隧道高性能支護噴射纖維混凝土配比試驗研究

霍建勛，林傳年，劉 喆

(中國鐵路經(jīng)濟規(guī)劃研究院有限公司，北京 100038)

引言

川藏鐵路被稱為世界上最難建的鐵路，全線隧道共計198座，總長1 223.451 km，占線路總長的70.2%；特長隧道46座，長724.441 km[1-3]。隧道建設(shè)面臨軟巖大變形、高烈度、高地應(yīng)力、巖爆等工程難題，如何有效提高復(fù)雜環(huán)境下的山區(qū)隧道結(jié)構(gòu)服役性能和使用壽命是各方學(xué)者研究重點。

高強纖維噴射混凝土因其物理力學(xué)性能的優(yōu)越性被廣泛運用到隧道、邊坡、基坑等支護工程[4]，但由于目前對于高強纖維噴射混凝土外摻纖維可供選擇的種類較多且沒有相應(yīng)的配合比規(guī)范，導(dǎo)致在實際工程中高強纖維混凝土配制效果較差。

由于纖維摻量和種類的組合復(fù)雜多變性，導(dǎo)致現(xiàn)有的研究成果存在較大的差異。趙順波[5]通過實驗研究等體積鋼纖維替代粗骨料后鋼纖維高強混凝土的力學(xué)性能，結(jié)果表明：當(dāng)鋼纖維體積率不大于2%時，新拌鋼纖維混凝土工作性能滿足要求；夏冬桃[6]通過實驗研究混雜纖維噴射混凝土的彎曲韌性，得到摻入1.2%鋼纖維和0.11%聚丙烯纖維的試件彎曲韌性提高了18%；李秋義[7]通過實驗研究得出了鋼纖維混凝土的最佳用水量及最佳砂率；楊智碩[8]通過實驗研究玄武巖纖維摻量對超高強混凝土的力學(xué)性能影響，分析得到玄武巖纖維外摻量為2 kg/m3是最優(yōu)的；張長林[9]研究短切玄武巖纖維對纖維混凝土力學(xué)性能的影響，實驗結(jié)果表明短切玄武巖纖維摻入混凝土后會降低混凝土流動性；張志彪等[10]研究不同摻量鋼纖維對混凝土抗拉疲勞性能的影響，得出鋼纖維體積率1.0%混凝土抗疲勞性能更好；黃雪林等[11]研究單摻PVA纖維、單摻UPE纖維以及兩者混合摻入對混凝土強度的影響，得出混合纖維(UPE和PVA纖維體積摻量1∶1)混凝土較經(jīng)濟，綜合力學(xué)性能最高；焦紅娟等[12]通過試驗研究發(fā)現(xiàn)復(fù)摻纖維比單純的仿鋼纖維和鋼纖維混凝土有更好的韌性和延性，更適合于隧道噴射混凝土工程；王志杰[13-15]研究了混雜復(fù)合纖維對高性能混凝土斷裂性能的影響，分析得到了試驗中雙摻的最佳配比，混雜復(fù)合纖維可大大提高纖維混凝土耐久性。

綜上分析可以看出，目前對于高強纖維混凝土已取得了一定的研究成果，但大多研究成果僅針對單一種類的纖維或固定力學(xué)性能進行研究且對于高強纖維噴射混凝土配合比的研究相對匱乏，缺乏系統(tǒng)性分析多種纖維材料、纖維混雜對高強纖維噴射混凝土的性能影響及配合比研究。

高性能噴射混凝土強度等級一般在C30以上，具有較高強度和較強耐久性。JGJT 372—2016《噴射混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，鋼纖維噴射混凝土水泥用量不應(yīng)小于400 kg/m3，硅灰摻量不宜大于12%，水膠比不宜大于0.45，外加劑和礦物摻和料摻量應(yīng)通過試驗確定。川藏鐵路隧道擬采用主動支護體系，高強纖維噴射混凝土可提高混凝土強度及彎拉韌度，增強抗沖擊能力和對裂縫的控制，可很好適用于在川藏鐵路復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境。在基準(zhǔn)配合比上，采用室內(nèi)試驗對單摻端鉤型鋼纖維、聚丙烯纖維、波紋型鋼纖維、仿鋼纖維以及復(fù)摻纖維對高性能噴射混凝土抗壓、抗折、彎曲韌性等力學(xué)性能的影響規(guī)律進行研究，并提出高強纖維噴射混凝土的最優(yōu)配合比方案，以期對川藏鐵路隧道高強纖維噴射混凝土的使用提供技術(shù)支撐。

