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，歷經(jīng)半個世紀的發(fā)展與實踐，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。因此，混雜纖維高強混凝土應(yīng)用于地鐵管片還需要進行許多綜合研究工作，需解決混雜纖維高強混凝土材料選用及配合比技術(shù)，以及混雜纖維高強混凝土管片的力學(xué)性能，本文就是以此為出發(fā)點，試驗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)計及試驗方案

2.1? ?配合比設(shè)計

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

2.2? 纖維混雜方案

試驗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，且裂縫擴展痕跡出現(xiàn)明顯的“分岔”現(xiàn)象[10]，這是因為在裂縫擴展過程中，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，隨機亂向分布于混凝土基體中。

3.2? 軸心抗壓強度影響

定義纖維混凝土的軸心抗壓強度增強系數(shù)[α]為：

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

纖維混凝土軸心抗壓強度隨著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，混凝土軸心抗壓強度減小趨勢較為平緩，在PF纖維摻3kg/m3時急劇減小到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度隨著VS纖維摻量增大而出現(xiàn)先增強后減小的趨勢，且整體高于素混凝土和摻PF混凝土，因此可認為在單摻2kg/m3VS纖維范圍內(nèi)，VS纖維對混凝土軸心抗壓強度提高最大。

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)負增長，其28天抗壓強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天抗壓強度最大增強比例達到8.92%，可達58.6MPa。由此說明，摻加不同纖維勢必會對混凝土抗壓強度產(chǎn)生影響，基準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混凝土盾構(gòu)管片，提出了摻纖維增強預(yù)制構(gòu)件的思路，并給基于此目標，設(shè)計不同材質(zhì)和摻量的混雜纖維混凝土的方案，根據(jù)軸心抗壓強度試驗結(jié)果對其性能進行了研究，得出以下結(jié)論：（1）VS纖維可提高混凝土軸心抗壓強度，隨著VS纖維摻量的增大，混凝土軸心抗壓強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度，且摻量越多，強度損失越小。

參考文獻：

[1] 寧博.混雜纖維混凝土試驗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.