科技创新

“MAMF”纤维在隧道二次衬砌混凝土中的应用

2017/6/2 14:29:04 来源:本站 点击:

摘要:严寒地区隧道二次衬砌渗漏水现象较为普遍,不仅对隧道的使用寿命造成很大的影响,同时也严重影响了隧道运营期间的行车安全。本文结合拉脊山隧道工程实际通过现场试验采取在隧道二次衬砌混凝土中添加麦富纤维,有效的提高了混凝土的抗渗、抗裂及抗压性能,较好的杜绝了隧道渗漏水的发生。从而保证了工程施工质量,对今后类似隧道施工具有较好的借鉴作用。同时为今后的隧道运营提供了良好的行车环境。

关键词:MAMF    纤维    隧道     抗渗    抗裂

一、工程概况

我单位承建的青海省西久公路拉脊山隧道工程左线出口端在施工过程中由于地下水极其丰富,且隧道初期支护喷射混凝土本身并不具备抗渗性能,致使隧道初期支护施工完成后渗漏水现象严重。其中ZK21+420-ZK21+380段隧道初期支护渗漏水现象最为严重。通常情况下隧道二次衬砌采用在混凝土中添加防水剂,以达到抗渗效果,防止渗漏水现象的发生。但在实际施工过程中,二次衬砌施工完成后仍出现不同程度的渗漏水现象。为更加有效的防止隧道二次衬砌发生渗漏水现象,我单位除在原设计基础上增强排水系统外,采取在二次衬砌混凝土中添加麦富纤维,以达到提高混凝土的抗渗和抗裂性能的目的,从而有效的预防了隧道二次衬砌渗漏水的发生,取得了较好的效果。有效的保证了隧道结构安全和运营期间的行车安全。

二、隧道二次衬砌渗漏水原因分析

1.衬砌开裂产生渗漏水

首先寒区隧道施工过程中受围岩条件等因素的影响,导致支护结构变形过大、开裂破坏等现象;其次由于通常情况下隧道施工均采用二次衬砌紧跟的施工方法,造成二次衬砌受力较早。另外,由于混凝土骨料的收缩,混凝土干缩,冻融循环,早期冻裂等原因造成混凝土开裂。

以上原因导致隧道二次衬砌结构开裂和防水层的破坏。隧道衬砌结构破坏后,随之而来的是隧道二次衬砌渗漏水现象的发生。

2.施工原因导致渗漏水

首先,二衬混凝土振捣不密实或出现漏振,形成疏散层和蜂窝,或留下各种形状的透水通道。其次,衬砌混凝土时,由于混凝土发生离析,造成混凝土内泌水通道增加,形成渗流现象。

以上两个因素是导致隧道二次衬砌发生渗漏水的主要原因。为有效的控制隧道冻害的发生,防止隧道二次衬砌发生渗漏水现象,除了在施工过程中加强施工质量外,提高混凝土的抗裂性能和抗渗性能是非常必要的。

三、麦富纤维的作用机理

1.抗裂性能

麦富纤维是一种多功能改性矿物纤维,是从矿物岩石中以独特工艺提取的拥有晶体管状结构的高强度、高弹模纤维。麦富纤维产品的主要参数如下表:

原料成分

Mg6(Sl4O10)(OH8)

抗拉强度

 333-374Kgf/mm2

纤维类型

晶体管状结构

弹性模量

3000-16000Kgf/mm2

密度

3.1g/cm3

抗碱性

极强

熔点

1520oC

导电性

极低

比表面积

13-22m2/g

导热性

0.198W/m·k

纤维规格

直径20-50nm
长度0.25-1.4;1.4-4.8mm

碱膨胀值

0.023%

由于纤维以单位体积内少量均匀分布于混凝土内部,故微裂缝在发展的工程中必须遭遇到纤维的阻挡,消耗了能量,难以进一步发展,从而阻断裂缝达到了抗裂的作用。纤维的加入犹如在混凝土中掺入巨大数量的微细筋,这些细筋抑制了混凝土开裂的进程,提高了混凝土的断裂韧性,而这些单靠加强钢筋时不能实现的。

混凝土中添加纤维后并不会使纤维混凝土起始破坏张力强度大幅增加,却可使破坏应变明显提高,使纤维混凝土具有较佳的韧性,耐冲击性,挠曲强度以及抗裂能力。纤维与混凝土间的拉应力传递借着纤维界面的剪应力及纤维的拉应力消散能量,混凝土受力破坏前,能量由混凝土与纤维共同承受,此时明显增强混凝土的力学性质。当混凝土开裂后,作用力即由纤维表面的剪力变形传递至邻近纤维上。此时会有两种应力变形产生,一是纤维从混凝土中拉出,另一种情况为纤维拉断。为了保持一定的拉脱能力,可加长纤维长度,使其大于纤维拉出临界长度外;另一方面可增加纤维表面摩擦能力,提升纤维被拉出混凝土的抵抗力。而且当混凝土裂开后,在混凝土中纤维可将局部内应力消散,并把内应力所造成裂缝及原有裂缝传播途径截断,防止混凝土初期固化之塑性干缩裂缝发生,达到防裂的目的。

2.抗渗性能

在混凝土中掺加适量微细纤维可有效的抑制其早期干缩微裂及离析裂纹的产生及发展,极大减少混凝土的收缩数量,尤其是有效抑制了连通裂缝的产生。均匀分布在混凝土中彼此相搭接的大量纤维起着“承托”骨料的作用,降低了混凝土表面的析水与骨料的离析,从而使混凝土中的空隙含量大大降低,可以极大地提高抗渗能力。