1 配合比設(shè)計及試驗方案

1.1 配合比設(shè)計

噴射混凝土配合比設(shè)計較普通混凝土設(shè)計更為特殊，既要考慮強度、耐久性等主要指標(biāo)要求，又要考慮噴射混凝土施工工藝對混凝土密實性及速凝劑凝結(jié)硬化結(jié)構(gòu)的影響。噴射混凝土配合比設(shè)計要確定材料性能目標(biāo)，一般用于噴射混凝土中的是C3S和C3A等含量較高，強度等級不小于P.O42.5硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥；粗骨料選用公稱粒徑≯16.0 mm的連續(xù)級配碎石、卵石或混合碎卵石；細骨料一般選用細度模數(shù)>2.5的山砂或河砂；纖維品種、規(guī)格、質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計要求，具有良好的分散性，不結(jié)團，不得有妨礙纖維與混凝土黏結(jié)的雜質(zhì)；減水劑摻量一般取水泥質(zhì)量的0.5%～1.5%。

強度作為高性能噴射混凝土的重要指標(biāo)之一，主要影響因素有水膠比、噴射成型密實效果、速凝劑強度折減情況、環(huán)境溫度和養(yǎng)護條件等。本次研究主要從噴射混凝土自身材料組成出發(fā)，對噴射混凝土的抗壓強度、抗折強度及抗彎韌性進行研究。

1.2 試驗原材料

1.2.1 水泥

結(jié)合川藏鐵路工程實際和現(xiàn)行GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》[16]規(guī)定，本次試驗水泥采用強度等級為42.5和52.5兩種水泥進行試驗，水泥主要參數(shù)見表1。

表1 試驗水泥主要參數(shù)

1.2.2 硅粉

硅粉物理性能如表2所示，符合現(xiàn)行規(guī)范GB/T 27690—2011《砂漿和混凝土用硅灰》[17]要求。

表2 硅粉主要物理參數(shù)

1.2.3 骨料

本次試驗粗骨料采用符合連續(xù)級配要求的石灰?guī)r質(zhì)5～10 mm粒徑碎石，細骨料采用石灰?guī)r質(zhì)機制砂，具體性能指標(biāo)見表3、表4。

表3 粗骨料主要性能指標(biāo)

表4 細骨料主要性能指標(biāo)

1.2.4 減水劑

本次試驗選用兩種不同聚羧酸系高性能減水劑，其主要性能指標(biāo)見表5。

表5 減水劑主要性能指標(biāo)

1.2.5 速凝劑

本試驗采用SBT?-N(Ⅱ)液體無堿速凝劑及ANS-AF液體無堿速凝劑，兩種速凝劑性能指標(biāo)見表6。

表6 SBT?-N(Ⅱ)液體無堿速凝劑性能指標(biāo)

1.2.6 纖維

據(jù)調(diào)研，目前纖維噴射混凝土主要采用添加鋼纖維、聚丙烯纖維、仿鋼纖維等。因此，本研究選用端鉤型鋼纖維、聚丙烯纖維、波紋型鋼纖維、仿鋼纖維開展研究，各纖維主要性能指標(biāo)見表7。

表7 不同纖維性能指標(biāo)

1.3 試驗工況

本次試驗依據(jù)室內(nèi)適配試驗，不斷微調(diào)配合比參數(shù)，使得混凝土保持良好的工作狀態(tài)，坍落度為160～200 mm，且已滿足噴射混凝土的流動性需求。最終確定了不摻纖維的噴射混凝土基準(zhǔn)配合比，如表8所示，其中水膠比為0.37，砂率為51%。

