Stålfiber i tunnelsprøytebetong: Rebound, energiabsorpsjon og dyseavstand

Artikkel

15. juni 2014

Sprøytebetong er designet for energiabsorpsjon, ikke trykkstyrke. Den eneste forskjellen forklarer hvorfor tunnelarbeid bruker kort fiber, høy dosering og limte bunter.

Det sprøytebetong trenger er energiabsorpsjon, ikke styrke

Primær tunnelstøtte følger en annen logikk fra overflatestrukturer. Når bakken deformeres, må det sprøytede laget deformeres med det i stedet for å sprette plutselig, så designparameteren er hvor mye energi laget absorberer ved en gitt nedbøyning. Europeisk praksis spesifiserer reststyrke eller energiabsorpsjon med testing i henhold til EN 14488-3; Nordamerikansk praksis fungerer vanligvis med bøyesighet. Det er her stålfiber fortjener sin plass: vanlig sprøytebetong mister kapasitet i det øyeblikket den sprekker, mens et fiberforsterket lag beholder en betydelig brøkdel av kapasiteten etter sprekking, noe som kjøper tid til å evakuere og gi støtte.

Rebound: Lengre fiber rebounds mer

Rebound er det skjulte kostnadssenteret for sprøytebetong. Materiale som ikke fester seg faller tilbake, og vanlig sprøytebetong går vanligvis tilbake 15 % til 25 %; fiber øker det litt fordi fibre spretter ved dysen. Lengde er den mest følsomme variabelen: 30 mm fiber rebounds merkbart mer enn 20 mm. Derfor bruker tunnelarbeid nesten aldri 50 eller 60 mm fiber, selv om lengre fiber ankre bedre i teorien. Det praktiske kompromisset er 20 til 30 mm med en diameter nær 0,55 mm, så fiberen følger luftstrømmen inn i overflaten.

20-30 mm er arbeidslengden for våtblanding

Våtblanding begrenser fiberlengden mer enn tørrblanding. Det våte materialet pumpes gjennom en ledning, så lange fiberbroer og blokker ved svinger; ved dysen må den spres med trykkluft. 20 til 30 mm passer til de fleste våtblandingsroboter, med 0,5 til 0,75 mm diameter, noe som gir et sideforhold på 40 til 55. Hvis den spesifiserte energiabsorpsjonen er høy, er den korrekte responsen mer dosering, ikke lengre fiber: øker energiabsorpsjonen med over 40 % mens rebound-poeng øker med 30 til 45 kg/m3.

25-45 kg/m3 og designklasser

Tunnel sprøytebetongdosering faller vanligvis mellom 25 og 45 kg/m3. Området 25 til 30 dekker utjevningslag bak godt fjell; 35 til 45 dekker forkastningssoner, grunt dekke og store deformasjonsseksjoner. Over 45 kg/m3 synker bearbeidbarheten synlig og operatøren tilsetter instinktivt vann, noe som direkte reduserer styrken. Det er den virkelige grunnen til at mange nettsteder rapporterer tilstrekkelig dosering, men lav styrke. Høy dosering må sammenkobles med vannreduserende og viskositetsmodifiserende tilsetninger, og en slump- og kohesjonssjekk før sprøyting.

Balling: Feilmodusen Shotcrete frykter mest

En fiberkule i laget er verre enn ubrukelig: den skaper et tomrom og et svakt plan som blir en sprekkstarter når bakken beveger seg. Balling har tre årsaker: mating av fiber med en håndfull inn i blanderen, utilstrekkelig blandetid og overdreven sideforhold. Fiber bør strøs eller mates av en dedikert doseringsmaskin, og blandingen skal forlenges med 30 til 60 sekunder over vanlig betong. Limede fiberbunter reduserer risikoen betraktelig: raden mates som en enhet, det vannløselige limet løses opp, og hver fiber separeres individuelt, noe som forbedrer jevnheten med mer enn 40 % i forhold til løs fiber. Derfor foretrekker våtblandingsroboter limte bunter.

Arbeid med mesh og stålbuer

Stålfiber erstatter ikke stålbuer. I grunnklasse IV og V gir buen global stivhet mens fiberen tilfører seighet til selve laget; de gjør forskjellige jobber. Fiber kan imidlertid erstatte nettet inne i laget, fjerne hengende, binde og plassere arbeidskraft og eliminere tomrom bak nettet. Den vanlige kombinasjonen på stedet er stålbue pluss fiberarmert sprøytebetong uten netting. Det lønner seg mest ved skiftende profiler, der netting ikke kan følge en uregelmessig fjellvegg, men fiberbetong kan.

Tørrblanding og våtblanding: Der det dannes fiberkuler

Rebound er den mest direkte kostnadsindikatoren i tunnelsprøytebetong, og den første variabelen er ikke fiberen, men prosessen. I våtblanding er materialet allerede fullstendig dispergert mens det pumpes og akseleratoren tilsettes ved dysen, så de fleste klumper er falske kuler som holdes sammen av pasta som brytes opp under flukt. Tørrblanding er omvendt: vann tilsettes ved munnstykket, hydreringen er ujevn, og fiber samler seg til ekte kuler på slangeveggen og ved bøyninger, og en av de som ankommer kronen etterlater et tomrom. Velg prosessen fra snitt og tykkelse. For en permanent foring på 20 til 30 mm per passasje, gir våtblanding en synlig bedre jevnhet i tykkelsen; for midlertidig støtte, nødreparasjon og brå seksjonsendringer, tilpasser tørrblandingen seg bedre og aksepterer høyere tilbakeslag. Våtblanding har tre detaljer. Fiberlengden må ikke overstige en tredjedel av slangehullet, så 50 mm fiber i en 65 mm slange vil blokkere. Akseleratordosering følger siver ved fjellveggen, for mye gjør et sprøtt lag og for lite lar det synke, og uansett slutter fiberen å virke. Hold munnstykket 1 til 1,5 m fra overflaten og spray vinkelrett; vinklet spray justerer fibrene med luftstrømmen og skaper et anisotropisk svakt plan. Energiabsorpsjon måles ved paneltesten i EN 14488-3, og aksept er arealet under last-defleksjonskurven i stedet for en enkelt toppverdi, som kontrakten skal angi eksplisitt.

Tre akseptsjekker på stedet

Aksept for sprøytebetongfiber ser på tre ting: dosering, jevn fordeling og bøyesighet. Doseringen kontrolleres ved å vaske en prøve på stedet og veie, innenfor pluss eller minus 10 %; ensartethet ved kjerneboring og inspeksjon av kutteflaten, som skal vise fiberspredning jevnt uten fiberfrie flekker; seighet ved stråletesten som er navngitt i designet. For modell, diameter, lengde og anbefalt dosering, viser tunnel- og gruvedelen av stålfiberproduktsiden de samsvarende karakterene og doseringen, som kan festes direkte som et teknisk vedlegg.