Sợi thép trong bê tông phun đường hầm: Độ nảy, hấp thụ năng lượng và khoảng cách vòi phun

Bài viết

Ngày 15 tháng 6 năm 2014

Bê tông phun được thiết kế để hấp thụ năng lượng chứ không phải cường độ nén. Sự khác biệt duy nhất đó giải thích tại sao công việc đào hầm sử dụng sợi ngắn, liều lượng cao và bó keo.

Những gì bê tông phun cần là sự hấp thụ năng lượng chứ không phải sức mạnh

Hỗ trợ đường hầm chính tuân theo logic khác với các cấu trúc bề mặt. Khi mặt đất biến dạng, lớp phun phải biến dạng theo nó chứ không bị nứt đột ngột, do đó, thông số thiết kế là lượng năng lượng mà lớp phun hấp thụ ở một độ lệch nhất định. Thông lệ Châu Âu quy định độ bền dư hoặc khả năng hấp thụ năng lượng bằng thử nghiệm theo EN 14488-3; Thông lệ ở Bắc Mỹ thường hoạt động với độ bền uốn. Đây là lúc sợi thép giành được vị trí của mình: bê tông phun trơn mất khả năng hoạt động ngay khi nó nứt, trong khi lớp gia cố bằng sợi giữ lại một phần đáng kể khả năng của nó sau khi bị nứt, điều này giúp câu giờ để thoát ra và tăng thêm sự hỗ trợ.

Sự phục hồi: Sự phục hồi sợi dài hơn nhiều hơn

Rebound là trung tâm chi phí tiềm ẩn của bê tông phun. Vật liệu không dính sẽ rơi trở lại và bê tông phun trơn thường bật lại từ 15% đến 25%; chất xơ tăng lên một chút vì sợi nảy lên ở đầu phun. Chiều dài là biến số nhạy cảm nhất: sợi 30 mm bật lại đáng kể hơn 20 mm. Đó là lý do tại sao công trình đường hầm hầu như không bao giờ sử dụng sợi 50 hoặc 60 mm, mặc dù về mặt lý thuyết, sợi neo dài hơn sẽ tốt hơn. Sự thỏa hiệp thực tế là 20 đến 30 mm với đường kính gần 0,55 mm, do đó sợi theo luồng không khí vào bề mặt.

20-30 mm là chiều dài làm việc cho hỗn hợp ướt

Hỗn hợp ướt hạn chế chiều dài sợi nhiều hơn hỗn hợp khô. Vật liệu ướt được bơm qua một đường dây, tạo nên các cầu sợi dài và chặn ở các khúc cua; tại vòi phun nó phải được phân tán bằng khí nén. 20 đến 30 mm phù hợp với hầu hết các robot trộn ướt, có đường kính 0,5 đến 0,75 mm, cho tỷ lệ khung hình từ 40 đến 55. Nếu mức hấp thụ năng lượng được chỉ định cao thì phản ứng đúng là liều lượng nhiều hơn chứ không phải sợi dài hơn: tăng 30 đến 45 kg/m3 nâng khả năng hấp thụ năng lượng lên hơn 40% trong khi độ bật lại chỉ tăng hai hoặc ba điểm phần trăm.

25-45 kg/m3 và các lớp thiết kế

Liều lượng bê tông phun trong hầm thường rơi vào khoảng 25 đến 45 kg/m3. Phạm vi 25 đến 30 bao gồm các lớp san lấp phía sau đá tốt; 35 đến 45 bao gồm các vùng đứt gãy, lớp phủ nông và các mặt cắt biến dạng lớn. Trên 45 kg/m3, khả năng thi công giảm rõ rệt và người vận hành thêm nước theo bản năng, điều này trực tiếp làm giảm độ bền. Đó là lý do thực sự tại sao nhiều trang web báo cáo liều lượng phù hợp nhưng cường độ thấp. Liều lượng cao phải được kết hợp với các phụ gia giảm nước và điều chỉnh độ nhớt, đồng thời kiểm tra độ sụt và độ kết dính trước khi phun.

