钢纤维混凝土在隧道初期支护的应用

钢纤维混凝土在隧道初期支护的应用钢纤维混凝土在隧道初期支护的应用本文关键词：支护，混凝土，隧道，初期，钢纤维钢纤维混凝土在隧道初期支护的应用本文简介：摘要：通过对钢纤维混凝土特性的试验研究，得到钢纤维含量对其特性的影响，通过分析钢纤维混凝土优良特性在隧道初期支护中的应用，得到钢纤维混凝土在隧道初期支护中可得到广泛应用。通过分析混凝土材料的组成与其施工过程中的本卷须知，为施工过程充分发挥钢纤维混凝土优良特性提供借鉴作用。关键词：钢纤维混凝土；力学特钢纤维混凝土在隧道初期支护的应用本文内容：摘要：通过对钢纤维混凝土特性的试验研究，得到钢纤维含量对其特性的影响，通过分析钢纤维混凝土优良特性在隧道初期支护中的应用，得到钢纤维混凝土在隧道初期支护中可得到广泛应用。通过分析混凝土材料的组成与其施工过程中的本卷须知，为施工过程充分发挥钢纤维混凝土优良特性提供借鉴作用。关键词：钢纤维混凝土；力学特性；隧道；初期支护引言钢纤维混凝土凭借其优良的抗剪性、耐冲击性、耐疲劳性和高韧性等特性在国内根底设施建立过程中得到广泛应用，所谓钢纤维混凝土，即在普通素混凝土中根据相关设计均匀乱向设置一定量的钢纤维，形成的新型复合材料。根据新奥法隧道支护理论，对于初期支护的要求为及时、密贴、柔性和具有变形的才能，钢纤维混凝土的特性刚好可以满足新奥法隧道初期支护理论，在国外已经得到广泛应用。由于国内在喷射机械、喷射施工等方面原因，钢纤维混凝土在国内初期支护喷射混凝土施工中应用较少。但是采用钢纤维喷射混凝土可以减小断面，具有较高的强度，而且韧性好，尤其在单衬砌施工中应用相对于复合式衬砌施工简便。日本在对不良底层修补工作中已经较多采用钢纤维混凝土，英国也已经利用钢纤维混凝土代替钢网对隧道进展加固，我国在水工隧道与矿山等工程中也开始使用，试验效果很好，也已经开始推广工作。1湿喷的钢纤维混凝土力学特性由于钢纤维混凝土是由混凝土和钢纤维组成的，因此钢纤维混凝土的力学特性与这两者之间关系严密。对于普通素混凝土，材料内不可防止的存在微裂缝，当这些裂缝由于应力集中导致裂缝的扩展，逐渐开展为宏观裂缝，其材料的破坏过程就是裂缝的扩展过程。而对于钢纤维混凝土，由于钢纤维的存在，其力学特性根据实验得到，其破坏过程可以分为弹性阶段、裂缝扩展阶段，裂缝扩展阶段和最终的纤维拔出阶段，这些阶段可见图1。正是由于钢纤维的参加，使得钢纤维混凝土应力——应变曲线下降段发生变化，使得脆性破坏变为塑性破坏，即在钢纤维的抗拉强度到达极限后才会出现裂缝稳定扩展。1.1钢纤维混凝土的物理力学特性经研究发现，随着钢纤维含量的增加，钢纤维混凝土的抗拉、抗压和抗折性能均有增强。喷射混凝土中速凝剂和减水剂的含量对早期强度有较大的影响，随含量增加，其早期强度也得到进步，严格把控其含量有利于隧道开挖初期隧道围岩的变形。通过添加一定量乱向分布的钢纤维使得喷射混凝土强度进步的原因在于钢纤维可以在水泥砂浆的作用下插入隧道围岩外表，使得喷射混凝土与围岩的黏结性进步，增加了两者之间的抗拉强度，有效降低喷射混凝土的掉块。在普通的混凝土中通过添加钢纤维、矿粉等材料可以有效进步混凝土的塑性和初期的抗拉强度，可以大大降低喷射混凝土由于干缩导致的收缩裂缝，进而减小了喷射混凝土中的空隙。除此之外，矿粉等材料具有微膨胀作用，可以进步混凝土的抗渗才能。1.2钢纤维喷射混凝土弯曲特性在隧道喷锚支护构造中，喷射混凝土不可防止的承受局部弯曲应力，此时钢纤维混凝土的特性就可较好解决此问题，钢纤维混凝土由于其严密贴合在隧道围岩外表，可以在隧道围岩的变形过程中提供抗力，使得喷射混凝土出现弯曲，当采用素混凝土进展喷射时，容易出现弯曲裂缝，而钢纤维混凝土由于钢纤维的作用，增加其弯曲韧性，可大大减小弯曲裂缝的产生。钢纤维混凝土在其出现裂缝之前混凝土本身材料提供主要承力，但是在混凝土出现裂缝之后，钢纤维混凝土的力学特性主要由钢纤维的含量与特性决定，在近年来，我国对钢纤维混凝土裂后特性 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 研究较多，在各种标准与试验中，一般都采用能量法或者强度法，再就是特征点法通过钢纤维混凝土梁板构造的弯曲试验得到，根据得到的荷载—挠度曲线来评定钢纤维混凝土产生裂缝后的力学特性。如图2所示，即为在不同的钢纤维含量前提下进展的混凝土梁板构造实验得到的荷载—挠度曲线图。