鋼纖維混凝土盾構管片可行性研究

貢怡新 黃金生

（1.南京廣蘭建材科技有限公司，江蘇 南京 210000；2.江蘇龍冠新型材料科技有限公司，江蘇 南京 210000）

1 力學性能

鋼纖維混凝土是復合多項建筑材料，相比于普通混凝土，其擁有如下優勢，第一、具有較高的剪切強度、彎曲強度、拉伸強度；第二、具有較強的耐沖擊性、韌性；第三、擁有極好的形變能力，裂紋約束擴展能力；第四、有較強的耐熱性、抗凍性、耐磨性；第五、不容易出現爆裂，轉角部位和邊緣部位具有較強的堅固性能。

2 鋼纖維混凝土盾構管片的特點

2.1 承載能力

鋼纖維混凝土具有較強的承載能力，鋼筋混凝土在受拉區構件出現開裂后，會迅速失去功效；而鋼纖維混凝土在受拉區構件混凝土出現開裂后，仍能承擔部分拉力。一般情況下，在設計結構時，會依照混凝土的極限承載能力開展設計。基于此，鋼纖維混凝土結構依照長期作用影響，根據荷載效應標準，可計算出最大裂縫寬度。依照現行結構設計規范，對同等級鋼筋混凝土構件的最大裂縫寬度，鋼纖維特征、參數，鋼纖維對混凝土構件裂縫寬度的權重系數進行計算，能夠得到最大的裂縫寬度。通過分析各項數據之間的關系，可以發現在相同的情況下，相比于鋼筋混凝土結構，鋼纖維混凝土結構具有更強的承載能力。

2.2 耐久性、安全性

侵蝕性腐蝕以及結構碳化是影響地下混凝土結構耐久性的重要因素，而電流電化學腐蝕也是影響地鐵隧道耐久性、安全性的重要因素。結構碳化是指水泥混凝土中的堿性物質與空氣中的二氧化碳發生反應，進而降低混凝土堿性；混凝土結構碳化會降低混凝土保護層厚度，使得混凝土無法有效保護內部鋼筋，導致內部鋼筋逐步暴露出來，降低鋼筋堿性鈍化膜的防護功效，加快鋼筋銹蝕速度，進而降低鋼筋混凝土的耐久性和安全性。

3 鋼纖維混凝土盾構管片經濟性

3.1 初期投資

假設盾構管片整環截面配筋數量相同，型號a鋼筋混凝土的盾構管片寬度為1.2m，厚度為300mm，半徑為2.7m，配筋率為1.1%，主要的設計方案分別為：第一、保持原有的鋼纖維混凝土盾構管片的厚度，使用螺紋筋作為截面配筋，向其中加入30kg/m3的鋼纖維；第二、將螺紋筋分布作為上、下截面配筋，向其中加入40kg/m3的鋼纖維，并統計上述方案中混凝土、鋼纖維、鋼筋等各材料的實際費用，計算初期投資額［1]。

每環工程量需要耗費的混凝土鋼纖維鋼筋數量以及總價費用如下，方案一、需要耗費6.45m3的混凝土、0.569噸的鋼筋、0噸鋼纖維、總價為3849￥；方案二、需要耗費6.45m3混凝土、0.344噸鋼筋、0.193噸鋼纖維、總價共計4573￥；方案三、需要耗費6.45m3混凝土、0.2253噸鋼筋、0.258噸鋼纖維、總價共計4769￥。通過分析上述數據可以發現，使用鋼纖維并未顯著增加總投資額，相比于鋼筋混凝土管片，加入鋼纖維的方案分別需要追加7%、9%的投資款。

3.2 全壽命周期

盡管鋼纖維的加入在一定程度上增加了初期投資成本，但含有鋼纖維的鋼筋混凝土具有更大的抗拉強度與抗沖擊性，能夠大幅降低由管片出現破損引發滲漏問題的概率，進而降低后續的維護費用、防水堵漏費用。與此同時，相比于鋼筋混凝土，鋼纖維混凝土具有較好的耐久性，能夠延長工程項目的使用周期。從全生命周期角度進行考慮，使用鋼纖維混凝土盾構管片，有助于保障地鐵隧道的結構安全，降低運營維護費用，增強配套設備的使用周期，在經濟角度具有較強的可行性［2]。

3.3 鋼纖維價格趨勢

當前限制鋼纖維混凝土應用的主要原因在于鋼纖維較高的價格，相比于鋼筋混凝土，鋼纖維混凝土價格較高。一般情況下，國內建筑施工單位將鋼纖維混凝土應用于部分工程項目的核心區域以及少部分極為重要的工程項目中；相比于鋼筋混凝土，鋼纖維混凝土能提升工程項目的耐久性，延長工程項目的使用周期，降低后續的維護費用、防水堵漏費用。但是，當前國內各地區的工程項目對于鋼纖維混凝土的需求量仍然較低，現存的廠家的產能即可滿足光纖維需求；但長遠來看，鋼纖維的廣泛應用是大勢所趨，若國內各地區工程項目鋼纖維的需求量增加，引入更多的資本投入，鋼纖維生產行業中必然會大幅降低鋼纖維價格。現階段，國內鋼纖維的平均價格為7000￥/kg-8000￥/kg，優質鋼纖維價格在13000￥/kg-14000￥/kg，但是日韓及歐洲的報價卻在8000￥/kg以下，這使得優質鋼纖維具有較大的降價空間；若鋼纖維價格下降，消除了人們對于價格的顧慮，會進一步提升鋼纖維混凝土盾構管片的優勢，提升其可行性。

4 結語

綜上所述，相比于傳統的鋼筋混凝土，鋼纖維混凝土具有優越性，將其用于制作管片，有助于增強工程項目的整體性能；從初期投資成本、鋼纖維價格趨勢以及全周期成本等角度進行考慮，鋼纖維混凝土盾構管片具有較強的可行性，建筑施工單位在應用鋼纖維混凝土時，不應片面地計算單次投資，而應將間接費用、維護費用考慮在內，進而考慮鋼纖維混凝土盾構管片對于工程項目整體經濟效益的影響，以此衡量該項技術的可行性。