四、麦富纤维的使用方法和步骤

麦富纤维由于不腐烂、不变质,易于储存,便于运输。同时它和混凝土骨料、外加剂、掺合料和水泥都不会有任何冲突,对搅拌设备及施工工艺也没有特别的要求。施工时,可根据配比直接将整袋纤维投入搅拌机或分次投入,只要适当保证搅拌时间即可使用,无论是混凝土搅拌站还是在施工现场搅拌,都十分简便。

⑴根据建议掺量及每盘搅拌之混凝土方量,准确称纤维量。

⑵砂石料备好后,将纤维加入。

⑶将集料连同纤维一起加入搅拌机,加水搅拌。

⑷搅拌完成后随即取样,如纤维已均匀分散成单丝,则混凝土 可投使用,如果仍有成束纤维测延长时间3分钟,即可使用。

⑸加入纤维的混凝土同普通混凝土施工及养护工艺完全相同。

注意事项:加入纤维,混凝土原配比不变。加入纤维后,混凝土粘聚行增强,坍落度程度有很小的损失,单不会对工作性有不利影响。

五、各项技术性能对比

⑴抗裂性能

测试方法:我单位分别制作了体积掺量为0.6 kg/m3和1.2 kg/m3的纤维混凝土和无纤维混凝土试件共三组,均采用标准条件下进行养护。养护28天后采用GBJ81-85检测方法对三组样品进行劈裂抗拉试验,当试样在受到相同劈裂抗拉荷载时,无纤维混凝土试件完全断开,而加有麦富纤维的混凝土试件,在达到相同劈裂荷载时,试件仍保持为一体。测试结果如表:

纤维规格(mm)

体积掺量(kg/m3)

裂纹减少量(%)

0.25

0.6

76.6

0.25

1.2

96.1

1.0

0.6

89.6

1.0

1.2

100

结果显示:加入“MAMF”纤维后,混凝土的韧性、抗裂性能大大增强。由于“MAMF”纤维是中空管状结构纤维,而且表面进行了特殊处理,因此纤维在水泥浆中具有极佳的分散性,同水泥基料有极强的粘结力,这一点也是麦富纤维不同于其它纤维的最主要的微观结构形式,也决定了纤维在混凝土中发挥更有效的抗裂作用。

 ⑵抗渗性能

测试方法:我单位分别制作了体积掺量为0.05%的纤维混凝土和无纤维混凝土试件共二组,均采用标准条件下进行养护。养护28天后根据GBJ82-85检测方法,采用顶面175×底面185×150mm混凝土试件,在 1.2MPa水压下比较试样渗水高度,测试结果如表:


纤维混凝土(体积掺量(0.05%)

无纤维对比组

渗水高度

15

50

结果显示:在混凝土中掺加适量微细纤维可有效的抑制其早期干缩微裂及离析裂纹的产生及发展,极大减少混凝土的收缩数量,尤其是有效抑制了连通裂缝的产生。均匀分布在混凝土中彼此相搭接的大量纤维起着“承托”骨料的作用,降低了混凝土表面的析水与骨料的离析,从而使混凝土中的空隙含量大大降低,可以极大地提高抗渗能力。

⑶抗压强度

我单位分别制作了掺量为0.05%和0.07%的纤维混凝土和无纤维混凝土试件共三组,均采用标准条件下进行养护。养护28天后采用GBJ81-85检测方法对三组样品进行抗压试验,测试结果如表:


抗压强度等级

体积掺量(%)

7天(MPa)

28天(MPa)

无纤维混凝土

C25

0.05

27

37.8

麦富纤维混凝土

C25

0.07

29.4

39.9

结果显示:在混凝土中加入麦富纤维,可有效提高混凝土的抗压强度,但是混凝土抗拉强度不会提高很多,掺入少量的麦富纤维可以促进混凝土抗拉性能后期强度的持续增长,这事一种纤维的补强效应而非增强效应,纤维抑制混凝土裂缝产生是由于纤维的阻裂效应。对于混凝土这类内部原来就有缺陷的材料,其开裂强度可因混凝土内加入纤维后,混凝土的韧性增大、裂缝尺寸减少或缝尖端应力集中系数降低而得到提高。

六、效果检查

拉脊山隧道工程ZK21+420~ZK21+380段隧道二次衬砌加入“MAMF”纤维后,混凝土表面干燥,无渗漏水现象。同时,混凝土抗压强度,抗渗性能和抗裂性能得以大大提高。

七、结束语

“MAMF”纤维具有强度补偿作用、韧性强、抗裂性能好、抗渗性能好等特点,用于有抗冲击、抗裂抗渗等要求的工程当中。通过拉脊山隧道工程的实际应用,结果表明麦富纤维混凝土达到了预期的技术效果,得到了施工及业主单位的认可。它不仅能够解决大体积混凝土温度应力问题,而且能够解决混凝土防渗,并在一定程度上提高强度,提高混凝土的耐久性和使用寿命。采用新的材料是混凝土性能有了显著的改善,质量得到保证,耐久性的提高会使结构安全试用期得到保证甚至延长,虽然工程投资略有增加,但是所占的比例很小,且能有效节省后期的维修费用,由此产生的经济效益和社会效益远远超出材料本身费用增加的工程成本。

                                                                                                            (马晓良 车广洲 庞洪涛)

上一篇:没有了!

下一篇:客运专线高架车站灌注桩后压浆技术应用