表8 基準(zhǔn)配合比 kg/m3

在基準(zhǔn)配合比基礎(chǔ)上，摻入不同種類、不同摻量的纖維進行試件制備以及對各工況試件進行力學(xué)性能試驗。為研究鋼纖維與其他纖維復(fù)摻對噴射混凝土性能的影響，選取端鉤型鋼纖維復(fù)摻聚丙烯纖維和高強仿鋼纖維進行研究，各試驗工況如表9～表11所示。

表9 單摻試驗工況

表10 復(fù)摻試驗工況

表11 彎曲韌性試驗工況

同時在制備試件時，通過調(diào)整減水劑和速凝劑摻量，保持摻入纖維后體積增加量按砂率不變原則，從砂石骨料中扣除，根據(jù)纖維的摻加量，對減水劑用量進行調(diào)整，使其保持相似的工作性。

1.4 試驗方法

1.4.1 混凝土試件制備

為最大限度還原實際工程，混凝土采用立式平口攪拌機進行攪拌，攪拌完成后倒入TK700型濕噴機料斗，開動濕噴機并調(diào)整進風(fēng)閥門使工作風(fēng)壓保持在0.3～0.5 MPa，將混凝土噴射入550 mm×450 mm×120 mm的大板內(nèi)。試件成型過程如圖1所示。

圖1 大板噴射過程

混凝土大板成型后，將其置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室養(yǎng)護24 h后脫模，繼續(xù)養(yǎng)護至試驗齡期。當(dāng)大板達到試驗條件之后分別制成棱柱體試件和圓柱體試件，試件制作過程如圖2所示。

圖2 切割與鉆孔過程

1.4.2 力學(xué)性能試驗方法

(1)抗壓及抗折強度試驗

抗壓強度試驗采用100 mm×100 mm×400 mm棱柱體試件；抗折強度試驗采用直徑100 mm、高100 mm的圓柱體試件，試驗過程如圖3所示。

圖3 抗壓抗折強度試驗

(2)彎曲韌性試驗

彎曲韌性試驗采用100 mm×100 mm×400 mm棱柱體試件。為使試件中部形成純彎段，采用四分點加載，加載控制方式為位移控制，加載速率為L/3 000 mm/min，其中，L為支座間跨度。試件變形撓度采用靜態(tài)應(yīng)變測試儀進行測定，試驗裝置如圖4所示。

圖4 彎曲韌性試驗

2 單摻纖維抗壓、抗折強度

2.1 端鉤型鋼纖維

根據(jù)試驗工況，端鉤型鋼纖維摻量分別為0，10，20，30 kg/m3，通過對單摻端鉤型鋼纖維(DD)各齡期抗壓強度進行試驗記錄，得到單摻端鉤型鋼纖維噴射混凝土抗壓強度隨齡期發(fā)展規(guī)律，如圖5所示。

圖5 不同配比端鉤型鋼纖維噴射混凝土強度發(fā)展規(guī)律

由圖5可知，各摻量配比下端鉤型鋼纖維噴射混凝土強度3 d齡期較1 d齡期時抗壓強度提高顯著，齡期3～28 d的抗壓強度增長較緩，且摻入端鉤型鋼纖維組較未摻端鉤型鋼纖維組齡期3～28 d的抗壓強度增長幅度更大。

當(dāng)以摻量為控制變量時，端鉤型鋼纖維不同摻量對噴射混凝土抗壓強度影響如圖6所示。

圖6 端鉤型鋼纖維摻量對噴射混凝土抗壓強度的影響

由圖6可知，鋼纖維摻量為10 kg/m3時較鋼纖維摻量為0 kg/m3時在各齡期均有較大增長，分別提升了117.0%、25.3%、44.4%；鋼纖維摻量20 kg/m3與30 kg/m3時，與10 kg/m3摻量對噴射混凝土抗壓強度基本相同。由此可知，鉤型鋼纖維摻量從0 kg/m3增加到10 kg/m3時，各齡期噴射混凝土的抗壓強度增長明顯，摻量繼續(xù)增加對各齡期噴射混凝土抗壓強度影響不大。

