混杂纤维对管片的裂缝与力学性能的影响

近年来，盾构法施工越来越多地应用在许多软土地层中的各类隧道建设中,其中绝大部分盾构隧道采用混凝土管片。但在传统混凝土管片中，经常存在下列问题：1）结构性裂缝；2）螺栓孔位置破损、吊装孔/注浆孔预埋件被拔出、管片边角崩落等现象。3）由于管片端部及螺栓口处配筋率较高，导致振捣困难，且新浇混凝土的工作度低下，流经钢筋时易产生离析并在管片表面产生裂缝，这会降低钢筋与混凝土基体的粘结性能，并减少钢筋保护层的厚度。4）管片力学性能的试验模型不尽合理。这些均影响了隧道的适用性、抗渗性、耐久性及安全性。本项目主要研究不同钢纤维、有机纤维及钢筋与高流态高性能混凝土共同作用时，管片的荷载-变形规律、应力-应变分布规律、裂缝的宽度与裂缝的分布规律，利用目前国际上先进的管片研究方法对比传统的钢筋混凝土管片，寻找出更加安全，可靠，经济与环保的复合材料应用于隧道管片等地下结构。

盾构管片是盾构法施工隧道主要的承重结构构件，因此对其抗裂性、安全性和耐久性要求很高，但传统钢筋混凝土管片自重较大，在运输、安装过程和运营阶段都可能出现局部开裂、破损现象。而单纯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，在管片内部配筋密集区域造成混凝土与钢筋无法形成有效粘结和降低混凝土保护层厚度，从而导致管片在复杂应力作用下形成结构裂缝，使得衬砌结构的整体性被破坏，容易发生渗漏和钢筋锈蚀现象，降低了隧道结构的安全性、耐久性产生和使用寿命。研究表明，纤维自密实混凝土具有自密实混凝土高工作性和纤维混凝土高韧性的特点，采用增强增韧型长纤维可明显提高混凝土的抗拉、抗弯性能，因此可以利用结构性长纤维部分替代传统抗剪钢筋可以增加箍筋间距，保证浇筑质量，提高结构的耐久性。但目前国内针对纤维自密实混凝土的研究相对较少，对于利用结构型长纤维替代管片中钢筋的试验研究尚未见报道。鉴于此，本项目从钢纤维自密实混凝土工作性能、钢纤维自密实混凝土抗弯性能和韧性、钢筋-钢纤维自密实混凝土梁抗剪性能几个方面对钢筋钢纤维自密实混凝土的基本材料性能和利用钢纤维部分甚至完全替代箍筋的可行性进行研究。