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《鋼纖維噴射混凝土技術(shù)在地下工程中應(yīng)用》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、鋼纖維噴射混凝土技術(shù)在地下工程中的應(yīng)用劉欣(上海貝卡爾特-二鋼有限公司200131)作者簡介:劉欣,中國土木工程學(xué)會(huì)纖維混凝土委員會(huì)委員,上海貝卡爾特二鋼有限公司銷售經(jīng)理,郵編:200131,電話:021-50460610-107,13801943598)摘要本文全面介紹了鋼纖維的作用機(jī)理和在地下工程中的應(yīng)用。并引入國外鋼纖維噴射混凝土規(guī)范中對(duì)彎拉韌度的規(guī)定,提出在地下工程中對(duì)鋼纖維噴射混凝土進(jìn)行彎拉韌度設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞:鋼纖維噴射混凝土,彎拉韌度,Q系統(tǒng),設(shè)計(jì),施工1.鋼纖維的作用機(jī)理混凝土的抗拉強(qiáng)度較低,一旦開裂后會(huì)發(fā)生脆性破壞。
2、利用鋼纖維進(jìn)行增強(qiáng)處理后,鋼纖維能夠控制裂縫的開展,并且傳遞拉應(yīng)力,產(chǎn)生應(yīng)力重分布,從而提高混凝土的裂后強(qiáng)度,使混凝土具有相當(dāng)?shù)膹澢g度。和素混凝土相比,鋼纖維混凝土在發(fā)生變形后仍能承擔(dān)荷載。[2]2.鋼纖維混凝土的性能鋼纖維混凝土的極限抗彎拉強(qiáng)度和加入鋼纖維之前基本相同,但是鋼纖維混凝土的彎曲韌度有大幅度提高。鋼纖維有各種不同的原材料,形狀和抗拉強(qiáng)度,彎曲韌度各不相同。鋼纖維根據(jù)生產(chǎn)工藝分為剪切型,銑削型,和冷拉型。前兩種纖維本身的抗拉強(qiáng)度在400-700MPa之間,長徑比在40-50,摻量較高,一般在80-120kg/m3;[
3、3]冷拉型纖維通過對(duì)母材(盤條)的高速拉絲,大幅提高了抗拉強(qiáng)度,通常在1000MPa以上,長徑比在60以上,摻量一般在35-65kg/m3。對(duì)不同的鋼纖維應(yīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),得到達(dá)到保證鋼纖維混凝土彎曲韌度的鋼纖維纖摻量。鋼纖維混凝土的韌度可以用"位移控制的梁的三分加載實(shí)驗(yàn)"進(jìn)行。[4]6圖1.1鋼纖維混凝土梁三分加載彎拉韌度實(shí)驗(yàn)荷載-位移曲線根據(jù)荷載-位移曲線,通過下式計(jì)算鋼纖維混凝土的彎曲韌度:Re,3=100fftm,eq150/fftm其中fftm,eq150:撓度達(dá)到l/150時(shí)等效抗彎拉強(qiáng)度平均值(N/mm2)fftm:試驗(yàn)極
4、限抗彎拉強(qiáng)度值(N/mm2)Re,3:彎曲韌度系數(shù)3.鋼纖維噴射混凝土的性能混凝土中加入鋼纖維后可提高混凝土的彎拉韌度,能量吸收能力,抗沖擊能力和對(duì)裂縫的控制。均勻分布的鋼纖維使噴射混凝土任意截面都能夠承受拉應(yīng)力,同時(shí)和圍巖有極佳的粘結(jié)力,因此可以通過應(yīng)力重分布,充分發(fā)揮圍巖的自承能力,是理想的支護(hù)材料?!稓W洲噴射混凝土規(guī)范》用大板實(shí)驗(yàn)比較鋼纖維噴射混凝土和掛網(wǎng)噴射混凝土的性能,實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)鋼纖維噴射混凝土有更高的承載能力和吸收變形能力[1].6圖3.1EFNARC噴射混凝土大板韌度實(shí)驗(yàn)鋼纖維混凝土既能作為初期支護(hù)、也可作為永久襯
