纤维混凝土性能及其在隧道工程中的应用.ppt

纤维混凝土性能及其在隧道工程中的应用 主讲人： 前言 由于混凝土施工和本身变形约束等问题，硬化成型的混凝土中存在众多的微孔隙、气穴和微裂缝，正是由于这些初始缺陷的存在才使得混凝土呈现出一些非均质特性。 微裂缝通常是一种无害裂缝，但在混凝土受到荷载、温差等作用时，就会不断扩展和连通，最终形成我们肉眼可见的宏观裂缝。 二次衬砌开裂 二次衬砌开裂 二次衬砌开裂 二次衬砌开裂 隧道二次衬砌产生裂缝的后果？ 裂缝的存在和发展通常会使内部钢筋等材料产生腐蚀，降低承载力、耐久性及抗渗能力，影响隧道外观及使用寿命，严重者会威胁到行车及人们的安全。 隧道二次衬砌产生裂缝的后果？ 世界上较早修建的高速铁路隧道二次衬砌结构普遍采用素混凝土，随着运营时间推移，隧道衬砌非结构性裂缝不断出现并发展，维修养护工作不断加大，二次衬砌结构耐久性问题逐渐突出，甚至危及高速列车的运行安全，如日本新干线已发生了多起因隧道二次衬砌混凝土掉块中断行车事故 隧道二次衬砌裂缝的种类 隧道衬砌混凝土裂缝按其产生原因可分为结构性 裂缝及非结构性裂缝2类 结构性裂缝：由外荷载(静、动荷载)直接应力引 起的裂缝和次应力引起的裂缝。 非结构性裂缝:由变形引起的裂缝。 据国内外调查资料表明, 隧道结构产生的裂缝属于荷载引起的结构性裂缝约占20%;属于变形变化引起的非结构性裂缝则高达占80%左右, 其中以收缩裂缝为主导 如何提高混凝土的抗裂性能呢？ 方法之一：选用钢纤维、聚丙烯纤维单掺及混掺等方式 钢纤维 20世纪70年代以来，钢纤维由于其较为显著的抗裂效果，在工程界得到广泛的认可和应用。但是钢纤维易锈蚀，重量大，易结团，易损伤搅拌机器，有磁性干扰、价格高，而且钢纤维由于比重相对大而回弹率较高。因此，工程界试图用能克服钢纤维缺陷的其他纤维代替钢纤维 聚丙烯纤维 聚丙烯粗纤维是一种新型增强增韧材料，耐腐蚀性能好，重量轻，易分散，对搅拌机器无损伤，无磁性干扰，价格低等优点，较好地克服了钢纤维的缺点。 将粗、细聚丙烯合成纤维混杂使用既可以改善混凝土早期开裂问题，也可以提高硬化混凝土后期开裂性能，还能大幅度提高混凝土的抗弯拉韧性。 未来的趋势：多尺度聚丙烯纤维混掺 纤维对混凝土力学性能的改善 纤维掺加在混凝土结构中，对混凝土物理力学性能的改善作用，总体上可以归结：阻裂、增强和增韧。 1）阻裂作用：纤维对新拌混凝土早期和硬化后的收缩裂缝、由于承受荷载作用而产生的裂缝以及裂缝扩展产生阻碍作用 2）增强作用：主要表现为抗拉强度的提高，同时弯拉强度、抗剪强度等也有不同程度的提高。 3）增韧作用：指纤维对混凝土构件在荷载作用下进入塑性变形阶段甚至峰后应力阶段后仍然能够承受一定荷载的延性提高 聚丙烯纤维混凝土抗裂性能试验 素混凝土表面有较明显的沉降裂缝，微细裂纹纵横交错，数量较多，基本上满布整个试件表面。试件表面不平整。 聚丙烯纤维混凝土抗裂性能试验 单掺聚丙烯细纤维，微细裂纹分布均匀，试件表面比较平整 聚丙烯纤维混凝土抗裂性能试验 单掺聚丙烯粗纤维：表面有少量微裂纹出现，表面平整度一般 聚丙烯纤维混凝土抗裂性能试验 混掺聚丙烯粗细纤维：表面有极少微细裂纹出现，表面平整度好 聚丙烯纤维混凝土抗裂性能试验 结论：细纤维在塑性态混凝土中能减少和抑制沉降裂缝和收缩裂缝, 粗纤维有助于减少或抑制硬化混凝土中的干缩裂缝，从而产生协同作用。 聚丙烯纤维混凝土抗拉性能试验 素混凝土试件A0断面稍有不平，小部分粗骨料被拉断，大部分粗骨料脱离粘接 聚丙烯纤维混凝土抗拉性能试验 单掺粗纤维：断面高低起伏，不平整，绝大多数纤维被拉断，少数纤维被拔出，表明纤维与混凝土间粘结性能良好，粗骨料被拉断和沿界面脱离粘接几乎各占一半 聚丙烯纤维混凝土抗拉性能试验 混掺粗细聚丙烯纤维：断面稍微变得平整，大部分纤维被拉断，小部分纤维被拔出，断面可看到粗纤维被拔出后留有的孔洞 聚丙烯纤维混凝土抗拉性能试验 结论：聚丙烯纤维的掺入提高了混凝土的抗拉强度 聚丙烯纤维混凝土抗弯性能试验 采用四点弯曲试验得到的素混凝土荷载-挠度曲线 聚丙烯纤维混凝土抗弯性能试验 单掺聚丙烯细纤维混凝土荷载-挠度曲线 聚丙烯纤维混凝土抗弯性能试验 单掺聚丙烯粗纤维混凝土荷载-挠度曲线 聚丙烯纤维混凝土抗弯性能试验 混掺聚丙烯粗细纤维混凝土荷载-挠度曲线 包络线面积大幅度增加！ 聚丙烯纤维混凝土抗弯性能试验 从弯曲韧性指标分析可知，细纤维能改善混凝土裂前抗弯韧性，粗纤维能改善混凝土裂后抗弯韧性，多尺度聚丙烯纤维对混凝土抗弯韧性改善比单掺粗、细聚丙烯纤维效果好。多尺度聚丙烯纤维的混掺，在不同受力阶段分别发挥作用，从而有效提高混凝土的抗弯韧性。 聚丙烯纤维混凝土抗弯性能试验 增韧机理：混凝土基体中掺入聚丙烯纤维后，