混雜纖維混凝土在盾構(gòu)管片中應(yīng)用特性研究

徐笑云 趙繼春

摘? ? 要：鑒于鋼筋混凝土盾構(gòu)管片的諸多缺陷，本文設(shè)計(jì)采用混雜纖維（聚乙烯醇纖維和微筋纖維）混凝土預(yù)制地鐵盾構(gòu)管片，探究在不同摻量下對工作性能和抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律。結(jié)果表明：相較于聚乙烯醇纖維，微筋纖維可同步提高混凝土工作性和軸心抗壓強(qiáng)度，且無顯著泌水離析現(xiàn)象;隨著VS纖維摻量的增大，混凝土軸心抗壓強(qiáng)度呈先增大后減小的趨勢，最佳摻量為3kg/m3。

關(guān)鍵詞：混雜纖維混凝土;盾構(gòu)管片;軸心抗壓強(qiáng)度;配合比;工作性

1? 引言

盾構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用于城市地下隧道的施工，具有安全、可靠、對城市地面交通等環(huán)境的影響較小等優(yōu)點(diǎn)，歷經(jīng)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展與實(shí)踐，預(yù)制鋼筋混凝土管片襯砌現(xiàn)已成為盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)體系的重要選擇[1]。目前的地鐵盾構(gòu)管片主要以鋼筋混凝土管片為主由于混凝土為脆性材料，抗拉性能較差，使得其在運(yùn)輸和安裝中開裂管片的破損和裂縫對隧道的安全性和耐久性會產(chǎn)生不利影響[2-3]，這是盾構(gòu)法中較棘手但又必須解決的問題。

混雜纖維混凝土（HFRC）是一種新型復(fù)合混凝土材料，與普通混凝土相比其抗拉、抗彎強(qiáng)度及耐磨、耐沖擊等性能可得到提高[5-7]，目前國內(nèi)纖維混凝土管片在盾構(gòu)隧道中的應(yīng)用還沒完整規(guī)范和技術(shù)性文件來指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)。因此，混雜纖維高強(qiáng)混凝土應(yīng)用于地鐵管片還需要進(jìn)行許多綜合研究工作，需解決混雜纖維高強(qiáng)混凝土材料選用及配合比技術(shù)，以及混雜纖維高強(qiáng)混凝土管片的力學(xué)性能，本文就是以此為出發(fā)點(diǎn)，試驗(yàn)研究混雜纖維對管片性能的影響。

2? 混雜纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)方案

2.1? ?配合比設(shè)計(jì)

按C50混凝土設(shè)計(jì)配合比，拌和時(shí)坍落度控制在180mm±10mm。配合比見表1。

2.2? 纖維混雜方案

試驗(yàn)主要選用的纖維材料有聚乙烯醇纖維（PF-2000）和微筋纖維（VS-3000），采取單摻的混雜方式摻入混凝土基體，分別摻入1kg、2kg和3kg，共有6組不同的纖維摻量，

3? ?結(jié)果與討論

3.1? 試件破壞形態(tài)

素混凝土破壞后試件表面主要有一條貫穿的斜向主裂縫，裂縫分岔較少;而混雜纖維混凝土試件破壞后表面出現(xiàn)多條斜向裂縫，且裂縫擴(kuò)展痕跡出現(xiàn)明顯的“分岔”現(xiàn)象[10]，這是因?yàn)樵诹芽p擴(kuò)展過程中，混凝土基體中纖維的存在使得裂縫尖端易發(fā)生應(yīng)力重分布，并產(chǎn)生新的裂縫繼續(xù)擴(kuò)展，最終裂縫“分岔”現(xiàn)象明顯[11]。從混凝土基體斷面上可清晰看到粗骨料，但是肉眼無法觀測到PF纖維，可見纖維已被攪拌打散，隨機(jī)亂向分布于混凝土基體中。

3.2? 軸心抗壓強(qiáng)度影響

定義纖維混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)系數(shù)[α]為：

纖維混凝土軸心抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)系數(shù)可以直接反映纖維對基體混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的影響。當(dāng)[α]>1時(shí)，纖維對基體混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度有增大作用;反之，當(dāng)[α]<1時(shí)，纖維對基體混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度有減小作用[12]。

纖維混凝土軸心抗壓強(qiáng)度隨著PF纖維質(zhì)量摻量的增大而減小，PF纖維摻量在1kg/m3～2kg/m3范圍內(nèi)時(shí)，混凝土軸心抗壓強(qiáng)度減小趨勢較為平緩，在PF纖維摻3kg/m3時(shí)急劇減小到48.4MPa，與素混凝土相比減小了5.4MPa;VS纖維對混凝土軸心抗壓強(qiáng)度有明顯的提高，與素混凝土相比，VS纖維混凝土軸心抗壓強(qiáng)度隨著VS纖維摻量增大而出現(xiàn)先增強(qiáng)后減小的趨勢，且整體高于素混凝土和摻PF混凝土，因此可認(rèn)為在單摻2kg/m3VS纖維范圍內(nèi)，VS纖維對混凝土軸心抗壓強(qiáng)度提高最大。

圖1顯示了不同纖維混凝土增長比例變化圖，其中單摻聚乙烯醇纖維（PF-2000）混凝土出現(xiàn)負(fù)增長，其28天抗壓強(qiáng)度相對于素混凝土都有一定程度的下降，摻量為3kg是下降幅度最大，下降比例為-10.04%;單摻微筋纖維（VS-3000）混凝土均呈現(xiàn)正增長，其中28天抗壓強(qiáng)度最大增強(qiáng)比例達(dá)到8.92%，可達(dá)58.6MPa。由此說明，摻加不同纖維勢必會對混凝土抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生影響，基準(zhǔn)配合比相同的情況下，相較于聚乙烯醇纖維，摻微筋纖維的地鐵管片力學(xué)性能較優(yōu)，其最佳摻量為3kg/m3。

4? ?結(jié)論

本文針對地下隧道使用的混雜纖維高強(qiáng)混凝土盾構(gòu)管片，提出了摻纖維增強(qiáng)預(yù)制構(gòu)件的思路，并給基于此目標(biāo)，設(shè)計(jì)不同材質(zhì)和摻量的混雜纖維混凝土的方案，根據(jù)軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果對其性能進(jìn)行了研究，得出以下結(jié)論：（1）VS纖維可提高混凝土軸心抗壓強(qiáng)度，隨著VS纖維摻量的增大，混凝土軸心抗壓強(qiáng)度呈先增大后減小的趨勢，最佳摻量為3kg/m3;（2）PF纖維會減小混凝土軸心抗壓強(qiáng)度，且摻量越多，強(qiáng)度損失越小。

參考文獻(xiàn)：

[1] 寧博.混雜纖維混凝土試驗(yàn)研究及其在地鐵盾構(gòu)管片中的應(yīng)用[D].暨南大學(xué)，2012.

[2] 蒲奧.纖維混凝土管片設(shè)計(jì)研究及工程應(yīng)用[D].西南交通大學(xué)，2007.

[3] 寧博，歐陽東，易寧等.混雜纖維混凝土在地鐵管片中的應(yīng)用[J].混凝土與水泥制品，2011（1）：50～53.