不同端鉤型鋼纖維摻量下噴射混凝土的抗折強度試驗結(jié)果如圖7所示。

圖7 端鉤型鋼纖維摻量對噴射混凝土28 d抗折強度的影響

由圖7可知，隨著端鉤型鋼纖維摻量增加，噴射混凝土抗折強度提升顯著，基本呈線性增長。當(dāng)纖維摻量為10，20，30 kg/m3時，28d抗折強度分別為6.6，7.5，8.8 MPa，較未摻鋼纖維分別提升了10%、25%、46.7%。

2.2 波紋型鋼纖維

根據(jù)試驗工況，波紋型鋼纖維摻量分別為0，20，30 kg/m3，通過對單摻波紋型鋼纖維(DB)各齡期抗壓強度進行試驗記錄，得到單摻波紋型鋼纖維噴射混凝土抗壓強度隨齡期發(fā)展規(guī)律，如圖8所示。

圖8 不同配比波紋型鋼纖維噴射混凝土強度發(fā)展規(guī)律

由圖8可知，摻加波紋型鋼纖維表現(xiàn)出與摻加端鉤型鋼纖維類似的強度發(fā)展規(guī)律，且當(dāng)波紋型鋼纖維摻量由20 kg/m3提升到30 kg/m3時，抗壓強度提升較小。

以摻量為變量，研究不同波紋型鋼纖維摻量對噴射混凝土抗壓強度的影響，試驗結(jié)果如圖9所示。

圖9 波紋型鋼纖維摻量對噴射混凝土抗壓強度的影響

由圖9可知，當(dāng)波紋型鋼纖維摻量從0增加到20 kg/m3時，各齡期波紋型鋼纖維噴射混凝土的抗壓強度增長明顯，從20 kg/m3增加到30 kg/m3時，對抗壓強度的增長有限。纖維摻量為20 kg/m3時，相較于未摻加纖維在各齡期分別提升了135%、40%、52%，纖維摻量為30 kg/m3時，相較于纖維摻量為20 kg/m3在各齡期分別提升了7%、3%、8%。

對于不同波紋型鋼纖維摻量對噴射混凝土抗折強度的影響，試驗結(jié)果如圖10所示。

圖10 波紋型鋼纖維摻量對噴射混凝土28 d抗折強度的影響

由圖10可知，波紋型鋼纖維的摻入顯著增加了噴射混凝土抗折強度，波紋型鋼纖維摻量為20 kg/m3的噴射混凝土28 d抗折強度相較于纖維摻量為0時提升了38.3%，隨著波紋型鋼纖維的摻量增加，抗折強度得到進一步提升，但提升效果有限，波紋型鋼纖維摻量為30 kg/m3相較于纖維摻量為20 kg/m3的28 d抗折強度僅提升了3.6%。

2.3 高強仿鋼纖維

根據(jù)試驗工況表9，高強仿鋼纖維摻量分別為0，3.8，7.6 kg/m3，通過對單摻高強仿鋼纖維(DF)各齡期抗壓強度進行試驗記錄，得到單摻高強仿鋼纖維噴射混凝土抗壓強度隨齡期發(fā)展規(guī)律，如圖11所示。

圖11 不同配比高強仿鋼纖維噴射混凝土強度發(fā)展規(guī)律

由圖11可知，3.8 kg/m3摻量下，1 d與3 d抗壓強度分別達到了28 d的46.7%、70.1%；7.6 kg/m3摻量下，1 d與3 d抗壓強度分別達到了28 d的52.8%、79.5%。