从图2中可以得到，当荷载较小时，混凝土并未出现裂缝，钢纤维与混凝土材料共同发挥作用，一同承受荷载，而且荷载—挠度曲线近似直线，随着荷载的增加，微裂缝逐渐开展为宏观裂缝，此时的荷载—挠度曲线为非线性，而且不同钢纤维含量的情况下曲线不同，参加40kg/m3钢纤维时混凝土的抗弯强度进步14.4%，而参加45kg/m3钢纤维时混凝土的抗弯强度进步23.7%，由此可以得到钢纤维对混凝土的抗弯与抗拉性能有较大的提升。2湿喷混凝土配比设计在保证喷射混凝土强度的前提下，为降低喷射混凝土的回弹率其配比需要严格按照设计进展把控，在混凝土配比设计过程中，当水灰比确定以后，喷射混凝土的配比设计应将重点放在保证混凝土和易性上，而且要保证混凝土的坍落度保持在10cm左右，并具有较好的黏聚力。根据我国相关规定，对于混凝土骨料的最大粒径一般推荐为15mm，含沙率保持在50%左右，而国外资料显示，喷射混凝土骨料的最大粒径一般为10mm，含沙率较高，一般为60%～70%。2.1材料组成喷射混凝土的材料有砂、骨料、水泥、水和速凝剂等。砂一般为中粗砂，其细度模数要不得小于2.5，可以通过5mm的筛子。对于骨料要除去低于5mm的石粉，而且粒径不得超过15mm。水泥一般采用425﹟硅酸盐水泥。速凝剂的含量那么根据速凝时间确定，对于喷射混凝土，其初凝时间一般不得大于5min，终凝时间不得小于10min，28d龄期强度保持率要保证大于70%。2.2喷射混凝土的配比在喷射混凝土的配比过程中，首先应进展初配，即在试验室进展各种配比的混凝土试验，注意坍落度要保持在8~15cm之间，进展现场试验，根据现场试验中喷射混凝土的和易性与强度作为判断标准进展调整优选，根据统计得到湿喷混凝土初配一般用量。在初始配比中进展最正确配比确实定，对于采用TK961式湿喷机进展混凝土喷射时混凝土的和易性作为相关之比进展判断。根据现场试验得到，TK961式湿喷机进展工作时所需的风压一般要大于0.5MPa，喷射混凝土的塌落度在11cm左右时较为理想，可以通过在喷射混凝土添加钢纤维或者硅粉大大降低混凝土的回弹率，根据试验统计分析得到湿喷混凝土的最正确配比。3湿喷混凝土施工本卷须知钢纤维混凝土的湿喷工艺施工过程要严格控制，要按最正确配比进展混凝土材料的配置，并参加搅拌机搅拌均匀，混凝土的制作过程要严格按照施工工艺要求进展，将搅拌好的湿喷混凝土利用专用的运输设备运至湿喷机，通过料斗将制作好的混凝土参加湿喷机，进而进展湿喷工作。3.1湿喷机湿喷过程要点首先要保证湿喷混凝土到达相关要求，例如和易性较好，混凝土的塌落度要在8~15cm之间，速凝剂的添加时间与添加量要满足设计要求，在湿喷过程中湿喷机的风压不得小于0.5MPa，而且风量也要足够大，不得小于10m3/min，为了降低喷射混凝土的回弹，湿喷机的喷嘴与隧道围岩之间的间隔和角度要特别注意。3.2机械设备为了保证湿喷工作的正常进展需要混凝土搅拌机，一般采用强迫式或者锥形反转出料的搅拌机。混凝土搅拌制作完成后，需要将其运输至施工地点，故需要混凝土的运输设备，一般为6m3的混凝土运输车并配有约0.75m3左右的料槽一个，当混凝土运输至湿喷机后，湿喷机进展湿喷工作需要动力，一般需要电动空压机，详细功率与供风才能根据详细 工程施工 建筑工程施工承包1园林工程施工准备消防工程安全技术交底水电安装文明施工建筑工程施工成本控制 决定。3.3人员装备为保证施工工作的正常进展，需要专门人员进展施工，其中包括湿喷机司机与喷射手，运输人员和混凝土搅拌人员、带班人员等。4结语〔1〕通过向混凝土中添加钢纤维可以大大进步混凝土的抗拉性能、抗弯性能和抗剪性能，由于钢纤维的存在使得混凝土的耐久性也到较大提升。〔2〕通过试验得到，钢纤维混凝土中钢纤维的含量对其性能影响较大，在一定条件在，钢纤维的含量越高，混凝土的抗弯性能越强。〔3〕钢纤维混凝土要想得到较好的特性，必须对其材料配比进展严格控制，施工过程中对关键点特别注意才能保证钢纤维混凝土的优良特性。〔4〕钢纤维混凝土凭借其特性在隧道初期支护中具有较大优势，相信在将来一段时间内会有钢纤维混凝土在隧道初期支护中具有广泛应用。参考文献：【1】曹康建.湿喷钢纤维混凝土在隧道单程衬砌中的应用[J].水利与建筑工程学报，2022〔3〕：83-85.【2】张亚梅，孙伟，王亚丽，等.硅灰和钢纤维对喷射混凝土性能的影响研究[J].混凝土与水泥制品，2022〔3〕：33-35.【3】刘炳辉.钢纤维喷射混凝土在隧道初期支护中的应用理论[J].公路交通技术，2022〔4〕：62-66.【4】胡特新.钢纤维喷射混凝土在隧道初期支护中的应用[J].中外公路，2022〔4〕：185-188.【5】刘红燕.钢纤维混凝土的韧性特性在隧道支护构造设计中的应用[D].成都：西南交通大学，2000.