噴射混凝土技術(shù)的應(yīng)用

　　1. 鋼纖維的作用機(jī)理

　　混凝土的抗拉強(qiáng)度較低，一旦開(kāi)裂后會(huì)發(fā)生脆性破壞。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(kāi)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�韌度。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. 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(zhǎng)徑比在40-50，摻量較高，一般在80-120kg/m3；[3]冷拉型纖維通過(guò)對(duì)母材（盤(pán)條）的高速拉絲，大幅提高了抗拉強(qiáng)度，通常在1000MPa以上，長(zhǎng)徑比在60以上，摻量一般在35-65 kg/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。

　　（圖見(jiàn)附件）

　　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(guò)下式計(jì)算鋼纖維混凝土的彎曲韌度：

　　（計(jì)算公式見(jiàn)附件）

　　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(guò)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。

　　《歐洲噴射混凝土規(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。

　　鋼纖維混凝土既能作為初期支護(hù)、也可作為永久襯砌；和掛網(wǎng)相比有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)：

　　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(jiǎn)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(guó)很早就開(kāi)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(méi)有得到有效的推廣。90年代起，國(guó)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35-65 kg/m³，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(guò)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(wèn)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(guó)內(nèi)的一些工程中得到應(yīng)用。