喷射钢纤维混凝土在隧道初期支护中的应用

1 钢纤维混凝土的性能

钢纤维混凝土作为一种新型建筑材料，近年来在国内外得到了迅速发展，并日趋成熟。与普通混凝土相比，钢纤维混凝土不仅能明显改善抗拉、抗剪、抗折以及抗渗能力，而且能大大增强断裂韧性和抗冲击等多项性能，所以在隧道初期支护、道路路面、桥梁结构等工程中广泛应用。钢纤维喷射混凝土是由均匀散布有钢纤维的混凝土拌和料，借助压缩空气高速喷射成型的新型复合材料，随着其在隧道和地下工程新奥法施工中的推广使用已越来越引起学术及工程界的重视，并在实际工程中取得了良好的应用效果。

2 钢纤维混凝土力学性能室内试验

2.1试验材料

试验采用的钢纤维为厦门国桥机械有限公司生产的剪切波浪型钢纤维，型号为ZH-06-32/50，当量直径0.64mm，长径比50，抗拉强度等级为380级（抗拉强度大于380MPa）；水泥采用建福牌42.5R普通硅酸盐水泥；粗骨料为隧道现场机制碎石，粒径为6.0~16.5mm连续级配；细骨料采用本地河砂，其细度模数为2.7；速凝剂选用YQ-M型高效无碱液态速凝剂，速凝剂掺量占水泥质量的3%～5%。

2.2试验配比

钢纤维喷射混凝土配合比的选定，除了考虑其抗压强度的要求外，还必须考虑其劈裂抗拉抗拉和抗折性能的要求。试验时钢纤维混凝土的其它参数保持不变，着重研究其体积掺率变化（Vf=0.0%，0.6%，0.8%，1.0%）对钢纤维喷射混凝土力学性能的影响。采用先干拌后湿拌的方法拌和。

2.3试件制作

喷射混凝土与模筑混凝土在施工工艺、混凝土的成型以及力学性能方面有所不同，为了使室内试验能反应喷射混凝土的实际情况，试件采用现场喷大板，隧道内养护2d后脱模运至实验室标准养护，在实验养护7d后进行切割、打磨，成型试块，在标准养护室内养护至28d龄期后进行试验，本试验混凝土基本设计强度为C30。

2.4试验结果与分析

所有试验按照《钢纤维混凝土试验方法》（CECS13：89）进行制作与养护，试件选用10mm×10mm×10mm立方体及150×150×600的小梁试件，分别进行抗压强度及抗折强度试验。

当掺入钢纤维后，由于纤维与基本粘结作用，当复合体中的混凝土材料达到极限抗拉强度后，钢纤维与水泥胶浆硬化体的界面黏结合阻力裂缝的进一步扩展，因钢纤维的抗拉强度很高，将拉应力传至未开裂的混凝土硬化体上，直至邻近硬化体的应力达到极限抗拉强度时又产生新的微裂缝，如此进行下去，产生多缝断裂，同时将过高的拉应力集中向远处转移，使结构内的拉应力逐渐趋于均匀分布，并最终主要由钢纤维承担，因此钢纤维混凝土的抗压和抗折强度大大提高。

另外，从钢纤维喷射混凝土抗压试验破坏形式可以看出，其无碎块、无崩裂，基本上保持原来的外形，仅出现了裂缝和小量的表面剥落，进一步说明由于钢纤维的掺入，使得混凝土由脆性破坏变为延性破坏。