本文關(guān)鍵詞：高鐵隧道大直徑盾構(gòu)鋼纖維混凝土管片的設(shè)計(jì)與關(guān)鍵性能研究

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【摘要】：本文基于京沈高鐵望京盾構(gòu)隧道10m大直徑管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求,采用新型4D連續(xù)端鉤形鋼纖維部分或全部取代鋼筋,制備鋼纖維混凝土管片和復(fù)合配筋鋼纖維混凝土管片；在此基礎(chǔ)上研制了復(fù)摻硫鋁酸鹽水泥制備8h最低抗壓強(qiáng)度15MPa的免蒸養(yǎng)早強(qiáng)鋼纖維混凝土管片。并系統(tǒng)研究了鋼纖維混凝土的殘余彎拉強(qiáng)度與韌性,在雜散電流和氯離子侵蝕性介質(zhì)等復(fù)雜服役條件下的關(guān)鍵耐久性,耐火性能以及鋼纖維混凝土足尺寸管片抗彎性能試驗(yàn)研究。首先,本文通過(guò)研究不同體積率的鋼纖維混凝土的殘余彎拉強(qiáng)度與韌性,為鋼纖維混凝土管片的設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。研究結(jié)果表明,SFRC55P12-40系列的鋼纖維混凝土殘余彎拉強(qiáng)度均大于SFRC55P12-30系列的鋼纖維混凝土殘余彎拉強(qiáng)度,在CMOD=0.5mm、1.5mm、2.5mm、3.5mm時(shí)分別提高了20.6%、22.8%、17.6%、47.6%。SFRC55P12-40系列鋼纖維混凝土彎曲韌性指數(shù)、等效彎曲強(qiáng)度與彎曲韌性比均大于SFRC55P12-30系列。鋼纖維的加入增強(qiáng)了混凝土基體的增強(qiáng)增韌阻裂效果,而且摻量在一定范圍內(nèi)時(shí),隨著鋼纖維摻量的增加,增強(qiáng)增韌阻裂效果越明顯。與傳統(tǒng)鋼筋混凝土管片相比,本文研究發(fā)現(xiàn)超淺埋段的鋼纖維復(fù)合配筋管片的成本優(yōu)勢(shì)較大,節(jié)省達(dá)38.9%,淺埋斷面的鋼纖維復(fù)合配筋管片成本節(jié)省4.7%。同時(shí),從裂縫寬度的驗(yàn)算結(jié)果得出在增加鋼纖維用量的同時(shí)減少鋼筋用量的設(shè)計(jì)中,當(dāng)淺埋管片的裂縫寬度由0.3mm降低到0.14mm即寬度減小53%,中深埋管片裂縫寬度由0.24mm降低至0.11mm減小了約50%。由此可見(jiàn),通過(guò)裂縫寬度的減小將顯著提高管片的耐久性。其次,本文測(cè)試了鋼纖維混凝土的電阻率、氯離子擴(kuò)散系數(shù)、抗凍性能、抗?jié)B性能、耐高溫性能以及干燥收縮性能。試驗(yàn)結(jié)果表明：(1)鋼纖維混凝土電阻率是恒定值,與試件長(zhǎng)度無(wú)關(guān)；而鋼筋混凝土電阻率隨著試件長(zhǎng)度增加而減小。在實(shí)際足尺寸管片使用過(guò)程中,由于鋼纖維混凝土管片電阻值大于鋼筋混凝土管片電阻值,因此,鋼纖維混凝土管片更不易導(dǎo)電,在雜散電流的作用下具有比鋼筋混凝土管片更低的銹蝕風(fēng)險(xiǎn)和銹蝕速率。具有更強(qiáng)的抵抗雜散電流腐蝕的能力。(2)SFRC55P12-30系列與SFRC55P12-40系列鋼纖維混凝土的氯離子遷移系數(shù)均處于較小水平,均小于2×10-12m2/s,滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)4×10-12m2/s的要求,且氯離子遷移系數(shù)隨鋼纖維摻量增加而降低。(3)SFRC55P12-30系列與SFRC55P12-40系列鋼纖維混凝土經(jīng)過(guò)600次凍融循環(huán)時(shí)相對(duì)動(dòng)彈性模量都保持在80%以上,質(zhì)量損失均小于1%,抗凍等級(jí)超過(guò)F600,高于設(shè)計(jì)要求的F300抗凍等級(jí),抗凍性能較強(qiáng)。