喷射混凝土加固结构的应用研究

　　摘要：本文通过对喷射混凝土加固技术的研究和分析，得出了喷射混凝土加固技术的优点和不足，及以后的发展方向。
　　关键词：喷射混凝土；加固方法；喷射技术；研究
　　
　　第1章绪论
　　1.1概述
　　喷射混凝土是自上世纪初发展起来的一种特殊的混凝土材料，它是借助于喷射机械将混土高速喷射到受喷面上凝结硬化而成的一种混凝土。与普通混凝土相比较，它具有快速、早强，施工工艺简单，不需要模板和振捣，不影响其他生产的特点。我国和世界各国也投入了人力物力对喷射混凝土进行了大量的研究，推动了喷射机具的更新发展和喷射混凝土性能的提高以及运用领域的拓宽。
　　1.2国内外建筑工程加固的研究与应用现状
　　喷射混凝土技术源于美国，在欧美等国的发展运用水平较高，喷射混凝土技术作为一项方便实用有效的加固技术在我国也得到了广泛的运用，我国对喷射混凝土技术也投入人力财进行了大量的试验和工程实践。喷射混凝土技术首先在我国煤炭系统应用喷射混凝土于地下工程，后来随着技术的日趋成熟，该方法在岩石边坡护坡、建筑基坑、地面建筑加固中得到比较广泛的运用。对于喷射混凝土用于工业与民用建筑加固，主要集中在砌体、剪力墙等。
　　第2章工程质量事故及常用的加固方法
　　2.1工程质量事故的主要原因
　　工程质量事故的主要原因有以下几种：
　　(1)违反基本建设程序；诸如不作可行性研究，即搞项目建设.
　　(2)工程地质勘察存在问题：地质勘测深度不足，勘察报告不详细、不准确，导致基础设计错误等。
　　(3)设计计算存在问题：诸如结构方案不正确；不按规范规定验算结构稳定性；违反结构构造的规定，以及计算中的错误等。
　　(4)建筑材料、制品质量低劣，物理、化学成分，强度达不到要求等。
　　(5)施工工艺不当:诸如土方开挖出现流砂时，没有正确的治理措施：打桩或其他分部分项工程施工顺序不当等。
　　2.2常用的加固方法及其发展
　　加固方法的选择应根据可靠性鉴定的结果，结合结构特点，综合考虑加固效果、施工简便性及经济性等因素决定。结构的加固方法可以分为：
　　(1)直接加固法
　　直接加固法是通过一些技术措施，直接提高构件截面的承载力和刚度等，常见的有：(1)加大截面加固法。(2)外包钢加固法。(3)预应力加固法。(4)外部粘贴加固法。
　　(2)间接加固法
　　间接加固法是根据原有结构体系的客观条件，通过一些技术措施，改变结构传力途径，减少被加固构件的荷载效应，常见的有：(1)增设构件加固法。(2)增设支点加固法。(3)卸载加固法。
　　第3章喷射混凝土加固技术
　　喷射混凝土是借助喷射机械，利用压缩空气或其它动力，将水泥、砂、石、掺合料、外加剂及水等原材料按一定比例配合好的拌和料，通过管道箱送，并以高速喷射到受喷面上凝结硬化而成的一种混凝土。
　　3.1喷射混凝土技术特点
　　喷浆和喷射混凝上在建筑物加固中的应用十分广泛，它常与钢筋网、钢丝网、金属套箍、扒钉等共同使用。喷浆和喷射混凝土常应用于局部和全部地更换己损伤混凝土;填补混凝土结构中的孔洞、麻面等。喷浆和喷射混凝土有如下特点：
　　(1)射层以原有结构作为附着面，不需另设模板。在高空对板、梁的底面或复杂曲面施工较方便。
　　(2)对混凝土、坚固的岩石有较强的粘结力。
　　(3)喷射层密度大，强度高，抗渗性好。
　　(4)工艺简单，施工高速、高效。
　　3.2喷射混凝土施工工艺与喷射方法
