鋼筋混凝土論文
摘要：通過對鋼纖維混凝土特性的試驗研究，得到鋼纖維含量對其特性的影響，通過分析鋼纖維混凝土優(yōu)良特性在隧道初期支護中的應用，得到鋼纖維混凝土在隧道初期支護中可得到廣泛應用。通過分析混凝土材料的組成與其施工過程中的注意事項，為施工過程充分發(fā)揮鋼纖維混凝土優(yōu)良特性提供借鑒作用。
關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土論文
引言
鋼纖維混凝土憑借其優(yōu)良的抗剪性、耐沖擊性、耐疲勞性和高韌性等特性在國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中得到廣泛應用，所謂鋼纖維混凝土，即在普通素混凝土中根據(jù)相關(guān)設(shè)計均勻亂向設(shè)置一定量的鋼纖維，形成的新型復合材料。根據(jù)新奧法隧道支護理論，對于初期支護的要求為及時、密貼、柔性和具有變形的能力，鋼纖維混凝土的特性剛好能夠滿足新奧法隧道初期支護理論，在國外已經(jīng)得到廣泛應用。由于國內(nèi)在噴射機械、噴射施工等方面原因，鋼纖維混凝土在國內(nèi)初期支護噴射混凝土施工中應用較少。但是采用鋼纖維噴射混凝土可以減小斷面，具有較高的強度，而且韌性好，尤其在單襯砌施工中應用相對于復合式襯砌施工簡便。日本在對不良底層修補工作中已經(jīng)較多采用鋼纖維混凝土，英國也已經(jīng)利用鋼纖維混凝土代替鋼網(wǎng)對隧道進行加固，我國在水工隧道與礦山等工程中也開始使用，試驗效果很好，也已經(jīng)開始推廣工作。
1濕噴的鋼纖維混凝土力學特性
由于鋼纖維混凝土是由混凝土和鋼纖維組成的，因此鋼纖維混凝土的力學特性與這兩者之間關(guān)系緊密。對于普通素混凝土，材料內(nèi)不可避免的存在微裂縫，當這些裂縫由于應力集中導致裂縫的擴展，逐漸發(fā)展為宏觀裂縫，其材料的破壞過程就是裂縫的擴展過程。而對于鋼纖維混凝土，由于鋼纖維的存在，其力學特性根據(jù)實驗得到，其破壞過程可以分為彈性階段、裂縫擴展階段，裂縫擴展階段和最終的纖維拔出階段，這些階段可見圖1。正是由于鋼纖維的加入，使得鋼纖維混凝土應力——應變曲線下降段發(fā)生變化，使得脆性破壞變?yōu)樗苄云茐模丛阡摾w維的抗拉強度達到極限后才會出現(xiàn)裂縫穩(wěn)定擴展。
1.1鋼纖維混凝土的物理力學特性
經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，隨著鋼纖維含量的增加，鋼纖維混凝土的抗拉、抗壓和抗折性能均有增強。噴射混凝土中速凝劑和減水劑的含量對早期強度有較大的影響，隨含量增加，其早期強度也得到提高，嚴格把控其含量有利于隧道開挖初期隧道圍巖的變形。通過添加一定量亂向分布的鋼纖維使得噴射混凝土強度提高的原因在于鋼纖維可以在水泥砂漿的作用下插入隧道圍巖表面，使得噴射混凝土與圍巖的黏結(jié)性提高，增加了兩者之間的抗拉強度，有效降低噴射混凝土的掉塊。在普通的混凝土中通過添加鋼纖維、礦粉等材料可以有效提高混凝土的塑性和初期的抗拉強度，可以大大降低噴射混凝土由于干縮導致的收縮裂縫，進而減小了噴射混凝土中的空隙。除此之外，礦粉等材料具有微膨脹作用，可以提高混凝土的抗?jié)B能力。
1.2鋼纖維噴射混凝土彎曲特性
在隧道噴錨支護結(jié)構(gòu)中，噴射混凝土不可避免的承受部分彎曲應力，此時鋼纖維混凝土的特性就可較好解決此問題，鋼纖維混凝土由于其緊密貼合在隧道圍巖表面，可以在隧道圍巖的變形過程中提供抗力，使得噴射混凝土出現(xiàn)彎曲，當采用素混凝土進行噴射時，容易出現(xiàn)彎曲裂縫，而鋼纖維混凝土由于鋼纖維的作用，增加其彎曲韌性，可大大減小彎曲裂縫的產(chǎn)生。鋼纖維混凝土在其出現(xiàn)裂縫之前混凝土本身材料提供主要承力，但是在混凝土出現(xiàn)裂縫之后，鋼纖維混凝土的力學特性主要由鋼纖維的含量與特性決定，在近年來，我國對鋼纖維混凝土裂后特性評價研究較多，在各種規(guī)范與試驗中，一般都采用能量法或者強度法，再就是特征點法通過鋼纖維混凝土梁板結(jié)構(gòu)的.彎曲試驗得到，根據(jù)得到的荷載—撓度曲線來評定鋼纖維混凝土產(chǎn)生裂縫后的力學特性。如圖2所示，即為在不同的鋼纖維含量前提下進行的混凝土梁板結(jié)構(gòu)實驗得到的荷載—撓度曲線圖。從圖2中可以得到，當荷載較小時，混凝土并未出現(xiàn)裂縫，鋼纖維與混凝土材料共同發(fā)揮作用，一同承受荷載，而且荷載—撓度曲線近似直線，隨著荷載的增加，微裂縫逐漸發(fā)展為宏觀裂縫，此時的荷載—撓度曲線為非線性，而且不同鋼纖維含量的情況下曲線不同，加入40kg/m3鋼纖維時混凝土的抗彎強度提高14.4%，而加入45kg/m3鋼纖維時混凝土的抗彎強度提高23.7%，由此可以得到鋼纖維對混凝土的抗彎與抗拉性能有較大的提升。
