トンネル吹付けコンクリート内の鋼繊維: 反発、エネルギー吸収、およびノズルの距離

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2014 年 6 月 15 日

吹付けコンクリートは、圧縮強度ではなく、エネルギー吸収を目的として設計されています。このたった 1 つの違いが、なぜトンネル工事で短繊維、高線量、接着束を使用するのかを説明しています。

吹付けコンクリートに必要なのは強度ではなくエネルギー吸収です

一次トンネルサポートは、表面構造とは異なるロジックに従います。地盤が変形すると、溶射層は突然剥離するのではなく、それに伴って変形する必要があるため、設計パラメータは、特定のたわみで層が吸収するエネルギーの量になります。欧州の慣行では、EN 14488-3 に準拠した試験により残留強度またはエネルギー吸収が指定されています。北米の慣行では、通常、曲げ靭性が考慮されます。ここで鋼繊維が活躍します。普通の吹き付けコンクリートは亀裂が入るとすぐに能力を失いますが、繊維強化層は亀裂が入った後もその能力のかなりの部分を維持し、これにより避難してサポートを追加する時間を稼ぐことができます。

反発力: 繊維が長いほど反発力が増す

リバウンドは吹付けコンクリートの隠れたコストセンターです。固着しない材料は後退し、普通の吹き付けコンクリートは通常 15% ～ 25% 反発します。繊維がノズルで跳ね返るため、繊維がわずかに増加します。長さは最も敏感な変数です。30 mm のファイバーは 20 mm よりも著しく反発します。理論的には長いファイバーの方がより効果的に固定できるにもかかわらず、トンネル工事で 50 mm または 60 mm のファイバーが使用されることはほとんどないのはこのためです。実際的な妥協点は、直径が 0.55 mm 近くの 20 ～ 30 mm です。そのため、ファイバーは空気の流れに従って表面に入ります。

20 ～ 30 mm はウェットミックスの作業長さです

湿式混合では、乾式混合よりも繊維長が制限されます。湿った材料はラインを通してポンプで送られるため、長い繊維が曲がり部分でブリッジしてブロックします。ノズルでは圧縮空気によって分散させる必要があります。直径 0.5 ～ 0.75 mm のほとんどの湿式混合ロボットには 20 ～ 30 mm が適しており、アスペクト比は 40 ～ 55 になります。指定されたエネルギー吸収が高い場合、正しい応答は繊維を長くすることではなく、投与量を増やすことです。30 ～ 45 kg/m3 を上げるとエネルギー吸収は 40% 以上向上しますが、反発力は 2 ～ 3 パーセント ポイントしか上昇しません。

25 ～ 45 kg/m3 および設計クラス

トンネル吹付けコンクリートの投与量は、通常 25 ～ 45 kg/m3 です。 25 ～ 30 の範囲は、良好な岩の後ろの平坦化層をカバーします。 35 ～ 45 は断層帯、浅い覆い、大きな変形部分をカバーします。 45 kg/m3 を超えると作業性が目に見えて低下し、オペレーターは本能的に水を追加してしまい、強度が直接低下します。これが、多くのサイトが適切な用量を報告しているが強度が低いと報告している本当の理由です。高用量の場合は、減水剤および粘度調整剤と組み合わせて、噴霧前にスランプと凝集度をチェックする必要があります。

ボーリング: 吹付けコンクリートが最も恐れる破壊モード

層内のファイバーボールは、役に立たないというよりも悪いものです。それは、地面が動いたときに亀裂のきっかけとなる、空洞と弱い面を作成します。ボール化の原因は 3 つあります。繊維を一握りずつミキサーに投入すること、混合時間が不十分であること、アスペクト比が高すぎることです。繊維は専用の投与機で散布または供給され、混合は普通のコンクリート上で 30 ～ 60 秒延長されます。接着された繊維束はリスクを大幅に軽減します。列はユニットとして供給され、水溶性接着剤が溶解し、各繊維が個別に分離されるため、バラした繊維に比べて均一性が 40% 以上向上します。このため、湿式混合ロボットは接着された束を好むのです。

メッシュ アーチとスチール アーチの操作

スチールファイバーはスチールアーチに代わるものではありません。グラウンドクラス IV および V では、アーチが全体的な剛性を提供し、繊維が層自体に靭性を提供します。彼らは違う仕事をしています。ただし、ファイバーは層内のメッシュを置き換えることができ、吊り下げ、結び付け、位置決めの手間を省き、メッシュの後ろの空隙を排除します。現場で一般的な組み合わせは、スチールアーチとメッシュのない繊維強化吹付けコンクリートです。これは、メッシュが不規則な岩肌に追従できないが、ファイバーコンクリートは追従できる、輪郭の変化に最も効果を発揮します。

ドライミックスとウェットミックス: ファイバーボールが形成される場所

リバウンドはトンネル吹付けコンクリートの最も直接的なコスト指標であり、その最初の変数は繊維ではなくプロセスです。湿式混合では、材料はポンプで送られる間にすでに完全に分散されており、促進剤がノズルで追加されるため、ほとんどの塊はペーストによって結合された偽のボールであり、飛行中に砕けます。ドライミックスではその逆です。ノズルで水が追加され、水和が不均一になり、繊維がホースの壁や曲がり部分に真のボールに蓄積し、クラウンに到達したボールの 1 つが空隙を残します。断面と厚みから加工を選びます。 1 パスあたり 20 ～ 30 mm の永続的なライニングの場合、湿式混合により厚みの均一性が目に見えて向上します。一時的なサポート、緊急修理、急激なセクションの変更には、ドライミックスがよりよく適応し、より高い反発力を受け入れます。ウェット ミックスには 3 つの詳細が含まれます。ファイバーの長さはホースの口径の 3 分の 1 を超えてはなりません。そのため、65 mm のホースに 50 mm のファイバーが入っているとブロックされてしまいます。促進剤の投与量は岩肌の浸透に従い、多すぎると層が脆くなり、少なすぎると層が垂れ下がり、どちらにしても繊維は機能しなくなります。ノズルを表面から 1 ～ 1.5 m 離し、垂直にスプレーします。角度を付けたスプレーは繊維を空気の流れに合わせて整列させ、異方性の弱い面を作成します。エネルギー吸収は EN 14488-3 のパネル テストによって測定され、許容値は単一のピーク値ではなく荷重 - たわみ曲線の下の面積であり、契約に明示的に記載する必要があります。

現場での 3 つの受け入れチェック

吹き付けコンクリート繊維の承認は、投与量、分布の均一性、曲げ靭性の 3 つの点を考慮します。投与量は、部位サンプルを洗浄し、重量を量ることによってプラスまたはマイナス 10% 以内でチェックされます。コアを抜き、切断面を検査することによる均一性。繊維が均一に広がっており、繊維のない部分がないことがわかります。設計に名付けられたビームテストによる靭性。モデル、直径、長さ、および推奨投与量については、鋼繊維製品ページのトンネルおよび採掘セクションに適合するグレードと投与量がリストされており、技術付録として直接添付できます。