隧洞初期支护喷射混凝土结构纤维与钢筋网增强方式对比研究

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1、2014年第2期混凝土与水泥制品总第214期一单位长度(1m)的衬砌内的钢筋面积，71。一弯曲韧度(N·ram)，对应挠度为L／150mm2；(即3mm)下荷载一挠度曲线包含的面积；一钢的屈服强度，N／mm2。b一试件截面平均宽度，mm；结构纤维增强喷射混凝土的抗弯能力按式(2)d一试件截面平均厚度，mm。计算：2．2基于能量表征方式的结构纤维与钢筋网混凝=(bh)／6(2)土韧性测试式中，慨一结构纤维增强喷射混凝土衬砌可承载等效抗弯强度是在混凝土试件挠度为3ram下的最大弯矩，N·mm；进行的计算，但实际工程中隧道围岩条件较差情况一结构纤维混凝土的等效抗弯强度，N，下围岩变形有可能较大，

2、因此，需要对大挠度条件mm2；下纤维喷射混凝土的韧性进行测试，并与钢筋网混b一衬砌的单位长度(1000mm)：凝土进行对比．以验证纤维喷射混凝土是否可以达h一衬砌的厚度，mm。到钢筋网的增韧效果。当用结构纤维取代钢筋网时，令≥Ms，求得试验按照ASTMC1550—10进行．试验装置见结构纤维混凝土最低等效抗弯强度)，若结构纤图3。利用试验测得的荷载一挠度曲线即可通过积分维混凝土的值与掺量关系已知，即可得出在何种．计算荷载起始点和指定中心挠度(5ram、10ram、掺量下该结构纤维可以达到所需的增强效果。2试验2．1结构纤维混凝土等效抗弯强度测试试验按照ASTMC1609／C1609M一10

3、进行[81．试验装置示意图见图2。50150150l5050ff图3ASTMC1550—10试验装置娄0V一、20ram、40mm等)之间试件的能量吸收值。一誊曩黑薯i嚣舞譬r,-I位移计．『I2．3试验方案225J225试验所用C30喷射混凝土配合比见表1。水泥550选用P·042．5；细骨料为天然河砂，细度模数2．9；图2纤维混凝土弯曲性能试验装置示意图粗骨料最大粒径为12mm；减水剂为羧酸系减水剂；纤维混凝土fe值根据式(3)计算：速凝剂掺量为胶凝材料的4％；采用的RL60纤维材：质为聚烯烃，长度60mm，抗拉强度640MPa，弹性模．e一————(3J)，6d量10GPa；钢筋网钢

4、筋规格为HPB235，直径6mm，式中，～等效抗弯强度，N／mm；间距200mm：水胶比为0．43。喷射工艺采用湿喷。表1C30喷射混凝土配合比km等效抗弯强度试验(AsTMC1609／C1609M—lO)组，分别为JZ(基准，不掺纤维或钢筋)、RL60@3分4组，分别为JZ(基准，不掺纤维或钢筋)、(RL60掺量为3kg／m)、RL60@6(RL60掺量为6kg／RL60@I(RL60掺量为Ikg／m)、RL60@3(RL60掺量m。)、06@200(钢筋直径6mm、间距200mm、置于试为3kg／m)、RL60@6(RL60掺量为6kg／m)，每组3件中心位置)，每组3个试件，结果取平

5、均值。个试件，结果取平均值。3试验结果与讨论弯曲韧性能量吸收试验(ASTMC1550—10)分43．1等效抗弯强度——48——赵正，李强，刘国平，等隧洞初期支护喷射混凝土结构纤维与钢筋网增强方式对比研究z图4为等效抗弯强度试验结果，通过回归分析得出纤维掺量(r)与等效抗弯强度()之间的函数关系式为：=一0．033v／+0．75vs-t-0．55(4)经方差分析得出相关系数尺=1．显著性水平P<0．0001。由此可见．RL60纤维在1-6kg／m掺量范围内，与很好地符合公式(4)的二次函数关系式，若纤维掺量已知，可以直接通过公式(4)求出纤维混凝土的等效抗弯强度。Ol23456通过公式(1)

6、、(2)、(4)便可计算一定掺量下纤纤维掺l／(kg／m3)维可以取代的单位长度(1m)内钢筋面积，结果见表2，反之亦可。图4纤维掺量与等效抗弯强度间的关系表2纤维掺量与配筋间的对应关系(ho=30mm)Bd乏骥静较543210OOO0砌0O3．2基于能量表征方式的结构纤维与钢筋网混凝挠度范围内能量吸收值均高于06@200钢筋网(见土韧性图6)，而且在18ram低挠度范围内，残余承载力均素混凝土是脆性显著、韧性较差的结构材料，当高于钢筋网(见图5)。混凝土受力超过自身抗力并产生裂缝时，裂缝迅速表3各试件峰值荷载及不同挠度范围内能量吸收值扩展并断裂(见图5中JZ曲线)，混凝土破坏时变形较小，

7、而“新奥法”隧洞初期支护需要支护与围岩同时变形、吸收变形能，喷射混凝土应具有较强的变形能力。这就需要通过配筋或掺纤维来实现。在隧洞环境下架设钢筋网存在诸多难点与弊端，而通过掺纤维替代钢筋网则可以克服这些问题，并且减少了工序、节省了造价。咖涩0510152O253O3540中心挠度／mm图6各试的中心挠度一能量吸收值曲线图5各试的中心挠度一荷载曲线4结论表3为各试件峰值荷载及不同挠度范围内能(1)通过等效抗弯能力计算，可以