混雜纖維對(duì)管片的裂縫與力學(xué)性能的影響

盾構(gòu)管片是盾構(gòu)法施工隧道主要的承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件，因此對(duì)其抗裂性、安全性和耐久性要求很高，但傳統(tǒng)鋼筋混凝土管片自重較大，在運(yùn)輸、安裝過(guò)程和運(yùn)營(yíng)階段都可能出現(xiàn)局部開(kāi)裂、破損現(xiàn)象。而單純提高配筋率或局部加固可能由于新拌混凝土工作性能不足，在管片內(nèi)部配筋密集區(qū)域造成混凝土與鋼筋無(wú)法形成有效粘結(jié)和降低混凝土保護(hù)層厚度，從而導(dǎo)致管片在復(fù)雜應(yīng)力作用下形成結(jié)構(gòu)裂縫，使得襯砌結(jié)構(gòu)的整體性被破壞，容易發(fā)生滲漏和鋼筋銹蝕現(xiàn)象，降低了隧道結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性產(chǎn)生和使用壽命。研究表明，纖維自密實(shí)混凝土具有自密實(shí)混凝土高工作性和纖維混凝土高韌性的特點(diǎn)，采用增強(qiáng)增韌型長(zhǎng)纖維可明顯提高混凝土的抗拉、抗彎性能，因此可以利用結(jié)構(gòu)性長(zhǎng)纖維部分替代傳統(tǒng)抗剪鋼筋可以增加箍筋間距，保證澆筑質(zhì)量，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。但目前國(guó)內(nèi)針對(duì)纖維自密實(shí)混凝土的研究相對(duì)較少，對(duì)于利用結(jié)構(gòu)型長(zhǎng)纖維替代管片中鋼筋的試驗(yàn)研究尚未見(jiàn)報(bào)道。鑒于此，本項(xiàng)目從鋼纖維自密實(shí)混凝土工作性能、鋼纖維自密實(shí)混凝土抗彎性能和韌性、鋼筋-鋼纖維自密實(shí)混凝土梁抗剪性能幾個(gè)方面對(duì)鋼筋鋼纖維自密實(shí)混凝土的基本材料性能和利用鋼纖維部分甚至完全替代箍筋的可行性進(jìn)行研究。 2100433B

近年來(lái)，盾構(gòu)法施工越來(lái)越多地應(yīng)用在許多軟土地層中的各類(lèi)隧道建設(shè)中,其中絕大部分盾構(gòu)隧道采用混凝土管片。但在傳統(tǒng)混凝土管片中，經(jīng)常存在下列問(wèn)題：1）結(jié)構(gòu)性裂縫；2）螺栓孔位置破損、吊裝孔/注漿孔預(yù)埋件被拔出、管片邊角崩落等現(xiàn)象。3）由于管片端部及螺栓口處配筋率較高，導(dǎo)致振搗困難，且新澆混凝土的工作度低下，流經(jīng)鋼筋時(shí)易產(chǎn)生離析并在管片表面產(chǎn)生裂縫，這會(huì)降低鋼筋與混凝土基體的粘結(jié)性能，并減少鋼筋保護(hù)層的厚度。4）管片力學(xué)性能的試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒槐M合理。這些均影響了隧道的適用性、抗?jié)B性、耐久性及安全性。本項(xiàng)目主要研究不同鋼纖維、有機(jī)纖維及鋼筋與高流態(tài)高性能混凝土共同作用時(shí)，管片的荷載-變形規(guī)律、應(yīng)力-應(yīng)變分布規(guī)律、裂縫的寬度與裂縫的分布規(guī)律，利用目前國(guó)際上先進(jìn)的管片研究方法對(duì)比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土管片，尋找出更加安全，可靠，經(jīng)濟(jì)與環(huán)保的復(fù)合材料應(yīng)用于隧道管片等地下結(jié)構(gòu)。

