【摘　要】　通过钢纤维混凝土的力学性能和简要概算,分析了钢纤维混凝土盾构管片的优势所在,得出钢纤维混凝土盾构管片应用的可行性。

　　进入21世纪,我国在北京、上海、广州、南京等大城市进行着大规模的地铁建设,并且有相当一部分标段采用盾构法施工。由于盾构隧道施工技术可以最大限度的减少对城市其他设施的影响,所以正逐渐成为地铁隧道施工的主流技术。

　　目前的盾构管片主要以钢筋混凝土管片为主,而在实际使用中发现,一般1.2m宽的A型钢筋混凝土管片重量约为4t,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产生不利影响,这是盾构法中较棘手但又必须解决的问题。研究和试验发现,掺入钢纤维后的混凝土具有良好的力学性能,能较好地解决以上的问题,在国外已有采用钢纤维混凝土盾构管片的实例。但钢纤维材料较高的价格,是其应用的主要制约因素,本文就其可行性进行简要分析。

　　1 钢纤维混凝土的力学性能

　　钢纤维混凝土(SteelFiberReinforcedConcrete,简称SFRC)是一种多向复合建筑材料,与普通混凝土相比,钢纤维混凝土的主要优点有:

　　①有较高的拉伸强度,弯曲强度和剪切强度;

　　②有较好的韧性及耐冲击性;

　　③有较强的约束裂纹扩展能力,变形能大;

　　④有极好的耐磨性能及较好的抗冻融性和耐热性;

　　⑤边缘和转角部位的碎裂少,不易产生爆裂。

　　2 钢纤维混凝土盾构管片的优势

　　2.1 承载能力提高

　　(1)钢筋混凝土构件受拉区混凝土开裂后即失去作用,而开裂后的钢纤维混凝土还能承受一部分拉力;

　　(2)通常结构设计遵循的原则是按承载能力极限状态法进行设计,按正常使用极限状态法验算。而钢纤维混凝土结构最大裂缝宽度的验算公式[1]为:

　　式中:

　　wfmax———按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响计算的钢筋钢纤维混凝土构件的最大裂缝宽度;

　　wmax———同等级钢筋混凝土,按现行混凝土结构设计规范计算的构件的最大裂缝宽度;

　　βcw———钢纤维对构件裂缝宽度的影响系数,对于偏心受压结构,βcw=0.35;

　　λf———钢纤维的特征参数,,

　　因此在同样内力条件下,计算所需的含钢量将明显减少(从表1可以看出),也就是说,在同样配筋情况下,钢纤维混凝土结构的承载力将显著提高。

　　2.2 安全性和耐久性

　　对于地下结构而言,结构物的碳化以及侵蚀性介质的腐蚀是影响其耐久性的重要因素,此外,地铁隧道中杂散电流的电化学腐蚀也是其重要的影响因素。

　　杂散电流的腐蚀主要通过电化学反应,在钢筋与混凝土的界面处产生可溶的碱式硅酸盐或铝酸盐,使结合强度显著降低。在电流离开钢筋返回混凝土的部位,钢筋呈阳极并发生腐蚀。腐蚀产物在阳极处的堆积产生机械胀力而使混凝土开裂。这同自然环境下的钢筋锈蚀产生的锈胀力使混凝土开裂的机理相同。

　　因此,混凝土中的钢筋锈蚀是造成混凝土结构耐久性损伤的最主要因素。

　　试验研究发现[2],快速碳化龄期为28d(在正常大气条件下,混凝土自然存放龄期50年的自然碳化深度,相当于按国家标准方法快速碳化28d的碳化深度)时,纤维混凝土的碳化深度比素混凝土的碳化深度小,大约降低了50%;钢纤维掺量为30kg/m3时,钢纤维混凝土的锈胀开裂时间大约是素混凝土开裂时间的1.5倍,在保护层厚度、钢筋直径不变的情况下,当钢纤维掺量达到60kg/m3时,保护层开裂时间是0掺量的1.7倍,故掺入纤维可以延长钢筋混凝土的使用寿命。

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