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混杂纤维混凝土试验研究及其在地铁盾构管片中的应用.doc


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混杂纤维混凝土试验研究及其在地铁盾构管片中的应用
暨南大学硕士学位论文
摘要
现今工程应用中的地铁盾构管片主要以钢筋混凝土管片为主, 由于混凝土
为脆性材料,抗拉性能较差,使得其在运输和安装中容易破损和开裂,管片的破
损和裂缝对隧道的安全性和耐久性会产生不利影响,这些都是盾构法中较棘手但
又必须解决的问题。鉴于普通钢筋混凝土管片的诸多缺陷,采用混杂纤维混凝土
预制地铁盾构管片, 为提高地铁隧道的安全性和耐久性能提供了一条有效途径。目前国内纤维混凝土管片在盾构隧道中的应用多属于试验性阶段,还没有纤
维混凝土在盾构隧道中应用的完整规范和技术性文件来指导工程设计。混杂纤维
高强混凝土应用于地铁管片还需要进行许多综合研究工作,本文实验研究混杂纤
维混凝土搅拌工艺及钢纤维与聚丙烯纤维的加入对混凝土工作性能、力学性能、
耐久性能的影响。研究发现:
(1)水掺法搅拌工艺的混凝土拌合物成团成束现象最少,且纤维分散系数
最大,其拌制的纤维混凝土纤维匀质性最好;随着钢纤维掺量的增加,坍落度也
随之降低;当钢纤维掺量不变时,随着聚丙烯纤维掺量的增加,其纤维混凝土坍
落度也呈降低趋势,但能有效抑制混凝土的离析、泌水;控制钢纤维的加入量在
一定范围内不会大幅度增加混凝土容重;
(2)通过对7天和28天抗压强度分析可知:单掺聚丙烯纤维会降低混凝土
抗压强度,混掺钢纤维后能够达到增强效果,但纤维的加入对混凝土抗压强度提
高幅度不大;混凝土劈裂抗拉强度与抗折强度随着钢纤维掺量及聚丙烯纤维掺量
的增加而增大,混杂纤维混凝土劈裂抗拉强度相对于素混凝土最大提高比例能达
到 %,混杂纤维混凝土抗折强度相对于素混凝土最大提高比例能达到
%;当钢纤维与聚丙烯纤维混掺时,混凝土 7 天和 28 天韧度指数比素混凝
土及单掺钢纤维或聚丙烯纤维混凝土都要高,其韧度指数相比于素混凝土高约
倍左右;通过对钢纤维-基材界面过渡区、聚丙烯纤维-基材界面过渡区微观
形貌的观察可以发现,钢纤维、聚丙烯纤维与基材间没有紧密联结在一起,依然
存在一定的间隙;聚丙烯纤维-基材的界面过渡区结构较钢纤维-基材界面过渡
区松散,且其表面较之钢纤维要平滑许多,与浆体的机械啮合作用要较钢纤维差。
(3)研究混杂纤维混凝土耐久性能发现,掺入钢纤维及聚丙烯纤维会略微
降低混凝土抗***离子渗透性能,但降低幅度不大,NEL法评价单掺聚丙烯纤维混
I 暨南大学硕士学位论文
凝土、单掺钢纤维混凝土、混杂纤维混凝土***离子渗透性仍处于很低的水平。
3
(4)根据力学性能及耐久性能实验对比结果,选取 kg/m 的钢纤维和
3
kg/m 的聚丙烯纤维混掺为最佳配合比,在结合实验得到的混杂纤维混凝土
材料参数的基础上,进行钢筋混杂纤维混凝土管片的配筋设计,主筋可选用 8Ф
2
12钢筋(A A' 884mm ),不配箍筋。并通过ANSYS软件对混杂纤维混凝土管
s s
片进行数值模拟,验证了配筋的安全性、合理性。并简要进行了钢筋混杂纤维混
凝土管片的经济性分析。
[关键词] 混杂纤维混凝土;盾构管片;力学性能;耐久性能;经济性II 暨南大学硕士学位论文
ABSTRACT
Today the subway shield segment is mainly reinforced concrete pipe in
engineering applications, as the concrete is a brittle material, the tensile properties is
poor, making it prone to breakage and cracking during transportation and installation,
segment damage and cracks will be adversely affected on tunnel safety and durability,
these problems are difficult but must be solved in the shield. In view of the many
defects of the ordinary reinforced concrete shield segment, using the hybrid fiber
reinforced concrete prefabricated subway shield segment will provide an effective
way to improve the saf

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  • 时间2018-09-18