基于隧道支護系統的B10加固混凝土界面粘接效應研究

摘要：針對交通隧道初期支護時濕噴混凝土性能不足、回彈大等問題，通過選取5 d及1a的預制混凝土試塊制備試件，將B10加固混凝土界面劑注入其中填充粘接，進行抗剪強度、拉伸強度、抗壓強度、抗彎強度等性能測試，深入分析測試了B10膠粘劑混凝土界面劑與混凝土界面的粘接效應。實驗結果表明：養護時間、溫度對混凝土試件強度具有正相關；在抗彎強度測試中，各溫度下混凝土試件的最大彎曲應變均顯著高于技術指標450，具有良好的抗彎曲性能；在受壓彈性模量測試中B10試件各項數據均符合要求，不低于2 MPa。最后根據不同材料性能對比發現：B10加固混凝土界面劑材料性能優秀，對于優化隧道支護系統、提高支護系統的安全性和穩定性具有重要現實意義。

關鍵詞：交通隧道；噴混凝土；內聚力模型；塑性損傷；B10膠粘劑

中圖分類號：TQ178文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2025）01-0055-04

Research on the interface bonding effect of B10 reinforced concrete based on tunnel support system

GAO Xipeng 1，TIAN Xuekai 1，LI Luoning 2

（1.Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Co.，Ltd.，Jinan 250199，China；

2.School of Qilu Transportation，Shandong University，Jinan 250002，China）

Abstract：In response to the problems of insufficient performance and large rebound of wet sprayed concrete dur-ing the initial support of traffic tunnels，precast concrete specimens were selected for 5 days and 1 year to prepare specimens.B10 reinforced concrete interface agent was injected into them for filling and bonding，and performance tests of shear strength，tensile strength，compressive strength，flexural strength and other properties were carried out，and the bonding effect of the B10 adhesive concrete interface agent and the concrete interface was analyzed and tested in depth.The experimental results showed that the curing time and temperature had a positive correlation with the strength of the specimens.In the flexural strength test，the maximum bending strain of concrete specimens at all temperatures was significantly higher than the technical indexof 450，indicating good flexural performance.In the compressive elastic modulus test，all data of B10 specimen met the requirements and were not less than 2 MPa.Finally，based on the comparison of material properties，it was found that B10 reinforced concrete interface agent had excellent material properties，which is of great practical significance for optimizing tunnel support systems，im-proving the safety and stability of support systems.

Key words：transportation tunnel；sprayed concrete；cohesion model；plastic damage；B10 adhesive

在實際隧道工程中，隧道支護系統常常面臨諸多挑戰，不僅承載著圍巖的壓力，還要抵御各種自然和人為因素帶來的潛在威脅[1]。新舊混凝土界面之間的粘接問題，能對隧道的穩定性構成嚴重威脅[2]。因此，解決新舊混凝土界面之間的粘接問題，提高隧道支護系統的受力性能，確保其長期穩定運行，具有重大的工程意義和研究價值。

本研究通過制備以環氧樹脂為基礎材料的B10加固混凝土界面劑，將B10加固混凝土界面劑注入混凝土填充粘接，并對預制混凝土試塊試件進行抗剪強度、拉伸強度、抗壓強度、抗彎強度等性能測試。旨在深入探討B10加固混凝土界面劑在隧道支護系統中的應用，為隧道工程的安全施工和長期運營提供新的技術解決方案。

1試驗部分

1.1材料制備

B10加固形混凝土界面劑是針對提升水泥砂漿與混凝土界面粘接性、滲透性、增韌性及抗裂性而精心配方設計的產品[3]。材料包括甲組分（環氧樹脂、反應型乳化劑、聚合物乳液）與乙組分（水性固化劑、醇脂、表面活性劑A、B（具體見表1）[4]

B10界面劑的主要指標如表2所示，甲組分中的乳液成分含有高分子聚合物，這些聚合物能在水泥砂漿與混凝土界面形成強大的粘接力，有效提升界面的粘接強度[5]。乙組分中含有彈性體，提升水泥砂漿與混凝土界面的韌性，減少因溫度變化、干縮等因素引起的開裂現象。B10加固形混凝土界面劑通過精心設計的甲、乙組分配方，混合后發生固化反應形成堅固的固體聚合物[6]，有效提升了界面粘接強度與耐久性，優化了水泥砂漿與混凝土界面的粘接性。