5、砌;和掛網(wǎng)相比有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢:鋼筋掛網(wǎng)施工工藝復(fù)雜;在凹凸不平的巖面難以沿巖石表面布置在拉應(yīng)力區(qū);在噴射混凝土?xí)r回彈大;混凝土容易集結(jié)在掛網(wǎng)的表面,在掛網(wǎng)的背后形成空洞;當(dāng)圍巖條件較差時(shí),不能形成及時(shí)支護(hù)。鋼纖維噴射混凝土可以順著圍巖表面形成快速有效的支護(hù),和巖石有更好的粘結(jié),而且提高施工安全性簡化施工工序,加快了施工進(jìn)度。從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā),鋼纖維混凝土襯砌厚度比掛網(wǎng)混凝土節(jié)約30%,回彈量減少30%,工期節(jié)約20-30%。4.鋼纖維噴射混凝土的應(yīng)用鋼纖維噴射混凝土從70年代起在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用,在"挪威地質(zhì)學(xué)院"提出
6、的"Q系統(tǒng)"中,全面采用鋼纖維噴射混凝土取代掛網(wǎng)作為隧道永久支護(hù)。我國很早就開始研究鋼纖維混凝土的應(yīng)用,但是由于當(dāng)時(shí)鋼纖維本身抗拉強(qiáng)度低,攪拌時(shí)易結(jié)團(tuán)變形,噴射時(shí)易堵管,在施工上很難保證質(zhì)量,使該項(xiàng)技術(shù)沒有得到有效的推廣。90年代起,國內(nèi)引進(jìn)了歐洲粘結(jié)成排的冷拉型鋼纖維生產(chǎn)技術(shù),冷拉型纖維摻量在35-65kg/m36,用快速水溶性膠水粘結(jié)成排后,鋼纖維在隨骨料一起攪拌的過程中,膠水遇水自動(dòng)溶解,成排的鋼纖維會(huì)分散成單根,在混凝土中均勻地分布,從而解決了鋼纖維結(jié)團(tuán)堵管的問題。鋼纖維噴射混凝土在克服了施工中的弱點(diǎn)后,已經(jīng)逐步在國內(nèi)的一
7、些工程中得到應(yīng)用。[6]5.鋼纖維混凝土的韌度設(shè)計(jì)彎曲韌度是鋼纖維噴射混凝土最為主要的性能,在設(shè)計(jì)中必須有明確的規(guī)定目前國內(nèi)隧道設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)鋼纖維噴射混凝土的韌度暫無規(guī)定,日本,韓國,及歐洲的纖維噴射混凝土規(guī)范中,對(duì)用于地下工程中的鋼纖維噴射混凝土的"彎曲韌度系數(shù)(Re,3)"值大多規(guī)定在68%以上。我國目前在隧道工程中的鋼纖維噴射混凝土設(shè)計(jì)中應(yīng)用的"彎曲韌度系數(shù)"值多在此范圍。為了能夠方便地確定鋼纖維噴射混凝土的韌度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,有些規(guī)范中采用了"模板"法,在確定鋼纖維混凝土的試件尺寸后,規(guī)定了韌度實(shí)驗(yàn)曲線,實(shí)際實(shí)驗(yàn)曲線若能
8、夠包絡(luò)上述曲線,便認(rèn)為鋼纖維混凝土的韌度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。規(guī)定的荷載-撓度曲線實(shí)際荷載-撓度曲線不得低于規(guī)定以下是日本高速公路局(JHC)<<鋼纖維噴射混凝土施工管理方法>>中對(duì)鋼纖維噴射混凝土采用的韌度"模板"曲線:[5]圖5.1鋼纖維噴射混凝土梁三