　　3.2.1喷射混凝土施工工艺
　　喷射混凝土施工工艺流程如下：待喷面处理，补配钢筋，埋设喷厚标志，喷射，养护。
　　3.2.2喷射混凝土的技术要求
　　(1)待喷面处理
　　待喷面的处理是结构构件加固的关键工序。结构待喷面为受损伤混凝土时，一般应铲除至坚实的结构层为止，如果铲除得不彻底，会造成“夹馅”，影响喷射层的粘结、耐久性和新旧结构层的共同受力。
　　(2)补配钢筋
　　若经结构评定，认为应在喷射层内加配钢筋时，可在待喷面处理之后补绑钢筋，当附着面上出现透孔现象，应注意透孔的尺寸，并分别做出处理，当透孔较小时，可直接喷补；当孔洞面积较大时，可先绑扎钢筋网后再喷补。
　　(3)埋设喷射层厚度标志
　　每次不能喷得太厚，在喷射前应埋设喷射厚度标志，以方便喷射施工和保证喷射质量。
　　(4)混凝土的养护
　　对于喷射薄层混凝土，尤其对于砖砌体的喷射混凝土加固层，喷射施工完毕后，加强养护是非常重要的。第一次洒水养护一般应在喷射后1~2h进行，以后的洒水养护应以保持表面湿润为度。
　　3.2.3混凝土的喷射方法
　　(1)干喷法
　　干喷法发展最早，应用最广泛，它是将材料干拌合后，用气压把它以悬浮状态通过软管带到喷嘴，在距喷嘴口25～30cm处，将多股细水流加入料中进行混合，最后喷到喷射面上。干法喷射的质量控制应注意以下几点：
　　①料的级配要好。
　　②混合物在进入喷嘴与水混合之前，其含水率控制在2%~5%。如果小于2%，会增大粉尘；若大于5%，易造成管道堵塞。
　　③喷嘴距喷面应保持0.9~1.2m的距离。
　　(2)湿喷法
　　为了克服干喷法的缺点，人们发展了湿喷法。它是将干料提前与水混合，然后再在喷头处与速凝剂汇合到达受喷面上的一种方法。它的优越性相应的表现在：①粉尘、回弹量均较低，生产环境状况较好；②设计水能与干料排和均匀，水灰质量比能准确的控制；③生产率相对干喷法要高。湿喷法存在机械设备复杂庞大、维修费用高，输送距离近，施工操作较吃力等缺点，这与工程中的成本经济、施工简便的原则相违背。
　　湿法喷射工艺既可用于细石混凝上的喷射，也可用于水泥浆的喷射。
　　喷射施工时应注意如下几点：
　　①水灰比是控制混凝土强度的关键因素，应控制在0.4-0.5。当水灰比小于0.35时，强度会急剧降低，喷射面出现干通:当水灰比大于0.5时，会出现流淌、下坠现象。
　　②顶枪与受喷面之间的距离应在lm左右。距离过大过小都会增加回弹量。
　　③喷射机使用压力为喷射枪处气压与输送管道内气压损失之和。喷枪处气压一般以0.1～0.13MPa为宜。
　　④当喷枪与受喷面相垂直时，回弹最小，喷射密度最大。
　　(3)水泥裹砂法（SEC）
　　干喷法和湿喷法各有利弊。近十多年来在日本发展起来的水泥裹砂法吸取了两者的优点，具有输出量大、效率高、压送距离长、喷射质量均匀、强度高、回弹率低、粉尘量少等优点，利于在涌水条件下进行作业，在国内外得到了广泛的应用。水泥裹砂法喷射混凝土是将喷射集料分成两条线作不同处理后再压入混合管混合，然后通过联结混合管和喷头喷射到工作面上去的新施工方法。
　　(4)双裹并列法
　　双裹并列法喷射混凝土在作业方式上也是采用两条线路输送喷射物料的，但它与SEC喷射混凝土的本质差别是在于它将SEC法中的纯干路变成微湿路，也形成一种裹灰物料线路，这样两条输料线路都有水泥的包裹作用，故称“双裹并列法”。