1.2試驗件所需儀器和設備

B10固形混凝土界面劑試驗準備過程中所需的儀器和設備：鴻馳攪拌器（XL-160，濟寧鴻馳機械設備公司）；VIBRA新光電子秤（TS-30K，深圳市井澤貿易有限公司）；天馬數顯粘度計（TMNDJ-5S，天津天馬衡基儀器有限公司）；涂層厚度計（FMP10，菲希爾（Fischer）設備公司）；恒溫恒濕箱（ES-PEC-408，愛斯佩克）；抗壓強度測試儀（CTS-02V4，Nitto日東建設）；Zeiss顯微鏡（Axioscope，德國蔡司公司）。

1.3試驗件涂覆方法及制作過程

B10加固形混凝土界面劑的施工流程設計得極為簡潔且高效，其關鍵在于在修補砂漿涂抹或混凝土澆筑前的預備階段[7]，關于基層處理，重點在于徹底清除混凝土表面的松散物質與浮塵，通過沖洗確保表面清潔，同時允許輕微潮濕或少量模板脫模劑殘留，但需嚴格避免積水與油污，以確保良好的粘接基礎[8]。

在制備用于評估B10加固界面劑在隧道支護系統中應用效果的混凝土試件時，選取了不同齡期的預制混凝土試塊，包括5天齡和1年齡的樣本，以模擬不同使用階段的混凝土狀態。通過將B10加固界面劑注入并填充于隧道支護系統的混凝土結構中，實現了有效的粘接加固。試件制備如圖1所示。

由圖1可知，螺桿拉頭直徑50 mm，能夠傳遞足夠的拉力以檢驗結構的承載能力[9]。

1.4表征與方法

針對B10加固混凝土試件的性能，測試過程如下：

（1）養護條件為試件放置24h后，放入養護室中進行養護，分別處于14、24、34℃的環境下，定期測試其拉伸剪切強度；

（2）抗剪強度測試按照SL/T 352—2020《水工混凝土試驗規程》標準[10]，對B10加固混凝土試件進行測試，記錄破壞荷載；

（3）拉伸強度測試按照GB/T 50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法》標準[11]，對B10加固混凝土試件進行測試，記錄破壞時的最大荷載和變形量，測量斷裂面面積；

（4）抗壓強度測試依據GB/T 50081—2019標準[12]，采用微機控制電子萬能材料試驗機進行，在-9、-4、4、14、24、34和44℃的溫度環境下，記錄破壞荷載，測量試件的承壓面積，計算抗壓強度；

（5）抗彎強度測試按照SL/T 352—2020標準[13]，在標準養護條件下養護至規定齡期。使用電子萬能材料試驗機測試混凝土試件的抗彎強度時，需清潔試件底部并連接電阻片，隨后均勻加荷至試件破壞，記錄破壞荷載并計算抗彎強度，通過標準化操作、精確測量及多次測量取平均等方法[14]。

2結果與討論

2.1養護時間、溫度對試件強度的影響

所制B10加固混凝土界面劑試件的制備溫度設定為24℃，制備該B10加固混凝土界面劑試件的填料與環氧樹脂均存于常溫條件下。針對所制B10加固界面劑試件在各異養護時間下的拉伸剪切強度展開統計，不同養護時間下拉伸剪切強度如圖2所示。

由圖2可知，養護溫度的提高會顯著加快B10加固界面劑混凝土試件拉伸剪切強度的增長。在將B10加固界面劑應用于隧道支護系統的混凝土的粘接中時，鑒于隧道表面溫度與室內溫度的差異，把養護溫度設定高于24℃、養護時間設定在5 d左右是較為理想的選擇。B10加固混凝土界面劑試件在較長的養護時間和較高的養護溫度下表現出拉伸剪切強度和粘接性能的增加。這主要是因為B10加固界面劑配方中的固化劑成分，其中包含了增韌劑[15]。