以摻量為變量，研究不同高強仿鋼纖維摻量對噴射混凝土抗壓強度的影響，試驗結(jié)果如圖12所示。

圖12 高強仿鋼纖維摻量對噴射混凝土抗壓強度的影響

由圖12可知，當(dāng)高強仿鋼纖維摻量從0增加到3.8 kg/m3時，各齡期噴射混凝土的抗壓強度增長顯著，高強仿鋼纖維摻量從3.8 kg/m3增加到7.6 kg/m3，各齡期噴射混凝土的抗壓強度又有了進一步提升，但提升幅度有限。當(dāng)纖維摻量為3.8 kg/m3時，相較于不摻加纖維，在各齡期分別提升了106.0%、13.8%、45.6%；當(dāng)纖維摻量增加到7.6 kg/m3時，相較于纖維摻量為3.8 kg/m3時，在各齡期分別提升了20.4%、20.7%、6.4%。

對于不同高強仿鋼纖維摻量噴射混凝土28d的抗折強度，實驗結(jié)果如圖13所示。

圖13 高強仿鋼纖維摻量對噴射混凝土28 d抗折強度的影響

由圖13可知，28 d抗折強度隨高強仿鋼纖維的摻量增加先上升后下降，當(dāng)纖維摻量為3.8 kg/m3時，28 d抗折強度為7.2 MPa，相較于未摻加纖維提升了20%，而纖維摻量為7.6 kg/m3時，28 d抗折強度為6.7 MPa，相較于纖維摻量3.8 kg/m3的噴射混凝土28 d抗折強度下降了6.9%，但仍高于未摻纖維。

2.4 聚丙烯纖維

由于聚丙烯纖維材料本身的特性，隨著齡期的變化對噴射混凝土抗壓強度影響較小，本次試驗不給予考慮，僅考慮聚丙烯纖維摻量對于噴射混凝土抗壓、抗折強度的影響，當(dāng)聚丙烯纖維摻量為0，0.3，0.6 kg/m3時，試驗結(jié)果如圖14、圖15所示。

圖14 聚丙烯纖維摻量對噴射混凝土28 d抗壓強度的影響

圖15 聚丙烯纖維摻量對噴射混凝土28 d抗折強度的影響

由圖14可知，聚丙烯纖維的摻入可提高抗壓強度，但增強效果隨摻量增加并不明顯。纖維摻量為0.3，0.6 kg/m3的聚丙烯纖維噴射混凝土28 d抗壓強度相較于纖維摻量為0時分別增加了52.3%、54.7%。由圖15可知，聚丙烯纖維對噴射混凝土抗折強度無明顯的提升作用。當(dāng)纖維摻量為0，0.3，0.6 kg/m3時，聚丙烯纖維噴射混凝土的抗折強度為6.0，6.0，6.1 MPa。

2.5 單摻試驗綜合分析

根據(jù)上述4種單摻纖維的試驗結(jié)果分析可知，不同纖維不同摻量對于噴射混凝土抗壓強度影響主要集中在齡期前3 d，對于3～28 d抗壓強度提升相對較小。分析各纖維摻量對于噴射混凝土抗折強度影響試驗結(jié)果可知，端鉤型鋼纖維、波紋型鋼纖維對噴射混凝土抗折強度提升較大；高強仿鋼纖維隨高強仿鋼纖維的摻量增加先上升后下降，在摻量3.8 kg/m3發(fā)生轉(zhuǎn)折；聚丙烯纖維對噴射混凝土抗折強度無明顯提升作用。

為更好地探究各單摻纖維對噴射混凝土力學(xué)性能的影響，結(jié)合上述試驗結(jié)果將端鉤型鋼纖維、波紋型鋼纖維、高強仿鋼纖維在同體積摻量下進行對比試驗分析。同體積摻量下，端鉤型鋼纖維摻量為30 kg/m3、波紋型鋼纖維摻量為30 kg/m3以及高強仿鋼纖維摻量為7.6 kg/m3時，他們的體積摻量均為0.38%。3種纖維對噴射混凝土抗壓強度的影響試驗結(jié)果如圖16所示。

圖16 不同種類鋼纖維對噴射混凝土抗壓強度的影響

由圖16可知，3種纖維均能大幅度提升噴射混凝土各個齡期的抗壓強度，且30 kg/m3摻量下，波紋型鋼纖維對抗壓強度的提升優(yōu)于端鉤型鋼纖維，而高強仿鋼纖維7.6 kg/m3摻量下，對抗壓強度的提升介于兩者之間。

