Włókno stalowe w betonie natryskowym tunelowym: odbicie, pochłanianie energii i odległość dyszy

Artykuł

15 czerwca 2014 r

Beton natryskowy zaprojektowano tak, aby pochłaniał energię, a nie wytrzymałość na ściskanie. Ta pojedyncza różnica wyjaśnia, dlaczego w tunelach wykorzystuje się krótkie włókna, duże dawki i sklejone wiązki.

To, czego potrzebuje beton natryskowy, to absorpcja energii, a nie wytrzymałość

Podstawowa konstrukcja tunelu opiera się na innej logice niż konstrukcje powierzchniowe. Kiedy grunt się odkształca, natryskiwana warstwa musi odkształcać się wraz z nim, a nie nagle się odpryskiwać, zatem parametrem projektowym jest to, ile energii warstwa pochłonie przy danym ugięciu. Praktyka europejska określa wytrzymałość resztkową lub pochłanianie energii poprzez badanie zgodnie z EN 14488-3; Praktyka północnoamerykańska zwykle uwzględnia wytrzymałość na zginanie. W tym miejscu włókno stalowe zasługuje na swoje miejsce: zwykły torkret traci wytrzymałość w momencie pęknięcia, podczas gdy warstwa wzmocniona włóknem zachowuje znaczną część swojej pojemności po pęknięciu, co pozwala zyskać czas na ewakuację i dodanie podparcia.

Odbicie: dłuższe włókno odbija więcej

Odbicie to ukryte centrum kosztów betonu natryskowego. Materiał, który się nie klei, opada, a zwykły beton natryskowy zwykle odbija się o 15% do 25%; włókno zwiększa ją nieznacznie, ponieważ włókna odbijają się od dyszy. Długość jest najbardziej wrażliwą zmienną: włókno 30 mm odbija się zauważalnie bardziej niż 20 mm. Dlatego też w tunelach prawie nigdy nie używa się włókien o średnicy 50 lub 60 mm, mimo że teoretycznie dłuższe włókno lepiej się zakotwicza. Praktyczny kompromis wynosi 20 do 30 mm przy średnicy bliskiej 0,55 mm, więc włókno podąża za strumieniem powietrza na powierzchnię.

20-30 mm to długość robocza mokrej mieszanki

Mokra mieszanka ogranicza długość włókien bardziej niż sucha mieszanka. Mokry materiał jest pompowany przez linię, która tworzy długie mostki i bloki na zakrętach; przy dyszy musi być rozproszony sprężonym powietrzem. Średnica od 20 do 30 mm jest odpowiednia dla większości robotów mieszających na mokro, przy średnicy od 0,5 do 0,75 mm, co daje współczynnik kształtu od 40 do 55. Jeśli określona absorpcja energii jest wysoka, prawidłową reakcją jest większe dozowanie, a nie dłuższe włókno: podniesienie 30 do 45 kg/m3 zwiększa absorpcję energii o ponad 40%, podczas gdy odbicie wzrasta tylko o dwa lub trzy punkty procentowe.

25-45 kg/m3 i klasy projektowe

Dawka natrysku tunelowego zwykle mieści się w przedziale od 25 do 45 kg/m3. Gama od 25 do 30 obejmuje warstwy wyrównujące za dobrą skałą; 35 do 45 obejmuje strefy uskokowe, płytkie pokrywy i duże sekcje deformacji. Powyżej 45 kg/m3 urabialność wyraźnie spada i operator instynktownie dodaje wodę, co bezpośrednio zmniejsza wytrzymałość. To jest prawdziwy powód, dla którego wiele witryn podaje odpowiednią dawkę, ale niską siłę. Wysokie dawki należy połączyć z domieszkami zmniejszającymi zawartość wody i modyfikującymi lepkość, a przed natryskiwaniem sprawdzić osiadanie i spójność.

