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纤维混凝土在地铁管片生产中的应用

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纤维混凝土在地铁管片生产中的应用

发布日期:2019-02-10 作者: 点击:

摘  要  纤维混凝土是一种新型混凝土防爆裂碳钢纤维,它将传统混凝土与纤维相结合,具有独特的优点及性能。文章介绍了应用在地铁混凝土管片生产中的复合纤维混凝土配合比及纤维混凝土拌制要点,用复合纤维混凝土制作的管片,取得了较好的效果。 

  关键词  地铁管片  纤维混凝土  配合比  应用效果 

河北11选5走势图  1  概述 

河北11选5走势图  纤维混凝土也称纤维增强混凝土,是在混凝土基体中均匀分散一定比例短而细的纤维,以提高混凝土的韧性及抗拉、抗弯、抗冲击等性能的一种新型增强建筑材料[1]。纤维混凝土的发展始于20世纪初,其中以钢纤维混凝土研究的时间最早、应用范围最为广泛。直到20世纪60年代,美国混凝土协会成立了纤维混凝土专业委员会(ACI544委员会),继而国际标准化协会也增设了纤维增强水泥制品技术标准委员会(ISO TC77)。20世纪70年代,在钢纤维混凝土研究的基础上,相继出现了碳纤维、玻璃纤维、尼龙、植物纤维混凝土;应用领域也不断扩大,主要应用于抗折、抗拉强度要求较高的柱、梁、桩、设备底座及飞机跑道等工程[1,2]。 

  对于混凝土中均匀而任意分布的短纤维对混凝土的增强机理,存在着以下两种不同的理论解释,其一,为美国的J.P.Romualdi提出的纤维间距机理,又称纤维阻裂机理[3]:认为混凝土内部原来就存在着缺陷,当外力作用于材料上时, 缺陷部位的集中应力较大, 于是裂纹就从这些部位发展。在材料中掺入钢纤维后, 裂纹端部钢纤维的粘结应力发挥出阻止裂缝的作用, 其结果, 在裂纹尖端的部位就减少了裂纹的扩大力量, 抗裂强度得到增强。其二,为英国的Swamy、Mamgat等人提出的复合材料机理[4]:将纤维增强混凝土看作是纤维强化体系, 应用混合原理来推定纤维混凝土的抗拉和抗弯强度, 于是得出纤维混凝土强度与纤维的掺入量、方向、长径比及粘结力之间的关系。 

  增强纤维混凝土必须采取各种合理的措施,以达到增强的目的。 

  ⑴ 提高纤维抗拉强度,欲使纤维在混凝土中发挥作用,纤维必须有比较高的抗拉强度,与水泥基体的抗拉强度相比,至少要高出2个数量级; 

  ⑵ 增加纤维变形能力,即其受拉时的极限伸长率与水泥基体的极限伸长率相比,至少要高出1个数量级,这样的纤维加入混凝土,有利于提高韧性与抗冲击能力; 

  ⑶ 选用粗细适度的纤维。掺入混凝土中的纤维,其长度与直径的比值大于临界值时,才能对水泥基体产生明显的增强效应,即纤维应有一定的长度,且不能太粗; 

  ⑷ 选用弹性模量高纤维,纤维与水泥基体的弹性模量相比,其比值越高,则受荷时纤维所分担的应力就越大,纤维的作用也就越明显,从而对增加纤维混凝土的强度有明显的效果[5]; 

河北11选5走势图  ⑸ 使纤维均匀分散在混凝土中。 

  2  纤维混凝土在地铁钢筋混凝土管片生产中的应用 

制造工程增强抗裂纤维

  地铁钢筋混凝土管片强度及抗渗性能要求比较高,通常为C55、P10,因胶凝材料用量相对较高,表面容易出现收缩裂纹,特别是在上海冬季施工时,在管片蒸养工艺结束后,受温差变化影响,更易出现收缩裂纹,影响管片的耐久性。而当混凝土的抗拉强度不足以抵抗收缩所产生的拉应力时,也会产生开裂,因表面抗拉强度的发展往往滞后于收缩拉应力的发展,因此,管片表面裂纹形成的基本机理是其表面抗拉强度不足以抵抗收缩所产生的拉应力。 

  由于地铁钢筋混凝土管片一般都较为厚重,可达5 t左右,所以在运输过程中边缘容易破损;在管片拼装时,由于端面不平,在拧紧拼装螺栓时,使管片局部应力集中,造成管片开裂;在盾构施工时,由于轴线控制的偏差,造成盾构千斤顶作用在管片环面上时产生偏心作用力,也容易使管片破损,从而影响管片的耐久性。所以,考虑在管片生产中采用纤维混凝土,以改善其性能。 