纖維細(xì)度及其離散程度不僅與纖維強(qiáng)度、伸長(zhǎng)度、剛性、彈性和形變的均一性有關(guān)，而且極大地影響織物的手感、風(fēng)格以及紗線(xiàn)和織物的加工過(guò)程。細(xì)度不勻比長(zhǎng)度不勻和纖維種類(lèi)的不同更容易導(dǎo)致紗線(xiàn)不勻及紗疵。但另一方面，具有一定的異線(xiàn)密度，對(duì)紗的某些品質(zhì)（如豐滿(mǎn)、柔軟等毛型感）的形成是有利的。

1、對(duì)纖維本身的影響

纖維的粗細(xì)將影響纖維的比表面積，進(jìn)而影響纖維的吸附及染色性能，纖維越細(xì)，其比表面積越大，纖維的染色性也有所提高；纖維較細(xì)，紗線(xiàn)成形后的結(jié)構(gòu)較均勻，有利于其力學(xué)性能的提高。但是纖維間的細(xì)度不勻會(huì)導(dǎo)致纖維力學(xué)性質(zhì)的差異，最終導(dǎo)致纖維集合體的不勻，甚至加工過(guò)程控制的困難；此外，纖維內(nèi)的細(xì)度差異，會(huì)直接導(dǎo)致纖維的力學(xué)弱節(jié)，不但影響外觀和品質(zhì)，最終將影響產(chǎn)品的使用。

2、對(duì)紗線(xiàn)質(zhì)量及紡紗工藝的影響

一般纖維細(xì)，紡紗加工中容易拉斷，在開(kāi)松、梳理中要求作用緩和，否則易產(chǎn)生大量短絨，在并條高速牽伸時(shí)也易形成棉結(jié)。另外，細(xì)纖維紡紗時(shí)，由于纖維間接觸面積大，牽伸中纖維間的摩擦力較高，會(huì)使紗線(xiàn)中纖維伸直度較高。其他條件不變時(shí)，纖維越細(xì)，相同線(xiàn)密度紗線(xiàn)斷面內(nèi)纖維根數(shù)越多，摩擦越大，成紗強(qiáng)力越高，因?yàn)槌杉啍嗝鎯?nèi)纖維根數(shù)較多時(shí)纖維間接觸面積大，滑脫概率低，可使成紗強(qiáng)度提高。纖維的細(xì)度對(duì)成紗的條干不勻率有顯著影響。

因此纖維越細(xì)時(shí)，紗的條干變異系數(shù)CV越低，條干均勻度越好。細(xì)纖維可紡較細(xì)的紗。一定細(xì)度的纖維，可紡紗線(xiàn)的細(xì)度是有極限的。纖維細(xì)，紗截面中纖維根數(shù)增加，紡紗斷頭率低，因此在紗線(xiàn)品質(zhì)要求一定時(shí)，細(xì)纖維可紡細(xì)線(xiàn)密度的紗線(xiàn)。

3、對(duì)織物的影響

不同細(xì)度的纖維會(huì)極大地影響織物的手感及性能，如內(nèi)衣織物要求柔軟、舒適，可采用較細(xì)纖維；外衣織物要求硬挺，一般可用較粗纖維；當(dāng)纖維細(xì)度適當(dāng)時(shí)，織物耐磨性較好 。

理想的結(jié)構(gòu)材料，要求它們受載后開(kāi)始有較高的模量，隨之達(dá)到較高的屈服極限，銪在承載能力稍有降低的情況下持續(xù)到一定應(yīng)變量后破壞，這樣的結(jié)構(gòu)材料，可以通過(guò)不同斷裂應(yīng)變的纖維混雜，制成混雜纖維復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)。

混雜纖維復(fù)合材料從廣義上講，包括的類(lèi)型非常廣。就基體而言，可以民樹(shù)脂基體，也可以是各種樹(shù)脂聚合物混合基體、金屬基體以及各種陶瓷、玻璃等非金屬基體。而從增強(qiáng)材料來(lái)說(shuō)，可以是兩種連續(xù)纖維單向增強(qiáng)，也可以是兩種纖維混雜編織、兩種短纖維混雜增強(qiáng)、兩種粒子混雜增強(qiáng)以及纖維與粒子混雜增強(qiáng)。