Balling: tryb awarii, którego najbardziej obawia się beton natryskowy

Kulka włókna w warstwie jest gorsza niż bezużyteczna: tworzy pustkę i słabą płaszczyznę, która staje się starterem pęknięć, gdy porusza się grunt. Balling ma trzy przyczyny: wprowadzanie błonnika garściami do mieszalnika, niewystarczający czas mieszania i nadmierne proporcje. Włókno należy posypywać lub podawać za pomocą dedykowanej maszyny dozującej, a mieszanie przedłużyć o 30 do 60 sekund nad czystym betonem. Sklejone wiązki włókien znacznie zmniejszają ryzyko: rząd jest podawany jako całość, rozpuszczalny w wodzie klej rozpuszcza się, a każde włókno oddziela się indywidualnie, poprawiając jednorodność o ponad 40% w porównaniu z włóknem luźnym. Dlatego roboty mieszające na mokro preferują wiązki klejone.

Praca z łukami siatkowymi i stalowymi

Włókno stalowe nie zastępuje łuków stalowych. W klasach gruntu IV i V łuk zapewnia ogólną sztywność, podczas gdy włókno zapewnia wytrzymałość samej warstwie; wykonują różne prace. Włókno może jednak zastąpić siatkę wewnątrz warstwy, usuwając prace związane z zawieszaniem, wiązaniem i ustawianiem oraz eliminując puste przestrzenie za siatką. Typową kombinacją na budowie jest łuk stalowy i natryskiwany beton zbrojony włóknami bez siatki. Najbardziej opłaca się to przy zmieniających się profilach, gdzie siatka nie może podążać za nieregularną ścianą skały, ale może to zrobić włóknobeton.

Mieszanka sucha i mokra: miejsce, w którym tworzą się kulki włókien

Odbicie jest najbardziej bezpośrednim wskaźnikiem kosztów betonu natryskowego tunelowego, a jego pierwszą zmienną nie jest włókno, ale proces. W mokrej mieszance materiał jest już całkowicie rozproszony podczas pompowania, a do dyszy dodawany jest przyspieszacz, więc większość grudek to fałszywe kulki spięte pastą, które rozpadają się w locie. Sucha mieszanka jest odwrotna: woda jest dodawana przez dyszę, nawodnienie jest nierówne, a włókno gromadzi się w prawdziwe kulki na ściance węża i na zakrętach, a jeden z tych, który dociera do korony, pozostawia pustkę. Wybierz proces na podstawie przekroju i grubości. W przypadku trwałej wykładziny o grubości od 20 do 30 mm na przejście, mokra mieszanka zapewnia wyraźnie lepszą jednolitość grubości; w przypadku tymczasowego wsparcia, napraw awaryjnych i nagłych zmian sekcji sucha mieszanka lepiej się dostosowuje i akceptuje większe odbicie. Mokra mieszanka niesie ze sobą trzy szczegóły. Długość włókna nie może przekraczać jednej trzeciej średnicy węża, w związku z czym włókno 50 mm w wężu 65 mm ulegnie zablokowaniu. Dawka przyspieszacza następuje po przesiąkaniu w ścianie skalnej, zbyt duża powoduje, że warstwa staje się krucha, a zbyt mała powoduje jej zwiotczenie i w obu przypadkach włókno przestaje działać. Trzymaj dyszę w odległości 1 do 1,5 m od powierzchni i rozpylaj prostopadle; natrysk pod kątem wyrównuje włókna ze strumieniem powietrza i tworzy anizotropową słabą płaszczyznę. Absorpcję energii mierzy się za pomocą testu panelu zgodnie z normą EN 14488-3, a akceptacja to obszar pod krzywą obciążenia-ugięcia, a nie pojedyncza wartość szczytowa, co powinno być wyraźnie określone w umowie.

Trzy kontrole akceptacji na miejscu

Akceptacja włókien natryskowych uwzględnia trzy czynniki: dawkowanie, równomierność dystrybucji i wytrzymałość na zginanie. Dawkowanie sprawdza się poprzez przemycie próbki z miejsca i zważenie z dokładnością do 10%; jednorodność poprzez wydrążanie rdzenia i kontrolę powierzchni cięcia, która powinna wykazywać równomierne rozłożenie włókien, bez plam wolnych od włókien; wytrzymałość w teście belki określonym w projekcie. Aby zapoznać się z modelem, średnicą, długością i zalecanym dawkowaniem, w sekcji dotyczącej tuneli i górnictwa na stronie produktów z włóknami stalowymi znajdują się odpowiednie gatunki i dawki, które można załączyć bezpośrednio jako załącznik techniczny.