[分享]纤维与混凝土的融合碰撞——合成粗纤维复合管片在美国的首次工程

发表于2019-05-10     211人浏览     1人跟帖     总热度:328  


小编语
上期,小编为您介绍了北美的喷射混凝土衬砌技术发展,而其中合成粗纤维补强材料不仅应用于喷射混凝土衬砌,也同样应用到了混凝土管片中。
近日,美国密苏里州黑蛇湾雨洪排放隧道工程中便首次使用了合成粗纤维复合混凝土管片,取得了良好的效果。本期,小编就来带大家了解一下合成粗纤维增强管片的发展与应用!

合成粗纤维技术发展
合成粗纤维最早开发于30年前,其产品进入市场也已有20多年:
纤维与混凝土的融合碰撞——合成粗纤维复合管片在美国的首次工程_1
发展历程
■ 合成粗纤维最早由美国3M公司在1989年开发,随后技术逐渐推广,应用于工程行业;
■ 日本萩原工业在20世纪90年代末开发了压花合成粗纤维,其高韧性与粘结性为该技术树立了全新性能标准;
■ 澳大利亚率先使用合成粗纤维补强喷射混凝土进行矿山地层加固,目前同类工程几乎100%采用;
■ 挪威作为20世纪90年代湿喷混凝土技术开发的领军人,引领合成粗纤维进入民用隧道应用领域;
■ 如今,全球已有许多隧道采用由合成粗纤维补强的钢筋混凝土衬砌与喷射混凝土衬砌。

材料优势
■ 经济性:合成粗纤维与同性能钢筋相比成本更低;
■ 有效性:合成粗纤维更适用于地层加固,耐久性更强;
■ 延展性:合成粗纤维与其他形式的混凝土加固材料相比,具有更强的韧性与延展性。
■ 处理:合成粗纤维更轻,易于运输和处理。
■ 耐久性:地层中的地下水渗透、氯化物与硫酸盐会对传统的钢筋有腐蚀性,导致其性能下降,因此许多矿山工程已改用合成纤维代替钢筋。
■ 长期性能:高质量合成纤维不会随着时间的推移而显示出裂纹后性能损失。相比之下,由于基体的后硬化效应(也称为脆化),钢替代品可能表现出残余性能的损失。


工程应用
不久前,美国密苏里州黑蛇湾雨洪排放隧道工程中首次使用了合成粗纤维复合混凝土管片。该隧道隶属于城市综合下水道溢流长期控制计划,旨在改善密苏里河水质,全长2km,内径2.74m,使用Lovsuns土压平衡盾构掘进。
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俄亥俄州欧几里德湾CSO隧道曾于2015年使用合成粗纤维现浇混凝土终衬,之后研发团队进行了一系列试验,将合成粗纤维混凝土应用于管片生产,在黑蛇湾雨洪排放隧道工程进行了工程验证。
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工程需求
工程中的管片衬砌原定使用钢纤维增强,但钢纤维供应无法满足工程要求,因此采用了BarChip 54合成粗纤维补强,作为钢纤维或传统钢筋补强材料的替代品。
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■ 合成纤维需满足41.4MPa的抗压强度;
■ 28天最小弯曲拉伸强度必须超过4.62MPa;
■ 裂纹后最小残余弯曲拉伸强度需超过3.17MPa。


管片生产与测试
管片于俄亥俄州马其顿工厂生产,并运到现场:
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每环衬砌由6块管片组成,内径2.74m,环宽1.2m,厚190.5mm,楔形量12.7mm,适应300m转弯半径;
■ 管片密度7kg/m3,长宽比为8.1,低于公认极限10,确保临时荷载稳定;
■ 使用C40 / 50混凝土制成,蒸汽固化4.5小时后具有14MPa的冲击强度。


研发团队应用法向力-弯矩曲线及力—推力容量极限曲线进行了管片在极限状态下的设计,并对管片所有临时载荷(包括盾构推进区间对于管片的顶升力等)的极限情况进行了分析模拟。
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应用情况
盾构于2018年底在直径15m的工作井内始发,并为了盾构始发时进行了管片的半环拼装。2019年3月中旬,掘进完成610m(30%),拼装了约500环管片,单日施工12-14m。

始发后的掘进施工阶段证明合成粗纤维管片强度可承受运输,吊装,搬运和拼装过程中遭遇的临时载荷。施工方在盾构机顺利始发后检查了用于始发的半环管片,并未发现损坏。
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合成粗纤维的应用降低了材料成本,同时减少材料腐蚀,增加衬砌使用寿命,减少未来基础设施维护成本。
该工程中合成粗纤维复合管片应用的更多细节将在5月意大利那不勒斯的WTC2019世界隧道大会上公布,届时研发团队将针对此案例进行技术报告与分析,小编也会为您及时跟进,敬请期待!


■ 隧道网综合整理
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