钢—聚丙烯纤维混凝土在水工隧洞衬砌施工中的应用研究

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发布时间：2021-09-13

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钢一聚丙烯纤维混凝土在水工隧洞衬砌施工中的应用研究
张有红
(中铁十五局集团第六工程有限公司，河南洛阳471013)
摘要：钢一聚丙烯纤维混凝土有机结合了钢纤维混凝土强度高与聚丙烯纤维混凝土耐久性好的优点，在
复合材料领域引起广泛的关注。然而，对其在水工隧洞喷射衬砌施工中的应用研究还较少。本文通过
试验研究了钢一聚丙烯纤维混凝土水泥浆含量、钢纤维和聚丙烯纤维的掺量对混凝土基本力学性能的
影响，并结合水布垭导流隧洞工程实际探讨了现场施工工艺。
关键词：钢一聚丙烯纤维混凝土衬砌施工技术
中图分类号：TU528．572；TV672 ．1 文献标识码：A DOI：10．3969／i．issn．1003．1995．2013．08．26
钢纤维混凝土作为一种传统的喷射衬砌混凝土材
料，有较高的早期强度，然而钢筋极容易锈蚀，这会严
重影响钢筋混凝土耐久性。聚丙烯纤维(PPF)混
凝土相对于钢纤维混凝土具有化学稳定性好、不受氯
离子侵蚀、重量轻等特点。然而，聚丙烯纤维混凝土的
早期强度较低，这对隧道喷射衬砌施工不利。钢一聚
丙烯纤维混凝土是由短钢纤维、聚丙烯纤维、水泥、砂、
石、水以及必要的外加剂按一定比例配制而成的一种
新型复合材料，充分发挥了聚丙烯纤维混凝土耐久性
好和钢纤维混凝土早期强度高的优点。因此，将其应
用于地下水丰富的水工隧道喷射衬砌施工有着重要的
工程价值和广泛的应用前景。
目前，对钢一聚丙烯纤维混凝土的研究主要侧重
于其高温耐久性。如高丹盈和郑文忠等。进行了高
温下的抗爆裂性能试验研究，得出体积掺量2％的钢
纤维和0．2％的PPF可以有效防止混凝土爆裂，高温
下立方体混凝土的抗压强度也相对较高的结论。权
莉，陶文祥通过弯曲韧性试验发现在混凝土中掺人
钢纤维和聚丙烯纤维后显著提高了混凝土的弯曲
韧性。
对钢一聚丙烯纤维混凝土的研究多集中在室内的
力学特性研究，而对其在工程中的应用研究较少。本
文结合水布垭导流隧洞，对钢一聚丙烯纤维混凝土水
泥浆含量、钢纤维和聚丙烯纤维的合理掺量及其对混
凝土基本力学性能的影响进行研究，并对现场施工工
艺进行探讨。
收稿日期：2013-02．10；修回El期：2013．04．20
作者简介：张有红(1975一)，男，安徽怀宁人，高级工程师，硕士。
1 室内强度试验
1．1 原料
水泥采用32．5级普通硅酸盐水泥。粗骨料采用
工地附近石料厂生产的机制碎石，碎石粒径为5～20
mm，最大粒径不大于20 mm。细骨料采用天然中粗
砂。钢纤维为高强带钩纤维，长25 mm，直径0．4 mm，
抗拉强度不小于380 MPa。聚丙烯纤维长19 mm，抗
拉强度>350 MPa，弹性模量>3 500 MPa。
1．2 试验方法
按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》
(GBJ 82—85)及《公路工程水泥及水泥混凝土试验规
程》(JTG E30-2005)进行。
1．2．1 力学性能试验
本文首先进行钢一聚丙烯纤维混凝土的抗压和抗
折试验，按照规范中的要求来测试钢一聚丙烯纤维混
凝土的抗压强度和抗折强度。抗压试验试样尺寸150
mm x 150 mm×150 mm，试件养护24 h后脱模，在标
准养护条件(温度(20±3)oC，相对湿度不小于90％)
下养护，进行7 d，28 d和60 d强度试验。抗折强度试
验采用150 mm×150 mm×550 mm棱柱体试件，试件
24 h后脱模，在标准养护条件下养护，进行7 d、28 d
和60 d抗折强度试验。不同掺量(体积率)钢一聚丙
烯纤维混凝土的配合比见表1。
1．2．2 抗渗性能试验
此组试件分为A，B，C，D 4组。其中A为未掺加
钢一聚丙烯纤维，B组中掺入0．15％的聚丙烯纤维，D
组中掺人0．20％的钢纤维，c组掺人了0．15％聚丙烯
纤维和0．20％钢纤维。