一種大變形混凝土

朱利春　王繼飛

（1.中國葛洲壩集團(tuán)勘測設(shè)計有限公司，湖北宜昌　443002；2.中國葛洲壩集團(tuán)三峽建設(shè)工程有限公司，湖北宜昌　443002）

一種大變形混凝土

朱利春1王繼飛2

（1.中國葛洲壩集團(tuán)勘測設(shè)計有限公司，湖北宜昌443002；2.中國葛洲壩集團(tuán)三峽建設(shè)工程有限公司，湖北宜昌443002）

鋼纖維混凝土是在普通混凝土中摻入亂向分布的短鋼纖維所形成的一種新型的多相復(fù)合材料。本文介紹一種大變形混凝土，該混凝土采用玻化微珠作為混凝土的骨料，利用玻化微珠在一定的壓力下會破裂的特性給予混凝土一定的變形能力，同時利用鋼纖維保持混凝土的骨架。該混凝土克服了混凝土抗變形能力差的缺點，增加了混凝土的應(yīng)用范圍。

混凝土玻化微珠鋼纖維

1　前言

混凝土通常講的是指用水泥作膠凝材料，砂、石作集料，與水（或包含外加劑及摻合料）按一定比例配合，經(jīng)攪拌而成的一種工程復(fù)合材料。作為一種普通建筑材料混凝土已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但混凝土的缺點之一是抵抗變形的能力較差，一般峰值極限壓應(yīng)變?yōu)?.3%左右，在某些方面限制的混凝土的應(yīng)用范圍。這些亂向分布的鋼纖維能夠有效地阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展及宏觀裂縫的形成，顯著地改善了混凝土的抗拉、抗彎、抗沖擊及抗疲勞性能，具有較好的延性。

2　原材料

2.1水泥

水泥采用42.5R水泥，其物理指標(biāo)見表1。

2.2鋼纖維

鋼纖維采用波浪形剪切型鋼纖維，其直徑為0.3 mm，長徑比為80～100，型號為600型。

2.3玻化微珠

玻化微珠是一種酸性玻璃質(zhì)溶巖礦物質(zhì)，經(jīng)過特種技術(shù)處理和生產(chǎn)工藝加工形成內(nèi)部多孔、表面玻化封閉，呈球狀體細(xì)徑顆粒。玻化微珠具有強度高，吸水率低，易和性好、使用壽命長等特點。本混凝土采用的玻化微珠的粒徑為0.1～2mm，密度為80～120kg/m3。

2.4減水劑

減水劑采用聚羧酸型高效減水劑，其物理性能見表2。

3　混凝土配制及試驗

3.1混凝土試驗

按照組分的不同，設(shè)計三組不同配比，具體配比見表3。根據(jù)配比將各組分拌合后，成型150mm×150mm×150mm的立方體試件。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28后進(jìn)行抗壓強度試驗，同時測定試件的應(yīng)變。混凝土試件試驗結(jié)果見表1。由表1可以看出，三組混凝土的屈服應(yīng)變和破壞應(yīng)變都超過了30%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了常規(guī)混凝土的極限壓應(yīng)變。另外，三組混凝土試件屈服后，都有一個穩(wěn)壓變形過程，在此過程中抗力變化不大，只發(fā)生形變。最后抗力不斷增加，直至試件發(fā)生破壞。另外從試驗結(jié)果可以看出，隨著水泥量的增加，試件屈服強度和破壞強度都在增加；隨著玻化微珠摻量的增加，試件的屈服應(yīng)變在增加。

3.2試驗結(jié)果分析

由于采用玻化微珠作為混凝土的骨料，玻化微珠在一定的壓力下會發(fā)生破裂，從而給予混凝土試件一定的變形能力，同時鋼纖維能夠有效地阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展及宏觀裂縫的形成，顯著地改善了混凝土的抗拉、抗彎、抗沖擊及抗疲勞性能，具有較好的延性。利用鋼纖維保持混凝土的骨架，使混凝土在變形過程中保持一定的抗力。

4　應(yīng)用實例

大變形混凝土的一個典型的應(yīng)用領(lǐng)域是在在大變形地下圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)中。例如先在隧洞水平方向和正負(fù)45度方向各設(shè)置大變形混凝土填充帶，然后在噴射鋼纖維混凝土。在后期圍巖發(fā)生大的變形時，圍巖推動噴射混凝土發(fā)生移動，從而使混凝土填充帶發(fā)生變形，由于大變形混凝土的特性，發(fā)生大的變形后還保持一定的抗力。圍巖發(fā)生變形后，應(yīng)力得以釋放，支護(hù)結(jié)構(gòu)受到的圍壓減少，結(jié)構(gòu)抗力和圍壓達(dá)到平衡，保證了圍巖的穩(wěn)定。

5　結(jié)語

大變形混凝土作為一種新型混凝土，其利用玻化微珠在一定的壓力下會破裂的特性給予混凝土一定的變形能力，同時利用鋼纖維能夠有效地阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展的特性保持混凝土的骨架。由于該克服了混凝土抗變形能力差的缺點，從而增加了混凝土的應(yīng)用范圍。

［1］《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》JGJ55-2000.

［2］《鋼纖維混凝土》JG/T 3064-1999.

［3］《水工混凝土試驗規(guī)程》DL/T5150-2001.

［4］Kalman Kovári， Flavio Chiaverio，Modular yielding support for tunnels in heavily swelling rock.

表1　水泥物理力學(xué)性能表

表2　減水劑物理性能表

表3　混凝土材料配比及試驗結(jié)果