2.2拉伸強度測試

在-10℃至45℃溫度范圍內，對所制備的B10加固混凝土界面劑試件的拉伸強度展開測試，并挑揀出普通硅酸鹽水泥砂漿與B10加固混凝土界面劑試件進行對比，結果如圖3所示。

由圖3可知，在各個溫度條件下，B10加固界面劑混凝土試件的拉伸強度均顯著高于硅酸鹽水泥砂漿。其中，在24℃時，B10加固界面劑混凝土試件的拉伸強度高達5.56 MPa，遠超硅酸鹽水泥砂漿的0.90 MPa，約為其6倍多，驗證了B10加固界面劑在隧道支護系統的混凝土中的出色粘接性能。

2.3抗壓強度測試

統計所制備B10加固混凝土界面劑試件不同溫度下的抗壓強度，結果如圖4所示。

由圖4可知，在不同溫度下，所制備的B10加固界面劑混凝土試件的抗壓強度有所變化。在各種溫度條件下，B10加固界面劑混凝土試件的抗壓強度均高于50 MPa。隨著溫度的升高，材料分子間的相互作用可能增強，導致抗壓強度提升。但過高溫度可能導致材料軟化或熱應力產生，從而降低抗壓強度[16]。其中，在24℃時抗壓強度達到最高值55.86 MPa，表明其在這個溫度范圍內具有最佳的熱穩定性。這充分表明所制備的混凝土試件具有出色的抗壓性能，有助于延長隧道支護結構的使用周期，增強隧道的穩定性和安全性。

2.4抗彎強度測試

表3為抗彎強度測試結果。在不同的溫度下，B10混凝土界面劑試件的最大彎曲應變均明顯高于技術指標450μe。這表明該試件在隧道支護系統中擁有良好的抗彎曲性能，幾乎未受到溫度因素的明顯影響。這主要歸因于B10加固界面劑自身具備較高的耐熱性能和收縮性[17]，正因如此才使得試件能夠擁有較高的抗彎性能。

2.5不同材料對比

為更深入地驗證B10加固界面劑的粘接性能，選擇隧道支護系統常用的聚氨酯類、丙烯酸酯類、有機硅類當作試驗對比的材料[18]，對采用這四種材料在隧道支護系統的混凝土粘接中的拉伸強度以及抗剪強度進行記錄，將試驗溫度設定為24℃，拉伸結果：聚氨酯類拉伸強度為3.12 MPa，丙烯酸酯類拉伸強度為2.56 MPa，有機硅類拉伸強度為1.33 MPa。B10加固界面劑拉伸強度為5.94 MPa。

單剪結果：聚氨酯類抗剪強度為7.22 MPa，丙烯酸酯類抗剪強度為3.89 MPa，有機硅類抗剪強度為2.64 MPa。B10加固界面劑抗剪強度度為13.69 MPa，在隧道支護系統的混凝土的粘接領域中，B10加固界面劑在壓剪強中表現出極高的粘結強度，經處理后界面壓剪強度顯著提高，砂漿與混凝土粘接力大幅提升，同樣優于聚氨酯類、丙烯酸酯類、有機硅類這三種材料。通過B10加固界面劑處理后的界面，在受到剪切力作用時能夠表現出更高的抵抗能力，能夠作為隧道支護系統的混凝土粘接材料良好的替代品。

3結語

本文研究了B10加固形混凝土界面劑在隧道支護系統中的性能表現，以B10加固界面劑以環氧樹脂為基料，在試驗中，制備試件時選取5天及1年的預制混凝土試塊，將B10加固界面劑注入其中填充粘接。養護溫度和養護時間提高可顯著加快B10加固混凝土界面劑試件拉伸剪切強度增長。在各溫度下，B10加固混凝土界面劑試件的拉伸強度均顯著高于硅酸鹽水泥砂漿。各溫度下混凝土試件的最大彎曲應變均顯著高于技術指標450μe，抗彎性能良好。此外，B10加固界面劑的拉伸強度與抗剪強度顯著優于聚氨酯類、丙烯酸酯類、有機硅類材料，B10加固形混凝土界面劑可作為優秀替代品，為隧道支護系統的穩定性和耐久性提供保障。

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（責任編輯：張玉平）