Balling: Chế độ thất bại mà bê tông phun lo sợ nhất

Một quả bóng sợi trong lớp còn tệ hơn là vô dụng: nó tạo ra khoảng trống và mặt phẳng yếu, trở thành nguyên nhân gây ra vết nứt khi mặt đất di chuyển. Việc vón cục có ba nguyên nhân: cho từng nắm chất xơ vào máy trộn, thời gian trộn không đủ và tỷ lệ khung hình quá cao. Chất xơ phải được rắc hoặc cấp liệu bằng máy định lượng chuyên dụng và trộn kéo dài từ 30 đến 60 giây trên bê tông trơn. Các bó sợi được dán làm giảm đáng kể rủi ro: hàng được nạp thành một đơn vị, keo hòa tan trong nước sẽ hòa tan và mỗi sợi tách ra riêng lẻ, cải thiện độ đồng đều hơn 40% so với sợi rời. Đó là lý do tại sao rô-bốt trộn ướt thích dùng bó keo hơn.

Làm việc với vòm lưới và thép

Sợi thép không thay thế được vòm thép. Ở lớp đất IV và V, vòm cung cấp độ cứng tổng thể trong khi sợi cung cấp độ bền cho chính lớp đó; họ làm những công việc khác nhau Tuy nhiên, sợi có thể thay thế lưới bên trong lớp, loại bỏ công sức treo, buộc và định vị cũng như loại bỏ các khoảng trống phía sau lưới. Sự kết hợp phổ biến tại công trường là vòm thép cộng với bê tông phun cốt sợi không có lưới. Nó mang lại hiệu quả cao nhất trong việc thay đổi hình dạng, trong đó lưới không thể đi theo mặt đá không đều nhưng bê tông sợi thì có thể.

Hỗn hợp khô và hỗn hợp ướt: Nơi hình thành các sợi xơ

Sự phục hồi là chỉ số chi phí trực tiếp nhất trong bê tông phun đường hầm và biến số đầu tiên của nó không phải là sợi mà là quy trình. Trong hỗn hợp ướt, vật liệu đã được phân tán hoàn toàn trong khi được bơm và chất tăng tốc được thêm vào ở vòi phun, vì vậy hầu hết các cục là những quả bóng giả được giữ lại với nhau bằng hồ và sẽ vỡ ra khi bay. Hỗn hợp khô thì ngược lại: nước được thêm vào vòi, quá trình hydrat hóa không đồng đều và chất xơ tích tụ thành những quả bóng thực sự trên thành ống và tại các điểm uốn, và một trong số những chất đó đi đến đỉnh ống sẽ để lại khoảng trống. Chọn quy trình từ mặt cắt và độ dày. Đối với lớp lót cố định có độ dày từ 20 đến 30 mm mỗi lần, hỗn hợp ướt mang lại độ đồng đều về độ dày tốt hơn rõ rệt; để hỗ trợ tạm thời, sửa chữa khẩn cấp và thay đổi mặt cắt đột ngột, hỗn hợp khô thích ứng tốt hơn và chấp nhận độ đàn hồi cao hơn. Hỗn hợp ướt mang ba chi tiết. Chiều dài sợi không được vượt quá một phần ba lỗ khoan của ống, vì vậy sợi 50 mm trong ống 65 mm sẽ bị chặn. Liều lượng chất tăng tốc theo sau sự rò rỉ ở mặt đá, quá nhiều sẽ tạo ra một lớp giòn và quá ít sẽ khiến nó bị chùng xuống và sợi sẽ ngừng hoạt động. Giữ vòi phun cách bề mặt từ 1 đến 1,5 m và phun vuông góc; phun góc giúp căn chỉnh các sợi theo luồng không khí và tạo ra một mặt phẳng yếu dị hướng. Sự hấp thụ năng lượng được đo bằng thử nghiệm bảng trong EN 14488-3 và mức chấp nhận là diện tích dưới đường cong tải-độ lệch chứ không phải là một giá trị đỉnh duy nhất mà hợp đồng phải nêu rõ ràng.

Ba lần kiểm tra chấp nhận trên trang web

Việc chấp nhận sợi bê tông phun xem xét ba yếu tố: liều lượng, tính đồng nhất phân bố và độ bền uốn. Liều lượng được kiểm tra bằng cách rửa mẫu tại chỗ và cân trong khoảng cộng hoặc trừ 10%; tính đồng nhất bằng cách lấy lõi và kiểm tra mặt cắt, điều này sẽ cho thấy sợi trải đều và không có mảng không có sợi; độ bền bằng phép thử dầm có tên trong thiết kế. Đối với kiểu máy, đường kính, chiều dài và liều lượng khuyến nghị, phần đường hầm và khai thác của trang sản phẩm sợi thép liệt kê các loại và liều lượng phù hợp, có thể được đính kèm trực tiếp dưới dạng phụ lục kỹ thuật.