相同試驗條件下，3種纖維對噴射混凝土抗折強度影響試驗結(jié)果如圖17所示。

圖17 不同種類鋼纖維對噴射混凝土抗折強度的影響

根據(jù)圖17可知，端鉤型鋼纖維的摻入對1 d、3 d抗折強度的提升作用明顯優(yōu)于波紋型鋼纖維，28 d時兩者抗折強度接近，高強仿鋼纖維對抗折強度的提升不明顯。

3 復(fù)摻纖維抗壓、抗折強度

由于各纖維的性能不同，綜合兩種纖維的優(yōu)點補足單摻纖維性能缺陷才能使高強噴射混凝土具有更好的力學(xué)性能。根據(jù)復(fù)摻試驗工況，本次試驗采用2組復(fù)摻試驗進行分析，探究復(fù)摻纖維對噴射混凝土力學(xué)性能影響。

3.1 復(fù)摻端鉤型鋼纖維和聚丙烯纖維

為研究端鉤形纖維和聚丙烯纖維復(fù)摻對噴射混凝土抗壓強度的影響，根據(jù)單摻試驗的試驗結(jié)果選出2種纖維的合理摻量，本次復(fù)摻試驗端鉤型鋼纖維30 kg/m3，聚丙烯纖維0.3，0.6 kg/m3，兩種不同摻量的組合名稱為D30+J0.3和D30+J0.6。為體現(xiàn)復(fù)摻纖維與單摻纖維對噴射混凝土抗壓、抗折強度影響的差異，選擇未摻纖維(DD0)、單摻端鉤型鋼纖維30 kg/m3(DD30)、單摻聚丙烯纖維0.6 kg/m3(DJ0.6)進行對比試驗。其抗壓強度試驗結(jié)果如圖18所示，抗折強度試驗結(jié)果如圖19所示。

圖18 復(fù)摻端鉤型鋼纖維和聚丙烯纖維對抗壓強度的影響

圖19 復(fù)摻端鉤型鋼纖維和聚丙烯纖維對抗折強度的影響

由圖18可知，復(fù)摻纖維對噴射混凝土的抗壓強度增強效果更為明顯，相較于未摻纖維28 d抗壓強度提高了59.8%。由圖19可知：當(dāng)齡期為28d時DD0、DD30、DJ0.6、D30+J0.3、D30+J0.6，噴射混凝土抗折強度分別為6.0，8.8，6.1，10.1，9.3 MPa，可知D30+J0.6噴射混凝土抗折強度增強效果最好。

3.2 復(fù)摻端鉤型鋼纖維和高強仿鋼纖維

為探究復(fù)摻端鉤型鋼纖維和高強仿鋼纖維對噴射混凝土抗壓、抗折強度的影響，本次復(fù)摻試驗選擇端鉤型鋼纖維30 kg/m3和高強仿鋼纖維3.0，6.0 kg/m3分別復(fù)摻(D30+F3、D30+F6)，同時選擇單摻DD0、DD30進行對比試驗。其抗壓強度試驗結(jié)果如圖20所示，抗折強度試驗結(jié)果如圖21所示。

圖20 復(fù)摻端鉤型鋼纖維和仿鋼纖維對抗壓強度的影響

圖21 復(fù)摻端鉤型鋼纖維和高強仿鋼纖維對抗折強度的影響

由圖20可知，同齡期下復(fù)摻兩種纖維，抗壓強度不及單摻端鉤型鋼纖維，且隨著復(fù)摻配比中高強仿鋼纖維摻量上升，抗壓強度降低。D30+F3、D30+F6配比相較于DD30配比28 d抗壓強度分別下降了2.2%、6.5%，復(fù)摻端鉤型鋼纖維和高強仿鋼纖維并不利于抗壓強度的提高。