2濕噴混凝土配比設(shè)計
在保證噴射混凝土強度的前提下，為降低噴射混凝土的回彈率其配比需要嚴格按照設(shè)計進行把控，在混凝土配比設(shè)計過程中，當水灰比確定以后，噴射混凝土的配比設(shè)計應將重點放在保證混凝土和易性上，而且要保證混凝土的坍落度保持在10cm左右，并具有較好的黏聚力。根據(jù)我國相關(guān)規(guī)定，對于混凝土骨料的最大粒徑一般推薦為15mm，含沙率保持在50%左右，而國外資料顯示，噴射混凝土骨料的最大粒徑一般為10mm，含沙率較高，一般為60%～70%。
2.1材料組成
噴射混凝土的材料有砂、骨料、水泥、水和速凝劑等。砂一般為中粗砂，其細度模數(shù)要不得小于2.5，能夠通過5mm的篩子。對于骨料要除去低于5mm的石粉，而且粒徑不得超過15mm。水泥一般采用425﹟硅酸鹽水泥。速凝劑的含量則根據(jù)速凝時間確定，對于噴射混凝土，其初凝時間一般不得大于5min，終凝時間不得小于10min，28d齡期強度保持率要保證大于70%。
2.2噴射混凝土的配比
在噴射混凝土的配比過程中，首先應進行初配，即在試驗室進行各種配比的混凝土試驗，注意坍落度要保持在8~15cm之間，進行現(xiàn)場試驗，根據(jù)現(xiàn)場試驗中噴射混凝土的和易性與強度作為判斷標準進行調(diào)整優(yōu)選，根據(jù)統(tǒng)計得到濕噴混凝土初配一般用量。在初始配比中進行最佳配比的確定，對于采用TK961式濕噴機進行混凝土噴射時混凝土的和易性作為相關(guān)之比進行判斷。根據(jù)現(xiàn)場試驗得到，TK961式濕噴機進行工作時所需的風壓一般要大于0.5MPa，噴射混凝土的塌落度在11cm左右時較為理想，可以通過在噴射混凝土添加鋼纖維或者硅粉大大降低混凝土的回彈率，根據(jù)試驗統(tǒng)計分析得到濕噴混凝土的最佳配比。
3濕噴混凝土施工注意事項
鋼纖維混凝土的濕噴工藝施工過程要嚴格控制，要按最佳配比進行混凝土材料的配置，并加入攪拌機攪拌均勻，混凝土的制作過程要嚴格按照施工工藝要求進行，將攪拌好的濕噴混凝土利用專用的運輸設(shè)備運至濕噴機，通過料斗將制作好的混凝土加入濕噴機，進而進行濕噴工作。
3.1濕噴機濕噴過程要點
首先要保證濕噴混凝土達到相關(guān)要求，例如和易性較好，混凝土的塌落度要在8~15cm之間，速凝劑的添加時間與添加量要滿足設(shè)計要求，在濕噴過程中濕噴機的風壓不得小于0.5MPa，而且風量也要足夠大，不得小于10m3/min，為了降低噴射混凝土的回彈，濕噴機的噴嘴與隧道圍巖之間的距離和角度要特別注意。
3.2機械設(shè)備
為了保證濕噴工作的正常進行需要混凝土攪拌機，一般采用強制式或者錐形反轉(zhuǎn)出料的攪拌機。混凝土攪拌制作完成后，需要將其運輸至施工地點，故需要混凝土的運輸設(shè)備，一般為6m3的混凝土運輸車并配有約0.75m3左右的料槽一個，當混凝土運輸至濕噴機后，濕噴機進行濕噴工作需要動力，一般需要電動空壓機，具體功率與供風能力根據(jù)具體工程施工決定。
3.3人員配備
為保證施工工作的正常進行，需要專門人員進行施工，其中包括濕噴機司機與噴射手，運輸人員和混凝土攪拌人員、帶班人員等。
4結(jié)語
(1)通過向混凝土中添加鋼纖維可以大大提高混凝土的抗拉性能、抗彎性能和抗剪性能，由于鋼纖維的存在使得混凝土的耐久性也到較大提升。(2)通過試驗得到，鋼纖維混凝土中鋼纖維的含量對其性能影響較大，在一定條件在，鋼纖維的含量越高，混凝土的抗彎性能越強。(3)鋼纖維混凝土要想得到較好的特性，必須對其材料配比進行嚴格控制，施工過程中對關(guān)鍵點特別注意才能保證鋼纖維混凝土的優(yōu)良特性。(4)鋼纖維混凝土憑借其特性在隧道初期支護中具有較大優(yōu)勢，相信在未來一段時間內(nèi)會有鋼纖維混凝土在隧道初期支護中具有廣泛應用。
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