　　(5)潮料掺浆法
　　潮料掺浆法喷射混凝土工艺是在总结潮喷法和SEC法实践经验的基础上发展起来的，目的是采用传统干喷法的设备和作业方式，但能取得SEC法的效果的一种方法。
　　3.3喷射混凝土的机械设施
　　喷射混凝土的施工机具，包括混凝土喷射机、喷嘴、混凝土搅拌机、上料装置、动力及贮水容器等。混凝土喷射机分干式和湿式两类。国内目前以干式喷射机为主。铁道部科学研究院西南分院研制的TK961型转子活塞式湿喷机正在试制阶段，还不能推广。相比而言，国内与国外的机械化程度有着明显的差别。美国Challenge公司开发的挤压泵送湿喷混凝土的回弹率仅为5%～8%,施工粉尘量显著减少，抗压强度达到28MPa；德国生产的一种双罐式喷射机使工程作业效率提高了80%以上。这些都说明我国的机械行业远远落后于其他发达国家，这也是制约着我国喷射混凝土行业不能快速发展的一个重要因素。
　　3.4原料配比优化问题探讨
　　在建筑材料特别是混凝土这样的结构材料中，原材料的选择及配比设计对它们成型后的性能取着决定性的作用，同时它也是材料耐久性的决定因素。因此对原材料的控制一定要严格。同时，又要有一定的技术创新性。
　　(1)掺入活性掺和料
　　考虑在喷射混凝土中掺入一些活性物质，以促进水泥水化产物的转化，提高喷射混凝土的强度，同时掺入一些遇水后呈粘性的物质，有助于降低回弹率。利用工业废渣研制出F型和K型两种高活性细掺料，使用这些高活性细掺料替代30%水泥时，喷射混凝土强度可以提高20。
　　(2)掺入外加剂
　　研究一种具有复合作用的材料一集速凝、快硬、早强、高强、抗渗、增加混凝土的和易性和流动性，提高粘着力等性能于一体，是提高和发展喷射混凝土技术，特别是湿喷混凝土技术的重要途径之一。
　　(3)掺入纤维掺和料
　　纤维能有效的改善混凝土的脆性，过去隧道施工遇到不良地质，就用钢纤维喷射混凝土支护，及时制止了坍塌。采用新型材料超混杂纤维代替钢纤维喷射混凝土，其各项物理性能与掺钢纤维混凝土相当，但喷射效果优于掺钢纤维混凝土，且成本低廉，经济效益显著，很有推广价值。
　　(4)掺入膨胀剂
　　在喷射混凝土施工中加入膨胀剂，不仅能减少后加部分的应力滞后和应变滞后，而且可以抵消由于收缩引起的应变，从而改善加固后的受力性能。
　　第4章全文总结
　　本文通过对喷射混凝土加固技术进行的研究，得出了如下结论：
　　(1)喷射混凝土比较其他加固方法有较大的优势，施工不需另设模板，施工工艺简单，施工速度快。喷射层密度较大，强度高，抗渗性好。
　　(2)喷射混凝土技术与其他加固技术一样，有其适用范围，要求对原有混凝土表面进行处理。对原有混凝土所处环境要求较高，主要用于加固建筑的上部结构。
　　(3)同其他加固方法相比较，采用膨胀喷射混凝土可有效减少结构新旧混凝土的应力应变滞后的间题。
　　喷射混凝土技术对加固高层建筑有着较大的优势，有着较广阔的发展前景。但我们也要看到它的不足，许多地方有待进一步改进，主要在如下方面：
　　(1)目前我国喷射混凝土施工技术较落后，施工机械设备不够先进，给施工环境和施工成品质量带来较大影响。
　　(2)发展喷射钢纤维混凝土，碳纤维混凝土，降低钢筋网的使用，减少施工中的中间环节，节约工程造价也是探讨的方向之一。
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