  2.1  传统地铁钢筋混凝土管片混凝土配合比 

  传统地铁钢筋混凝土管片混凝土配合比配置原则主要考虑满足地铁管片设计的抗压强度及抗渗性能,即满足强度达到C55,抗渗达到P10。通过计算、试配、调整及考虑材料质量情况,确定的配合比见表

  R28强度平均可达到设计强度的110%,平均劈裂抗拉强度fts=2。66 MPa。 

  2。2  纤维混凝土配合比 

  上海轨道交通2号线西延伸(虹桥东站~2号风井区间)由于需要穿越机场跑道,为了克服传统钢筋混凝土管片抗拉强度低、易开裂、抗冲击性能差等固有缺陷,提高其耐久性能,在管片生产中, 

决定采用复合纤维混凝土。 

  在保持原地铁管片水灰比、砂率不变的情况下,考虑到由于加掺纤维,混凝土和易性会变差,而且流动性降低,不利于施工,需增加胶凝材料以保持其和易性的特点,通过计算、试配、调整及考虑材料质量情况,确定的配合比技术参数为:等效水灰比0。40;砂率35%;外加剂掺量1。1%,见表2。 

  注:复合纤维采用高弹模的钢纤维和低弹模的聚丙烯纤维,其中钢纤维采用上海哈瑞克斯制品有限公司生产的切断纤维(l=50 mm;d=0.9 mm;抗拉强度大于1 000 N/mm2);聚丙烯纤维采用格雷斯公司生产的聚丙烯纤维(l=18 mm,d=18 μm),它具有良好的阻裂性能。 

  该配合比混凝土R28强度平均可达到设计强度的112%,满足P10的抗渗要求,其平均劈裂抗拉强度为2.93 MPa。在抗压强度较原管片混凝土提高不多的情况下,其劈裂抗拉强度提高10%,说明该混凝土可以大大改善管片易开裂及抗冲击力差的缺陷,可有效减少收缩裂纹及运输和施工时管片的碎裂。 

河北11选5走势图  2。3  纤维混凝土的拌制 

  ⑴ 先将聚丙烯纤维散入料仓四壁,当骨料下料时可将其均匀带入搅拌机中。在料仓上搭设平台,台上放置钢纤维分散机,当骨料从皮带口下料进入料仓时,分层加入钢纤维,使钢纤维在混凝土中分散均匀。 

  ⑵ 因纤维混凝土在拌制过程中容易结团,从而影响混凝土性能,故在搅拌过程中必须采用强制式搅拌机;采用干拌与湿拌相结合的2次搅拌工艺;同时延长搅拌时间。 

  2.4  应用复合纤维混凝土的效果 

  ⑴ 从2007年9月至2008年12月共计生产复合纤维混凝土管片3 033环,期间经历了2007年底至2008年初的低温雨雪天气,管片蒸养后的出模平均温度在33℃,与生产环境的温差在30℃左右,但管片表面无任何收缩裂纹,极大地提高了管片的耐久性能。 

  ⑵ 传统混凝土管片在蒸养工艺结束后,为了减少因管片与生产环境温差产生的裂缝,通常会延长管片的出模时间,这就降低了管片的产能,而采用复合纤维混凝土管片,则不会发生这样的情况。 

  ⑶ 管片从生产出模至施工现场拼装,一般需经过6次吊运过程,其中任何一次的磕碰都会造成管片的破损及开裂。与传统混凝土管片相比,复合纤维混凝土管片可有效减少由于磕碰造成的损伤,经统计,大约可减少70%左右。 

  3  结语 

  ⑴ 纤维混凝土作为一种新型混凝土,它具有较好的抗磨损、抗破碎能力及抑制塑性裂缝产生等优点,在地铁钢筋混凝土管片的应用中取得了较满意的效果。 

  ⑵ 纤维混凝土管片的质量控制,在很大程度上取决于混凝土配合比和施工工艺,在混凝土搅拌、运输、浇筑及振捣的全过程中,应使纤维尽可能地均匀分布在混凝土基体中, 尽可能避免纤维在混凝土中集中于局部而形成纤维球团,从而保证纤维与混凝土基体之间有较大的增强作用。 

    ⑶ 纤维混凝土与普通混凝土相比,其优良的抗拉、抗弯性能已经得到认同,在工程上应用逐渐 

增多。相信在不久的将来,纤维混凝土一定会在更多的工程领域内显示出其潜在的优越性。



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