(4)SFRC55P12-30系列與SFRC55P12-40系列鋼纖維混凝土抗?jié)B等級(jí)均達(dá)到P30以上,高于設(shè)計(jì)要求的P12抗?jié)B等級(jí)。(5)SFRC55P12-30系列與SFRC55P12-40系列鋼纖維混凝土在600℃高溫受熱時(shí)管片耐火極限不小于4h,抗壓強(qiáng)度損失率不高于40%,鋼纖維混凝土在經(jīng)受600℃高溫4h仍可具有足夠的承載力。(6)SFRC55P12-30與SFRC55P12-40系列鋼纖維混凝土28d的干縮值最大值不超過(guò)200με,遠(yuǎn)小于項(xiàng)目要求的400με。由此可見(jiàn),鋼纖維混凝土具有較強(qiáng)的抗雜散電流腐蝕、抗氯離子侵蝕、耐高溫及耐久性,可以滿足望京隧道管片的設(shè)計(jì)要求。此外,為了使鋼纖維混凝土管片在早期不需要蒸養(yǎng)即在室溫下6h-8h就可以達(dá)到脫模15MPa的最低強(qiáng)度要求,本文在普通鋼纖維混凝土的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研制了免蒸養(yǎng)早強(qiáng)鋼纖維混凝土。通過(guò)用快硬硫鋁酸鹽水泥取代15%的硅酸鹽水泥,制備了8h抗壓強(qiáng)度可達(dá)15.9MPa, 10h抗壓強(qiáng)度達(dá)19.5MPa的免蒸養(yǎng)早強(qiáng)鋼纖維混凝土。并測(cè)試了免蒸養(yǎng)早強(qiáng)鋼纖維混凝土的殘余彎拉強(qiáng)度、氯離子擴(kuò)散系數(shù)、干縮性能。試驗(yàn)結(jié)果表明,鋼纖維摻量為40kg/m3的免蒸養(yǎng)早強(qiáng)系列鋼纖維混凝土殘余彎拉強(qiáng)度與鋼纖維摻量為30kg/m3的普通標(biāo)養(yǎng)系列鋼纖維混凝土殘余彎拉強(qiáng)度相當(dāng)。SAC-30系列混凝土30d的干縮值為231με, SAC-40系列混凝土30d的干縮值為189με、SAC-30系列免蒸養(yǎng)鋼纖維混凝土平均的氯離子遷移系數(shù)為2.07×1012m2/s, SAC-40系列免蒸養(yǎng)早強(qiáng)鋼纖維混凝土平均的氯離子遷移系數(shù)為2.89x 10-12 m2/s。均滿足望京隧道管片的設(shè)計(jì)要求。最后,通過(guò)對(duì)鋼纖維混凝土與復(fù)合配筋鋼纖維混凝土足尺寸管片的抗彎性能研究,得到二者在彎曲荷載下的開(kāi)裂荷載、破壞荷載與最大裂縫寬度。通過(guò)測(cè)試結(jié)果表明,SFRC55P12-30系列鋼纖維混凝土管片的開(kāi)裂荷載、破壞荷載最小,分別為11.3t與17.6t;SFRC55P12-30復(fù)合鋼筋系列管片開(kāi)裂荷載、破壞荷載最大,分別為17.0t與41.4t;SFRC55P12-40系列管片開(kāi)裂荷載、破壞荷載分別為14.7t與21.8t。SFRC55P12-30系列和SFRC55P12-40系列鋼纖維混凝土管片的開(kāi)裂荷載與SFRC55P12-30復(fù)合配筋系列鋼纖維混凝土管片相比,并沒(méi)有明顯的下降。從而說(shuō)明鋼纖維混凝土管片或鋼纖維復(fù)合配筋混凝土管片取代普通鋼筋混凝土管片用于高鐵盾構(gòu)隧道管片不但具有可行性,而且更加安全、耐久和經(jīng)濟(jì),且具有顯著的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保意義。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U455.43

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本文編號(hào)：1248312