由圖21可知，復(fù)摻纖維中D30+F6配比較未摻加纖維噴射混凝土的抗折強度提升十分有限。D30+F3、D30+F6配比相較于DD30配比28 d抗折強度分別下降了31.8%、21.6%，復(fù)摻端鉤型鋼纖維和高強仿鋼纖維并不利于抗折強度的提高。

4 抗彎韌性

綜合考慮單摻纖維和復(fù)摻纖維對噴射混凝土性能影響，抗彎韌性試驗選擇單摻端鉤型鋼纖維0，10，20，30 kg/m3(DD0、DD10、DD20、DD30)，以及30 kg/m3端鉤型鋼纖維和0.6 kg/m3纖維(D30+J0.6)和30 kg/m3端鉤型鋼纖維和6 kg/m3高強仿鋼纖維(D30+F6)分別進行試驗。試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)摻量為0時，試件發(fā)生了脆性破壞，隨著摻量增加，纖維噴射混凝土彎曲韌性逐漸增大。復(fù)摻配合比中，D30+J0.6配合比的增韌效果相較于單摻端鉤型鋼纖維30 kg/m3有所提升，而D30+F6配合比試驗結(jié)果表明，二者復(fù)摻未起到良好的增韌效果。綜合試驗結(jié)果，各配合比噴射混凝土彎曲韌性特征參數(shù)如表12所示。

表12 噴射混凝土彎曲韌性特征參數(shù)

5 高強噴射混凝土最優(yōu)配合比

結(jié)合單摻和復(fù)摻抗壓抗折強度、抗彎韌性試驗，纖維對于高強噴射混凝土性能的影響根據(jù)其摻量和材料特性，可能出現(xiàn)正影響，也可能出現(xiàn)負影響。為取得適用于本工程的高強噴射混凝土最優(yōu)配合比，對單摻纖維、復(fù)摻纖維不同配合比的噴射混凝土性能進行綜合比較。其中，單摻端鉤型鋼纖維30 kg/m3(DD30)與復(fù)摻端鉤型鋼纖維30 kg/m3、聚丙烯纖維0.6 kg/m3(D30+J0.6)配合比各項性能指標(biāo)均達到高強纖維噴射混凝土的要求，具體性能見表13。

表13 高強纖維噴射混凝土最優(yōu)配比性能

6 結(jié)論與建議

通過抗壓強度、抗折強度、彎曲韌性試驗，研究了單摻與復(fù)摻纖維對噴射混凝土性能的影響，得出主要結(jié)論如下。

(1)通過研究不同纖維噴射混凝土的強度發(fā)展規(guī)律發(fā)現(xiàn)，噴射混凝土1～3 d抗壓強度發(fā)展迅速，3 d抗壓強度可達到28 d強度的75%以上，3～28 d抗壓強度發(fā)展速度大幅降低。

(2)不同纖維的摻入均能一定程度上提高噴射混凝土的抗壓強度。相同體積摻量下(0.38%)，波紋型鋼纖維對抗壓強度的提升幅度最大，28 d抗壓強度提高了64.0%。而抗折強度方面，端鉤型鋼纖維的提升效果最好，28 d抗折強度提升了46.7%。

(3)研究兩種纖維復(fù)摻對噴射混凝土強度的影響發(fā)現(xiàn)，D30+J0.3抗壓強度低于DD30噴射混凝土、抗折強度優(yōu)于DD30的配比，D30+J0.6抗壓強度、抗折強度均優(yōu)于DD30噴射混凝土。

(4)研究典型配比噴射混凝土的彎曲韌性發(fā)現(xiàn)，DD30相較于DD0噴射混凝土等效彎曲強度增加了48.2%。

(5)根據(jù)各項力學(xué)性能試驗比較，DD30與D30+J0.6為最優(yōu)配合比。

研究基于試驗室環(huán)境及相關(guān)計算參數(shù)研究得出了最優(yōu)配合比，由于川藏鐵路建設(shè)環(huán)境復(fù)雜，在具體使用時，應(yīng)結(jié)合川藏鐵路隧道施工實際，開展現(xiàn)場試驗。