu funktionieren. Halten Sie die Düse 1 bis 1,5 m von der Oberfläche entfernt und sprühen Sie senkrecht; Der abgewinkelte Sprühstrahl richtet die Fasern im Luftstrom aus und erzeugt eine anisotrope, schwache Ebene. Die Energieabsorption wird durch den Paneltest in EN 14488-3 gemessen, und die Akzeptanz ist die Fläche unter der Last-Durchbiegungs-Kurve und nicht ein einzelner Spitzenwert, der im Vertrag explizit angegeben werden sollte.
Bei der Akzeptanz von Spritzbetonfasern kommt es auf drei Dinge an: Dosierung, Gleichmäßigkeit der Verteilung und Biegefestigkeit. Die Dosierung wird durch Waschen einer Probe vor Ort und Wiegen innerhalb von plus oder minus 10 % überprüft. Gleichmäßigkeit durch Entkernung und Inspektion der Schnittfläche, die eine gleichmäßige Faserverteilung ohne faserfreie Stellen zeigen sollte; Zähigkeit durch den im Entwurf genannten Balkentest. Zu Modell, Durchmesser, Länge und empfohlener Dosierung sind im Bereich Tunnel und Bergbau auf der Produktseite der Stahlfasern die passenden Qualitäten und Dosierungen aufgeführt, die direkt als technischer Anhang beigefügt werden können.
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