噴射混凝土技術的應用

　　1. 鋼纖維的作用機理

　　混凝土的抗拉強度較低，一旦開裂后會發生脆性破壞。利用鋼纖維進行增強處理后，鋼纖維能夠控制裂縫的開展，并且傳遞拉應力，產生應力重分布，從而提高混凝土的裂后強度，使混凝土具有相當的彎曲韌度。和素混凝土相比，鋼纖維混凝土在發生變形后仍能承擔荷載。

　　2. 鋼纖維混凝土的性能

　　鋼纖維混凝土的極限抗彎拉強度和加入鋼纖維之前基本相同，但是鋼纖維混凝土的彎曲韌度有大幅度提高。

　　鋼纖維有各種不同的原材料，形狀和抗拉強度，彎曲韌度各不相同。鋼纖維根據生產工藝分為剪切型，銑削型，和冷拉型。前兩種纖維本身的抗拉強度在400-700MPa之間，長徑比在40-50，摻量較高，一般在80-120kg/m3；[3]冷拉型纖維通過對母材（盤條）的高速拉絲，大幅提高了抗拉強度，通常在1000MPa以上，長徑比在60以上，摻量一般在35-65 kg/m³.

　　對不同的鋼纖維應進行實驗，得到達到保證鋼纖維混凝土彎曲韌度的鋼纖維纖摻量。鋼纖維混凝土的韌度可以用“位移控制的梁的三分加載實驗”進行。

　　（圖見附件）

　　圖1.1 鋼纖維混凝土梁三分加載彎拉韌度實驗 荷載-位移曲線

　　根據荷載-位移曲線，通過下式計算鋼纖維混凝土的彎曲韌度：

　　（計算公式見附件）

　　3. 鋼纖維噴射混凝土的性能

　　混凝土中加入鋼纖維后可提高混凝土的彎拉韌度，能量吸收能力，抗沖擊能力和對裂縫的控制。均勻分布的鋼纖維使噴射混凝土任意截面都能夠承受拉應力，同時和圍巖有極佳的粘結力，因此可以通過應力重分布，充分發揮圍巖的自承能力，是理想的支護材料。

　　《歐洲噴射混凝土規范》用大板實驗比較鋼纖維噴射混凝土和掛網噴射混凝土的性能，實驗結果發現鋼纖維噴射混凝土有更高的承載能力和吸收變形能力。

　　鋼纖維混凝土既能作為初期支護、也可作為永久襯砌；和掛網相比有技術和經濟上的優勢：

　　鋼筋掛網施工工藝復雜；在凹凸不平的巖面難以沿巖石表面布置在拉應力區；在噴射混凝土時回彈大；混凝土容易集結在掛網的表面，在掛網的背后形成空洞；當圍巖條件較差時，不能形成及時支護。

　　鋼纖維噴射混凝土可以順著圍巖表面形成快速有效的支護，和巖石有更好的粘結，而且提高施工安全性簡化施工工序，加快了施工進度。

　　從經濟角度出發，鋼纖維混凝土襯砌厚度比掛網混凝土節約30%，回彈量減少30%，工期節約20-30%.

　　4. 鋼纖維噴射混凝土的應用

　　鋼纖維噴射混凝土從70年代起在世界范圍內得到廣泛的應用，在“挪威地質學院”提出的“Q系統”中，全面采用鋼纖維噴射混凝土取代掛網作為隧道永久支護。

　　我國很早就開始研究鋼纖維混凝土的應用，但是由于當時鋼纖維本身抗拉強度低，攪拌時易結團變形，噴射時易堵管，在施工上很難保證質量，使該項技術沒有得到有效的推廣。90年代起，國內引進了歐洲粘結成排的冷拉型鋼纖維生產技術，冷拉型纖維摻量在35-65 kg/m³，用快速水溶性膠水粘結成排后，鋼纖維在隨骨料一起攪拌的過程中，膠水遇水自動溶解，成排的鋼纖維會分散成單根，在混凝土中均勻地分布，從而解決了鋼纖維結團堵管的問題。鋼纖維噴射混凝土在克服了施工中的弱點后，已經逐步在國內的一些工程中得到應用。